Главная  Кузнечно-штамповочное производство (КШП) 

[ 1 ] 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233 234 235 236 237 238 239 240 241 242 243

Кузнечно-штамповочное производство (КШП) предназначено для изготовления изделий, являющихся машиностроительными заготовками, а в некоторых случаях - деталями. В подавляющем большинстве случаев изготовление изделий в КП1П осуществляют пластическим деформированием, что приводит к уменьшению отходов и трудозатрат на заключительных операциях обработки заготовок резанием, а также изменению их внутреннего строения на микро- и макроуровнях, улучшению механических, а иногда и физических свойств материала заготовок в соответствии с требованиями эксплуатации.

Оборудование, предназначенное для пластического деформирования в КШП, отличается более высокой производительностью по сравнению с другими производствами. Благодаря этому большинство фасонных ответственных деталей получают ковкой или штамповкой. Технологические процессы КШП применяют для изготовления самых разнообразных изделий из черных и цветных металлов и их сплавов, что предопределяет большое разнообразие технологических процессов и оборудования.

1.1 КЛАССИФИКАЦИЯ ПРОЦЕССОВ И ИЗДЕЛИЙ КУЗНЕЧНО-ШТАМПОВОЧНОГО ПРОИЗВОДСТВА

Общие сведения. Все многообразие технологических процессов КШП может быть сведено к следующим процессам: ковке, штамповке и специальным штамповочным процессам.

Ковкой называют технологические процессы обработки давлением, при осуществлении которых формообразование изделия происходит под воздействием деформирующих сил, прикладываемых к определенным частям поверхности заготовки с заданной последовательностью при условии отсутствия ограничения течения металла в направлениях, перпендикулярных прикладываемым деформирующим силам.

Изделия, получаемые ковкой, являются машиностроительными заготовками, из кото-

рых в механосборочных цехах изготовляют детали.

Для ковки используют универсальный инструмент. При производстве самых разнообразных поковок можно ограничиться достаточно небольшим набором рабочих инструментов, среди которых наиболее часто используемые - плоские бойки, пережимки, раскатки, прошивни и оправки, осадочные плиты и топоры. Заготовками для ковки служат слитки, различный прокат, прессованные прутки и профили

Штамповкой называют технологические процессы обработки давлением, при осуществлении которых формообразование изделия на заключительной стадии пластического деформирования происходит в условиях ограниченного течения, определяемого формой и размерами полостей (ручьев) рабочих инструментов

- штампов.

Схема напряженного состояния заготовки в процессе ее пластического деформирования зависит от типа заготовки. При ковке и штамповке изделий из слитков, сортового проката и прессованных прутков схема напряженного состояния, как правило, объемная (всестороннее неравномерное сжатие), поэтому штамповку называют объемной. При штамповке деталей из листовых заготовок схему напряженного состояния можно с достаточной степенью точности считать плоской, а штамповку называют листовой.

Изделия, изготовленные ковкой или объемной штамповкой, называют соответственно коваными или штампованными поковками, а изделия, изготовленные листовой штамповкой,

- деталями, поскольку последние практически идут в сборочные цехи без какой-либо обработки резанием.

В процессах КШП пластическая деформация может быть холодной, горячей и промежуточной - неполной холодной или неполной горячей. При каждом виде деформации получают изделия с определенным внутренним строением, механическими и эксплуатационными свойствами и, в первую очередь, с определенными упрочняющими и разупрочняю-щими эффектами [2, 8].

При холодной пластической деформации (с полным упрочнением) явления возврата и рекристаллизации полностью отсутствуют. Температура холодной пластической деформа-



ции Т < OjBTjj где Tjj л абсолютная температура плавления деформируемого металла. В результате холодной пластической деформации металл приобретает текстуру преимущественного ориентирования кристаллографических осей зерен. Получаемые изделия имеют поверхности высокого качества, а также высокие прочностные свойства. Материал изделий -малолегированные и малоуглеродистые стали, а также некоторые цветные металлы и их сплавы.

При неполной холодной пластической деформации рекристаллизация отсутствует, явление возврата протекает полностью. Поэтому металл приобретает полосчатую структуру без следов рекристаллизации, а при значительной деформации - текстуру. Неполную холодную деформацию осуществляют в интервале температур Т - (0,3 ч- %5)Т j,.

При горячей пластической деформации (с полным разупрочнением) рекристаллизация протекает полностью, в результате металл приобретает полностью рекристаллизованную равноосную структуру. Температура горячей пластической деформации Т > 0,7Т .

Неполную горячую пластическую деформацию (с. неполным разупрочнением)

Т - (0,5 0,7)Гп л , при которой рекристаллизация протекает не полностью, применяют редко, так как для структуры изделий, полученных этим процессом, характерно наличие рекристаллизованных (разупрочненных) равноосных и нерекристаллизованных (упрочненных) вытянутых зерен.

Приведенные выше оценки видов пластической деформации справедливы для ковки на традиционном кузнечно-штамповочном оборудовании. Поскольку процессы возврата и рекристаллизации протекают во времени с определенными скоростями, то в зависимости от соотношения этих скоростей и скоростей деформации температурные интервалы рассмотренных видов деформации могут существенно изменяться.

Преимущества горячей пластической деформации:

1. Меньшая опасность разрушения металла. С повышением температуры прочность металла снижается, однако благодаря рекристаллизации становится возможным значительное формоизменение. При повьпиении температуры в ряде металлов (Mg,Cd,Be, a-Ti,a-Ni и др.), имеющих гексагональную кристаллическую решетку, число реально действующих плоскостей скольжения увеличивается, что улучшает их пластичность. Многие металлы (W, Мо, Nb, Zn) из-за хрупкости в холодном состоянии можно подвергать только горячей деформации.

2. Снижение необходимых усилий и энергии деформирования. Деформирующая сила при горячей пластической деформации по сравнению с холодной деформацией может быть меньше в 30 - 40 раз, что очень важно при ковке и штамповке крупногабаритных заготовок.

3. Сокращение технологического цикла. При холодной деформации возможно накопление дефектов и возникновение опасности исчерпания ресурса пластичности, для восстановления которого в технологическом процессе предусматривают промежуточные отжиги. При горячей деформации залечивание дефектов происходит в процессе ковки и штамповки.

4. Возможность формирования мелкозернистой микроструктуры. В процессе пластической деформации происходит увеличение плотности дислокаций и накопление свободной энергии, что способствует появлению устойчивых центров рекристаллизации, обладающих меньшей свободной энергией, диффузии (миграции) атомов в направлении, соответствующем высвобождению энергии. При интенсивной деформации число устойчивых центров рекристаллизации резко возрастает и их образование становится непрерывным. Если в резулыате горячей аластической деформации необходимо сформировать мелкозернистую структуру, температура на заключительной стадии ковки или штамповки должна быть чуть выше температуры рекристаллизации.

5. Анизотропия механических характеристик. Обычно текстура после горячей деформации выражена слабее, чем при холодной.

Недостатки горячей пластической деформации:

1. Трудность поддержания постоянной высокой температуры. При получении небольших заготовок штамповкой для создания условий, соответствующих горячей пластической деформации, необходимо встраивать в штампы нагревательные элементы, изготовление и эксплуатация которых приводят к большим затратам средств. Поэтому, например, листовую штамповку осуществляют, преимущественно, в холодном состоянии, а в операциях ковки и штамповки заготовок, размер которых в каком-либо направлении не пре-вьпыает 3 мм, горячую пластическую деформацию применяют редко.

2. Низкое качество поверхности. Металлы и сплавы при нагреве до температур горячей пластической деформации окисляются (покрываются окалиной). Удаление окашны до начала ковки или штамповки затруднено, а использование безокислительных способов нагрева требует дополнительных затрат средств. Окалина обладает достаточно высокой твердостью и заковывается (заштамповывается)



в поверхностные слои поковки. Такая поверхность не имеет товарного вида и приводит к затуплению режущего инструмента при последующей обработке резанием. Необходимо увеличение припусков под обработку резанием.

3. Затруднение точного контроля размеров изделия. Угар металла в условиях пластической деформации не позволяет точно учесть изменения размеров поковки при ее охлаждении. При ковке крупных поковок из-за тепловой радиации затруднен подход к заготовке для определения ее размеров.

4. Разупрочнение. В большинстве случаев разупрочнение является важным преимуществом горячей пластической деформации, однако в некоторых случаях упрочнение увеличивает несущую способность изделий.

5. Неоднородность формируемой структуры и свойств. Обычно после горячей деформации свойства менее однородны, чем после холодной деформации и последующего отжига (из-за возможности более строго контролировать температуру и продолжительность отжига, чем в условиях горячей деформации). Конечные размеры зерен в поковке, изготовленной в условиях горячей деформации, никогда не бывают одинаковыми, поскольку в поверхностных слоях металла деформация всегда более интенсивна. Размер зерен возрастает от поверхности к центру поковки, что обусловлено наиболее быстрым охлаждением поверхностных слоев, и собирательная рекристаллизация не успевает произойти.

6. Невозможность горячей пластической деформации некоторых металлов и сплавов. Сплавы при наличии легкоплавких соединений при горячей деформации разрушаются. Такой эффект можно, например, наблюдать в меди при наличии даже нескольких тысячных долей висмута. Если сера в стали не связана с марганцем, образуются прослойки FeS, вызывающие красноломкость.

На основе анализа преимуществ и недостатков можно сделать вывод, что ковку и штамповку наиболее целесообразно проводить в условиях горячей и холодной пластической деформации.

Общая классификация изделий КШП: кованые поковки: сплошные гладкие или с уступами, вьянутой осью, круглым или прямоугольным поперечным сечением; полые гладкие или с уступами, цилиндрические, с большим отношением длины к наружному диаметру; сплошные не с прямолинейной осью, преимущественно прямоугольного поперечного сечения; сплошные гладкие или с уступами, с круглым или с прямоугольным поперечным сечением, с малым отношением длины (высоты) к диаметру; полые гладкие или с уступами, цилиндрические, с малым отношением длины (высоты) к внешнему диаметру; типа обечаек;

штампованные поковки: удлиненные с прямой главной осью произвольного поперечного сечения, с двумя плоскостями симметрии; удлиненные с изогнутой осью, с возможным разъемом в одной плоскости; удлиненные в плане при отсутствии возможности разъема в одной плоскости; удлиненные с боковыми отростками и возможностью разъема в одной плоскости; удлиненные с развилинами и возможностью выбора разъема в одной плоскости; круглые в плане и приближающиеся к ним с малым отношением высоты к диаметру; типов крестовин с отростками, стержня (стакана) с фланцами, панелей с ребрами, стаканов (с одной и двумя полостями), коленчатого вала.

Листоштамповочные детали классифицируют в зависимости от их геометрии [20]:

плоские детали, штампуемые с применением разделительных операций;

осесимметричные оболочки типа тел вращения (цилиндрические, конические, сферические, овальные и др.);

коробчатые (с двумя, одной осью симметрии и произвольной формы);

комбинированные - оболочки с отбортованными патрубками вовнутрь и наружу на боковых поверхностях (и торцевых), с переменными размерами сечения по высоте и ширине и др.;

оболочки сложной формы;

детали типа сильфонов, гнутых профилей и облицовочных панелей (плоские и различного типа гофрами).

1.2. ИСХОДНЫЙ МАТЕРИАЛ

1.2.1.Слитки, заготовки непрерывной разливки и предварительно деформированные заготовки (слябы и блюмы), в качестве исходного материала при ковке на молотах и гидравлических прессах применяют слитки, сортовой прокат, обжатые заготовки (блюмы), а также заготовки, полученные непрерывной разливкой, центробежным литьем и сварные.

Разливку металла осуществляют в изложницы. Полученные в них слитки могут иметь либо постоянную массу, либо переменную (изложницы с плавающим поддоном и прибыльной надставкой), что обеспечивает максимальный выход годного металла из слитка. Параметры слитков всех типов должны соответствовать ведомственным нормалям и техническим условиям. В гл. 2 (см. таблицы) даны обычные, удлиненные и полые слитки, а также слитки, отливаемые в изложницах с плавающими поддонами и надставками.

Для ковки поставляют обжатые болванки в соответствии с ГОСТ 4692-83 со стороной квадрата 140 - 450 мм, мерную и кратную длину которых оговаривают в конкретном заказе, а стальные квадратные заготовки - в



[ 1 ] 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233 234 235 236 237 238 239 240 241 242 243

© 2011 - 2020 www.taginvest.ru
Копирование материалов запрещено