ОСОБЕННОСТИ ШТАМПОВКИ НА КГШП В ЗАКРЫТЫХ ШТАМПАХ
ПЛАН ЛЕКЦИИ:
1. Особенности штамповки в закрытых штампах.
2. Определение размеров исходной заготовки.
3. Компенсаторы, их назначение и размещение в штампах
4. Особенности конструкций штампов закрытой штамповки.
Особенности штамповки в закрытых штампах
При открытой штамповке облой гарантирует получение заданной конфигурации поковки, но, являясь технологической необходимостью, он одновременно увеличивает потери металла, усилие деформирования, требует операции обрезки. Способ штамповки в закрытых штампах (безоблойной штамповки) более экономичен, так как позволяет получить поковку с минимальной последующей обработкой резанием. Этот способ позволяет реализовать схему неравномерного всестороннего сжатия при значительной величине боковых сжимающих напряжений. Он способствует лучшему выявлению пластических свойств металлов. Закрытая штамповка позволяет снизить себестоимость поковок на 30…40 %, значительно сокращает трудоемкость последующей обработки резанием.
При разработке чертежа поковки необходимо изменять форму и размеры отдельных элементов детали для предотвращения утяжины и зажимов, облегчения формоизменения и обеспечения прочности инструмента. При штамповке поковок с горизонтальной плоскостью разъема матриц штамповочные уклоны предусматриваются на поверхностях поковки, параллельных направлению действия усилия, и принимаются равными 1.5…1°. При вертикальном разъеме — на поверхностях, перпендикулярных ходу пуансона, и принимаются равными 0.5…1°. Внутренние уклоны составляют 1…3°. Допуска на вертикальные размеры поковок зависят от точности наладки закрытой высоты штампового пространства, колебаний температуры заготовки, точности изготовления штампа и составляют 0.5…0.7 от соответствующих допусков по ГОСТ 7505. Допуск на горизонтальные размеры складывается из допуска на изготовление соответствующего участка штампа и допуска на его износ. На чертеже поковки должны быть оговорены допустимые размеры торцового заусенца. Должны быть предусмотрены радиусы переходов, величины которых определяются по таблице. Некоторое увеличение массы поковки является второстепенным по сравнению с улучшением условий формоизменения и уменьшением износа штампа.
Определение размеров исходной заготовки
При штамповке в открытых штампах все погрешности расчета и отрезки заготовок компенсируются наличием избыточного металла, идущего в облой, и точность расчета размеров исходной заготовки не имеет большого значения. При закрытой штамповке очень важным является обеспечение точного объема заготовки, так как избыточный металл может в конце процесса деформирования вызвать значительное увеличение усилия, привести к перегрузке механизма и поломке. В процессе штамповки происходит постепенный износ штампа, что приводит к изменению объема поковки. Если заготовку рассчитать по номинальным размерам поковки, то в разработанном штампе ручей не заполниться. Поэтому минимальный объем заготовки рекомендуется определять по формуле:
, (1)
где — средний объем поковки, определенный по наибольшим горизонтальным размерам (номинал + допуск) и наименьшим вертикальным размерам (номинал – допуск); — % угара.
Таким образом, отклонение объема заготовки возможно лишь в большую сторону на величину рассчитанного допуска, что обеспечивает заполнение полости штампа.
Расчетные размеры исходной заготовки определяются:
; ;
(2)
; .
Для облегчения выбора заготовки и корректировки ее длины в зависимости от фактического допуска проката следует пользоваться специальными номограммами.
С целью получения более точных мерных заготовок применяется отрезка в штампах сдвигом с дифференцированным зажимом прутка с обеих сторон реза, что предотвращает изгиб прутка и распор ножей, уменьшает износ инструмента. По качеству и точности этот способ конкурирует с резкой пилами.
Штамповка в закрытых штампах
Этот процесс, осуществляемый на горизонтально-ковочных машинах, прессах и молотах, иногда называют безоблойной штамповкой .
Сущность процесса (рис. 1) состоит в том, что заготовка с размерами Н0 и D0 деформируется, находясь в полости одной части штампа, в которую входит, как в направляющую, другая его часть (рис.1, а, 6). При этом штамп не обеспечивает свободного удаления цилиндрической поковки с размерами Hк и DK из ручья. Во избежание указанного применяют штамповочные уклоны или извлекают поковки следующими двумя способами. Для удаления поковки из полости применяют выталкиватель (рис. 1, в). В части 1 штампа установлен стержень 3, выталкивающий поковку после отхода части 2 штампа (при обратном ходе машины). Для уменьшения усилия выталкивания применяют штамповочные уклоны α относительно небольших размеров. По такой схеме выполняют штампы, работающие на прессах. В другом случае (рис. 1, г) часть штампа, в которой расположена полость, выполнена разъемной, состоящей из двух половин 1′ и 1” штамп состоит из трех частей и имеет разъем в двух плоскостях, штамповочные уклоны при этом не нужны. По такой схеме выполняют штампы горизонтально-ковочных машин, в которых деформация металла происходит обычно на конце прутка. В последнее время штампы с разъемной матрицей без уклонов применяют и на прессах при штамповке мерных заготовок.
Рис. 1. Схемы штамповки в закрытых штампах
Практически некоторая часть металла затекает в зазоры между разъемными частями 1 и 2 закрытого штампа, образуя незначительный заусенец, объем которого зависит от колебаний объема заготовок вследствие неточности их изготовления. Штамповка, в закрытом штампе характеризуется следующими признаками.
1. Колебания объема заготовок должны быть незначительными. При штамповке заусенец не предусматривается, поэтому объем металла в полости практически не изменяется: V = const.
2. Заусенец, часто образующийся вследствие затекания металла в зазор по месту разъема штампа, незначителен, толщина его не изменяется в процессе штамповки, а направление вытекания совпадает с направлением движения штампа.
3. Макроструктура поковок характеризуется тем, что волокна металла получают очертания контура поковки и не перерезаны.
Каждый из описываемых способов штамповки имеет преимущества и недостатки, однако штамповка в закрытых штампах более рациональна, так как при ней возможен только непредусматриваемый и небольшой величины заусенец (0,5—1%), качество поковок более высокое, чем из закрытых штампов.
Особенно эффективна схема штамповки в закрытых штампах малопластичных сплавов. Значительный боковой подпор стенок полости повышает гидростатическое давление , в результате чего пластичность металла возрастает. Существенное преимущество закрытых штампов состоит в меньшей их требовательности к фасонированию заготовок, однако как и в открытых штампах должно быть обеспечено центрирование заготовок. Основное требование к штамповке в закрытых штампах сводится к точности объема заготовок. Меньший объем заготовок, чем требующийся, приводит к незаполнению углов штампов и браку поковок. Больший объем заготовки из-за отсутствия возможности фиксировать момент заполнения полости (конец штамповки) приводит к распору штампа, что отрицательно сказывается на его долговечности. Штампы при использовании чрезмерно больших заготовок разрушаются, не будучи изношенными. Повышение точности заготовок направлено на увеличение выхода годного, что желательно для штампов всех типов, а не только закрытых.
Основной недостаток способа штамповки в закрытых штампах состоит в его неуниверсальности и ограниченности рациональных форм штампуемых поковок (рис. 2). Для сравнения приведены продольные сечения открытых и соответствующих закрытых штампов, из которого видно, что, например, круглый контур поковки неприемлем из-за малого угла β и низкой стойкости кромки штампа к: лучше, если β ≥ 90°, что далеко не всегда возможно. Именно это обстоятельство является решающим и объясняет, почему штамповка в открытых штампах более распространена (на долю закрытых штампов приходится менее 10% штампуемых поковок).
Однако штамповку в закрытых штампах непрерывно совершенствуют и постепенно расширяют ее применение.
Рис 2. Сечение открытых (а) и соответствующих закрытых (б) штампов: α — штамповый уклон; β — угол рабочей кромки внутренней части штампа
Во избежание перегрузки штампов и оборудования при попадании в штампы заготовок, объем которых превышает некоторый предельный, М. В. Сторожев предложил удалять излишки металла в специальный приемник, названный компенсатором. Принцип устройства компенсатора состоит в том, что для каждой конфигурации поковок и соответствующего оформления штампа устанавливают место наиболее трудного заполнения металлом и в нем предусматривают отверстие или щель, в которые выдавливается лишний металл после оформления поковки. На рис. 3 представлены разновидности применяемых компенсаторов, достоинство которых состоит в простоте последующего удаления излишка металла, поступившего в компенсатор. Лучше всего, если оно осуществляется отрезкой в процессе штамповки, и хуже, если это требует механической обработки на станках. Торцовые компенсаторы (рис. 3, а) в виде конического приемника, а также с кольцевым приемником (рис. 3, б) просты в исполнении и распространены больше других.
Рис. 3. Схема закрытых штампов с компенсаторами;
1 — нижний и 2 — верхний выталкиватели; 3 — фиксирующая обойма; металл, поступающий в компенсатор, зачернен
Внутренний компенсатор (рис. 3, в) применяют для поковок кольцевого типа и размещают в области перемычки (пленки) в виде кармана увеличенного объема. Компенсатор по схеме (рис. 3, г), который оформляют в виде кольцевой щели между пуансоном и матрицей, должен быть тонким, так как расположен не в самом; труднодоступном для металла месте. Объем компенсируемого металла здесь не велик. Более емок компенсатор кольцевого типа (рис. 3, д), расположенный между пуансоном сквозного типа и матрицей в нижней части полости. Оригинальная конструкция штампа (рис. 3, е) позволяет применить компенсатор в виде наружной кольцевой щели по типу заусенечной канавки, но в отличие от нее компенсатор имеет постоянную высоту щели за счет того, что фиксирующая обойма штампа, образующая приемник для металла с начала и до конца штамповки, находится в нижнем положении.
А. 3. Журавлев, подробно исследуя условия заполнения углов закрытых штампов, ввел их подразделение на пассивные, которые расположены в глухой части полости, и активные, расположенные во входной части полости, между неподвижными и подвижными частями штампов. В пассивные углы металл поступает, преодолевая силы трения о боковую стенку, что требует больших удельных сил, чем при заполнении активных углов. Типичное расположение компенсатора в глухой части полости дано на рис. 3, а, б, е. На рис. 3, г компенсатор расположен в активной части полости, поэтому должен быть узким с тем, чтобы затруднить вытекание избыточного металла и обеспечить заполнение всех углов полости. Таким образом, в отдельных случаях компенсатор выполняет те же функции, что и заусенечная канавка, т. е. тормозит выход металла из полости, но в то же время размещает излишки металла, не давая перегружаться штампу и оборудованию. В то же время штамп остается закрытым, причем размеры щели приемника металла в процессе штамповки не изменяются.
Штамповка в открытых штампах
Открытый штамп
Штамповка в открытых штампах отличается тем, что полость штампа в процессе деформирования заготовки остается открытой (рис. 11.2) и штамповка сопровождается образованием облоя вокруг поковки.
Рис. 11.2. Схема заполнения полости штампа металлом: а — начальная стадия, б — стадия осадки, в — одновременное течение металла в полость штампа и облой, г — заполнение углов, д — доштамповка; 1, 3 — верхний и нижний штампы, 2 — заготовка
Процесс штамповки
Процесс штамповки можно разделить на несколько стадий. На первой стадии (рис. 11.2, а) при опускании верхнего штампа 1 заготовка 2 подвергается осадке между штампами 1 и 3 до соприкосновения металла с боковыми стенками полости штампа (рис. 11.2, б). С этого момента начинается вторая стадия штамповки (рис. 11.2, в), которая характеризуется одновременным течением металла в полость штампа и в боковой зазор между штампами с образованием облоя.
При дальнейшем опускании верхнего штампа боковой зазор уменьшается и сопротивление течению металла в облой возрастает.
В это время облой как бы закрывает попость штампа и металл затекает в еще не заполненные углы и другие труднозаполнимые участки штампа (рис. 11.2, г). На третьей стадии происходит доштамповка — вытеснение из заполненной полости штампа некоторого излишка металла в облой (рис. 11.2, д).
Технологические функции
При открытой штамповке облой выполняет технологическую функцию — закрывает выход из полости штампа и заставляет металл заполнять ее; кроме того, он компенсирует неточности объема заготовки, возникающие в процессе отрезки последней, вследствие неравномерного угара металла при нагреве и др. Колебания объема заготовки отражаются лишь на размерах облоя, а поковки являются отпечатками, идентичными полости штампа.
Требования к заготовкам
Таким образом, требования к точности исходных заготовок для открытой штамповки могут быть снижены,что позволяет применять более дешевые и высокопроизводительные способы их отрезки на пресс- ножницах. С другой стороны, образование облоя приводит к потерям металла, составляющим до 20 … 25 % объема заготовки (а в некоторых случаях и более); кроме того, возникает необходимость в дополнительной операции обрезки облоя в специальных обрезных штампах на обрезных прессах. Несмотря на указанные недостатки, штамповка в открытых штампах в настоящее время является наиболее распространенной.
