режимов, обеспечивающих формирование соответствующего внутреннего строения на микро- и макроуровнях.

В зависимости от типа производства изготавливают и соответственно проектируют (разрабатывают чертеж) или индивидуальную (массовое и крупносерийное) или групповую (мелкосерийное и единичное) штампованные поковки.

Индивидуальные штампованные поковки предназначены для изготовления отдельно каждой детали, групповые - для группы деталей с близкими формами и размерами.

Эффективность штамповки индивидуальных поковок проявляется в возможности приближения их форм и размеров к деталям, а в некоторых случаях штамповки и Самих деталей, что сокращает отходы и снижает трудозатраты при последующей механической обработке. Групповая штамповка позволяет с большей эффективностью использовать штам-повую оснастку при необходимости изготовления большой номенклатуры деталей (рис. 3.9). С учетом конструкции детали и исходных данных технолог намечает способ штамповки и тип оборудования (традиционная горячая объемная штамповка на оборудовании динамического или статического действия; изотермическая штамповка; штамповка в условиях сверхпластичности или жидкостном режиме

3.9. Групповая штамповка:

а - группа деталей; б - групповая поковка; О - О - плоскость разъема штампа

трения; штамповка вальцовкой и прокаткой). Возможно рассмотрение альтернативных вариантов, если имеется различное оборудование или разрабатывается проект нового цеха, автоматизированный линии и др.

Для реализации традиционных способов горячей объемной штамповки применяют оборудование:

динамического действия (паровоздушные штамповочные, гидравлические, с доской, с цепью, бесшаботные и высокоскоростные молоты);

статического действия (КГШП, ГКМ), с вертикальным или горизонтальным разъемом матриц, гидравлические и винтовые прессы, элекгровысадочные машины);

ротационного действия (ковочные вальцы, станы, ротационно-ковочные, сферодвиж-ные).

Указанные виды оборудования обеспечивают их рациональное применение в зависимости от конфигурации детали, ее размеров и массы, типа производства, марки материала и других требований, предъявляемых к поковке. Так, паровоздушные штамповочные молоты имеют простую конструкцию, безотказны в работе, обладают возможностью многоручьевой штамповки для придания заготовке формы, обеспечивающей минимальный облой при штамповке в чистовом ручье, удобством в эксплуатации, повьпиенной стойкостью штампов. Основные их недостатки - шум, вибрационные нагрузки, большие отходы металла и низкая точность поковок по сравнению с КГШП.

Высокоскоростные молоты применяют для штамповки поковок с тонкими ребрами.

Гидравлические молоты, как и молоты с доской и с цепью (ремнем), обеспечивают высокую точность поковок в условиях однору-чьевой штамповки.

Бесшаботные молоты не оказывают разрушительного действия на фундамент и здание цеха при ударе. Их применяют для штамповки крупных поковок, масса которых может пре-вьпдать 100 кг.

Оборудование статического действия создает в цехах лучшие условия труда (культуры производства), обеспечивает высокую точность поковок и приближение их к форме и размерам детали, что способствует снижению отходов металла и трудозатрат при последующей механической обработке, а также позволяет автоматизировать производство и повысить производительность. На КГШП и горяче-штамповочных автоматах возможна штамповка поковок в открытых штампах. Наибольшее распространение КГШП получили в условиях массового производства (например, в автомобильной промышленности).

К числу недостатков оборудования статического действия следует отнести: недостаточную надежность работы муфт; более высокую стоимость по сравнению с молотами; мень-

Шую универсальность (невозможность осуществлять подкатку и протяжку, что вызьшает необходимость в паре КГШП устанавливать ковочные вальцы).

Горизонтально-ковочные машины (ГКМ) применяют для штамповки, в подавляющем большинстве, осесимметричных поковок с буртами и фланцами, цельных и с внутренними полостями. На ГКМ осуществляют многоручьевую штамповку поковок. Применяют штамповку от прутка в наборах, формовочных, пережимных, обрезных, пробивных и отрезных ручьях. Возможность автоматизахщи процесса штамповки легче реализуется ГКМ с горизонтальной плоскостью разъема.

Гидравлические прессы применяют для штамповки крупных поковок, которые невозможно изготовить при использовании других типов штамповочного оборудования, а также для многоплунжерной штамповки. Гидравлические прессы отличаются большим рабочим ходом. Самый крупный гидравлический штамповочный пресс может создать усилие 750 МН.

Винтовые (фрикционные, дугостаторные, гидравлические и др.) прессы позволяют штамповать поковки в открытых и закрытых штампах, как правило, штамповкой вьщавли-ванием (прямое, обратное, радиальное, боковое). Применение операций вьщавливания последовательно или одновременно (комбинированное вьщавливание) дает возможность изготовлять самые разнообразные типы поковок (цельных и с полостями). На электровысадочных машинах можно штамповать стержневые поковки с фланцами.

Оборудование ротационного действия применяют для изготовления заготовок, предназначенных для окончательной штамповки поковок на КГШП, а также для собственно штамповки.

Вертикально-ковочные машины служат для изготовления осесимметричных изделий простых форм (конических и цилиндрических стержней с фланцами и без них), реже - для изделий сложных конфигураций.

Ковочные вальцы используют для собственно штамповки и для предварительного профилирования удлиненных в плане поковок перед последующей штамповкой, что повышает производительность, снижает отходы металла и себестоимость поковок.

Прокатные станы применяют для продольно-периодической прокатки, клиновой, винтовой прокатки для изготовления различного рода осесимметричных машиностроительных заготовок. Эти способы отличаются высокой производительностью и сравнительно простой технологической оснасткой.

Выбор технологического оборудования для штамповки предопределяет последующую разработку технологического процесса и его

производительность, что является основой при выборе типа нагревательных устройств, средств автоматизации и управления, разработке чертежа поковки и др.

Разработку чертежа поковки проводят согласно ГОСТ 7505 - 89 с учетом классификации деталей для выбранного способа штамповки и типа оборудования.

По чертежу поковки проектируют расчетную заготовку поковки (эпюру диаметров) с учетом объема металла для оформления заусенца при открытой штамповке, угара металла до 2 % от объема поковки при одном нагреве и до 2,5 % при наличии подогрева. После определения массы заготовки выбирают профиль исходного материала и способ разрезки его на заготовки (с подогревом, без подогрева, в открытых или закрытых штампах, на пилах и т.п.), тип оборудования и его номинальное усилие с учетом обеспечения заданной производительности технологического оборудования для штамповки, если необходимо проектировать автоматизированную линию.

Деформирующее усилие, необходимое для разрезки сортового проката,

Р = (0,7 0,8) ai,

где Qg - временное сопротивление разрыву сортового проката при температуре разрезки; F - площадь поперечного сечения разрезаемого прутка.

При выборе числа переходов (операций) и термомеханических режимов горячей штамповки необходимо учитывать два фактора: формирование внутреннего строения поковки и пластическое формоизменение без разрушения (при штамповке поковок из малопластических металлов и сплавов).

Увеличение плотности дислокаций и накапливание микроповреждаемости в результате внутризеренной деформации ограничивает возможности пластического деформирования. Интенсивность этого процесса определяется скоростями деформации сдвига. Одновременно под влиянием высоких температур и неравномерности накопления потенциальной энергии (в форме свободной энергии) в деформируемых зернах образуются устойчивые центры рекристаллизации и начинается рост новых разупрочненных зерен, в которых плотность дислокаций на несколько порядков уменьшается и происходит залечивание появившихся микроповреждений, а в некоторых случаях и макроповреждений. Это приводит к восстановлению ресурса пластичности. Эффективность этого процесса определяется скоростью рекристаллизации. Как было установлено С, И. Губкиным, скорость деформации в процессах ковки и штамповки всегда превалировала над скоростью рекристаллизации и

только после окончания пластического деформирования процессы рекристаллизации протекают беспрепятственно. Результаты рекристаллизации после пластического деформирования в условиях горячей деформации можно предсказать по диаграмме рекристаллизации.

Очевидно, что при выборе термомеханических режимов формоизменения в операхщях и переходах горячей штамповки указанные обстоятельства, связанные с накоплением микроповреждений, необходимо учитывать.

В. Л. Колмогоров, учитывая скоротечность процессов горячего деформирования в условиях обработки давлением, предложил на основе общей теории разрушения определять степень использования ресурса пластичности

v/ на каждом /-м переходе, а затем их суммировать [26].

Рассмотрим методику упрощенной оценки использования ресурса пластичности, предположив, что результаты расчета для условий монотонного деформирования можно распространить на любые процессы горячей штамповки.

Согласно [26] необходимо определить степень использования ресурса пластичности

vj на каждом /-м переходе:

где Н - обобщенная характеристика скорости сдвиговой деформации (можно при приближенных расчетах принимать среднее значение интенсивности скорости деформации сдвига);

Лр - допустимая степень деформации сдвига

для условий монотонного деформирования; / -

время; ti i, tf - время соответственно начала

и окончания i-ro перехода.

Затем необходимо определить общую степень ресурса пластичности v/ за л переходов горячей штамповки (при условии, что заготовка не подогревалась):

где п - число переходов (операций); - коэффициент, учитывающий схему напряженно-деформированного состояния заготовки, значения которого по опьггным данным приведены в [26] для некоторых сплавов.

С более строгими расчетами ресурса пластичности в процессах обработки металлов давлением можно познакомиться в учебной и научной литературе [26, 36, 52].

Для выбора штамповочного оборудования для вьшолнения тех или иных операций необходимо определить величину деформирующей силы (ее максимальное значение) при штамповке на прессах или работу пластической деформации при штамповке на молотах.

Существует множество вариантов расчета деформирующей силы с использованием аналитических и численных методов [26, 51, 52], а также по эмпирическим зависимостям и номограммам [23].

Так, для определения деформирующей силы Р для штамповки поковок в открьпых штампах можно пользоваться следующими выражениями [23, 51]:

штамповка круглых в плане поковок

- 0,375 +1,25 Ш А

штамповка вытянутых (стержневых) в плане поковок

- 0,25+ 1,25 In - hi

где - напряжение текучести деформируе-

штамповки

заготовки в температурном интервале

а е =

= 1,155а,

b и

Лз - соответственно ширина и глубина мостика заусенечной канавки; и /п - площади соответственно мостика облойной канавки в плане и поковки; d - диаметр поковки; а -ширина вьгтянутой в плане поковки; -фактор трения (для условий горячей штамповки =0,3).

Для определения относительной удельной деформирующей силы при штамповке обратным вьщавливанием можно воспользоваться следующим выражением, полученным по методу верхней оценки: