Материалы сайта
Это интересно
Обработка давлением
4.5. Обьемная штамповка. Бесштамповая обработка Холодное выдавливание. Холодным выдавливанием называют процесс, при котором холодный металл вытесняется из закрытого объема в зазор или отверстие, имеющееся в инструменте. При холодном выдавливании метал в закрытом объеме находится под большим давлением - 2000-2500 МН/м2 (до 200-250 кг/мм2) и в следствии может течь в том направлении, в котором сопротивление течению найменьшее. Возможности получаемых форм деталей определяется способами выдавливания (рис.34) : прямым , обратным и комбинированным. [pic] При прямом выдавливании металл течет в напрввлении движения пуансона , при обратном выдавливании в противоположном движении : в направлении движении и обратном движении пуансона. Для холодного выдавливания используют деформируемые алюминий и его сплавы , медь и ее сплавы ,никель и его сплавы, стали с пределом прочности до 550-600 МН/м2. Поперечное сечение детали определяется степенью деформации U=(Fo-F)/Fo (24) где Fo и F - площадь поперечного сечения заготовки и детали. Допустимая степень деформации зависит от марки и состояния металла. Если при допустимой степени деформации не получают нужных размеров деталей вводят дополнительные операции выдавливания. Усилие выдавливания определяют по формуле : P=q/Fn (25) где q-давление течения , Fn-площадь на которую давит пуансон. Давление течения один из важнейших технологических параметров холодного выдавливания. Величина давления зависит от марки материала и его состояния, степени деформации, силы трения и др. Силы трения увеличивают усилия в 2-3 раза ,поэтому стремятся их уменьшать до минимума. С этой целью используют определенные смазки. Так как при холодном выдавливании возникают большие давления, то смазки легко выдавливаются и происходит контакт инструмента с несмазанной заготовкой, что приводит к микросвариванию и резкому увеличению давления. Для сохранения смазки при выдавливании на заготовку наносят пористый прочнопластичный разделяющий слой. Для сталей разделяющим слоем является - слой цинкового фосфата, для алюминия и его сплавов - слой анодных окислов. Смазкой для стали является раствор хозяйственного мыла, для алюминия и его сплавов - животные жиры и минеральные смазки на основе парафина. Размеры заготовки. Размеры поперечного сечения заготовки на 0,05-0,10 мм меньше размеров матрицы; высота заготовки определяется из условия равенства объема заготовки объема детали с учетом припуска на обрезку. H=(Vд+V)/F3 (26) где F3 - площадь заготовки, Vд,V - объем заготовки и припуск на обрезку. Для уменьшения давления течения используют выдавливание с активными (направленное по течению металла)силами трения . Это позволяет уменьшить усилие (давления)выдавливания на 15-40% соответственно при степенях деформации 50-70% . При холодном выдавливании получают 6-11 квалитет точности детали по поперечному сечению, шероховатость поверхности с параметром Ra=2,5-0,16 мкм, высокую производительность ,экономию металла. Для выдавливания используют колоночные и бесколоночные штампы. Для холодного выдавливания сталей ,медных и никелевых сплавов используют специальные прессы, для мягких алюминевых сплавов (бв<10-12кг/мм2)-обычные кривошипные прессы. Высадка - процесс перераспределения металла, при котором на заготовке получают местное утолщение (рис.35). [pic] При высадке можно получить утолщение на трубчатых, плоских заготовках, заготовках из прудка и т.д. Высадка осуществляется двумя способами - открытым и закрытым. При открытом способе металл имеет возможность свободно течь в направлении, перпендикулярном движению пуансона; при закрытом способе течение металла перпендикулярно движению пуансона ограничивается инструментом. Для высадки используют калиброванные прудки. Детали изготовляют из стали марок от 10 до 45 , 20Х , 40Х , 30ХГСА, ШХ9 , ШХ15 , 12Х18Н9Т, У10А, дюралюмина Д1 и Д16 , латуни Л62 , Л68 , меди и др. Длина высаживаемой части заготовки ho определяется из условия равенства объемов заготовки и высаживаемой части детали. При ho<2d высадка выполняется за один переход, при 2,5dd>80 мм и отсуствии предварительного ручья и всегда для наметок в предварительном ручье примеряют наметки с раскосом, толщина пленки Smax=1,35S, Smin=0,65S, S=0,1d. Наметку с магазином применяют при 150>d>55 мм и наличии предварительного ручья, в котором делается наметка с расскосом. Наметку с карманом применяют в окончательном ручье при D>155 мм и низких поковках со сравнительно малым отношением высоты к диаметру H/D<0,07. Толщина S=0,4(d)1/2. Глухую наметку применяют только с целью экономии металла, когда наметку получают с относительно большой глубиной и большим радиусом R. Отверстие получают в дальнейшем сверлением. 4.6. Высокоэнергетические импульсные методы штамповки. Применение высокоэнергетических методов штамповки позволяет экономично изготовлять абаботкой давлением такие детали и заготовки, которых ранее невозможно было изготовлять или для изготовления которых ранее требовалось дорогостоящее мощное оборудование. Эти методы деформирования используют в условиях мелкосерийного и серийного производства, как для листовой так и для объемной штамповки. Штамповка листового металла. Гидровзрывная штамповка. При гидровзрывном формоизменении энергии, образующаяся при взрыве, передается штампуемой заготовки через ударную волну, давление и сопутствующий ей гидропоток. В качестве среды, передающей энергию взрыва, используют жидкость, сыпучую, вязкую или твердую среду. Деформируемые листовые или трубчатые заготовки можно подвергать различным операциям: резке, вытяжке, рельефной формовке, раздаче, обжиму, отбортовке и др.. Причем возможно формоизменение с нагревом заготовки с помощью передающей среды (песком). Для взрывной штамповки используют бризантные и метательные взрывчатые вещества. Взрыв может производиться в стационарном или съемном (разовом) бассейне. Для формоизменения заготовки в зависимости от выполняемой операции чаще всего используют только матрицу или пуансон; для вытяжки, рельефной формовки, отбортовки - матрицу, для обжима - пуансон. При вытяжке обычно получают за один переход меньшую предельную величину коэффициента вытяжки, чем в обычных условиях: |материал |сплав ОТ4 |ст.3 |2Х13 |12Х18НIОТ |08 |АМг6-М | | m |0,68 |0,65 |0,64 |0,63 |0,63 |0,61 | Матрицы для вытяжки могут быть металлические цельнолитые или составные, железобетонные, из льда. Точность деталей изготовленных взрывной штамповкой по сравнению с обычной вытяжкой значительно выше. Электрогидравлическая штамповка по сравнению со взрывной имеет ряд преимуществ: а) возможность применения в обычных условиях, б)простота дозирования энергии, в)возможность осуществления серии разрядов, следующих друг за другом, г) легкость автоматизации процесса. Однако установки для электрогидравлической штамповки дороже установок для штамповки взрывом, а размеры и стоимость электрогидравлических установок ограничивают энергетические возможности метода. Сущность метода. При высоковольтном электрическом разряде между электродами, помещенными в жидкость, возникает токопроводящий искровой канал, мгновенное расширение которого приводит к возникновению в жидкости ударной волны. Деформация заготовки происходит, как и при гидровзрывной штамповке, под действием ударной волны, давление и сопутствующего гидропотока. Более эффективному использованию энергии разряда по сравнению с открытой емкостью для формоизменения способствует размещение рабочих электродов в замкнутой камере или внутри трубчатой заготовки, закрытой с двух сторон крышками. Рассматриваемым методом выполняют операции вытяжки деталей из плоских заготовок, отбортовку, раздачу трубчатых заготтовок, оформление сложного контура на листовых и трубчатых заготовках, калибровку, пробивку и некоторые другие операции. Этим методом получают детали из цветных металлов, стали и высокопрочных сплавов. Толщина штампуемых деталей <4-10 мм, а габариты большинства деталей в плане достигают 1200*2000 мм. Инструмент. Обычно для электрогидравлической штамповки используют матрицы, которые изготовляют из стали (иногда и других материалов-цинковых, алюминевых сплавов, литьевых эпоксидных смол). Основной рабочий инструмент - электроды, которые изготовляют из стали, латуни, однако найбольшей электроэрозийной стойкостью обладает металлокерамическая композиция на основе вольфрама ВНМ-3- 2. Для электрогидравлической штамповки используют отечественные установки “Удар 12м” и “ Удар 20” , ” Удар 20с”, “ Удар 150”, “Удар-II”, позволяющие изготовлять детали размером от 400*400 мм до 2000*1200 мм с толщиной стенки от 3 до 10 мм или соответственно диаметром заготовки от 300 мм до 1500 мм с толщиной стенки от 3 до 10 мм. Запасаемая энергия указанных установок изменяется соответственно от 10 до 160 Кдж. Штамповка импульсным магнитным полем. Основные преимущества метода в сравнении с взрывной и электрогидравлической штамповкой : а)большая скорость формоизменения заготовки и высокая призводительность, б) возможность точнее регулировать параметры процесса, в) возможность широко механизировать и автоматизировать операции процесса, г) возможность легкого встраивания устоновки импульсной магнитной штамповки в автоматические линии. Сущность метода.При помещении заготовки в импульсное магнитное поле, создавемое с помощью разряда энергии, накопленной в конденсаторной батарее, на катушку индуктивности (рабочий индуктр), в заготовке индуцируются вихревые токи, взаимодействие которых с токами индуктора приводит к возникновению усилий, деформирующих заготовку. Этот метод штамповки применяют в основном для таких операций, как обжим и раздача трубчатых заготовок, калибровка трубчатых изделий, получение на деталях различных рифлений, штамповка деталей из плоских заготовок, пробивка отверствий в плоских и трубчатых деталях из различных металлов и сплавов, сборка. Преимущественное распостранение имеет обработка металлов и сплавов, обладающих высокой электропроводностью. Деформирование заготовок из материалов с недостаточно высокой электропроводностью (углеродистых и нержавеющих сталей) осуществляется через передающую среду или через так называемый “спутник”- промежуточный материал с высокой электропроводностью, помещаемый на обрабатываемую заготовку. Максимальная толщина стенки детали составляет 1,5-2 мм для стали, 1,7-2,5 мм -для латуни и 2-3 мм - для алюминевых и медных сплавов. Инструмент. Рабочим инструментом в этом случае является индуктор и оправка (матрица). В установках магнитно-импульсного деформирования используют индукторы однократного и многократного использования: первые применяют в условиях единичного производства, вторые-в условиях серийного производства. Для увеличения прочности индукторов и придания им универсальности служат концентраторы магнитного поля. Оборудование. Для магнитн-импульсной штамповки используют отечественные магнитно-импульсные установки и установки изготовляемые в ГДР , ЧССР , которые обладают максимальной запасаемой энергией от 4,1 до 22,5 Кдж. Объемная штамповка. Высокоскоростная объемная штамповка позволяет максимально приблизить форму и размеры поковки к форме и размерам деталей, что обеспечивает экономию металла и сводит к минимуму механическую обработку. Этим методом изготовляют поковки с тонкими стенками из алюминия, меди, различных сталей и сплавов. Поковки получают с мелкозернистой структурой и высокими механическими свойствами; значительно улучшается структура и свойства сплавов на основе молибдена, никеля и титана. Улучшение структуры и увеличение прочности в несколько раз увеличивает стойкость деталей (шестерен в 2-10 раз). Высокоскоростная объемная штамповка выполняется со скоростями движения инструмента 9-18 м/сек для изготовления поковок методом горячего и холодного выдавливания. Экономически целесообразно применять высокоскоростную штамповку в условиях крупносерийного производства для поковок, которые могут быть получены на обычном горячештамповочном оборудовании. Для нагрева сталей, жаропрочных сплавов, титана рекомендуют индукционные печи или печи с инертной атмосферой, алюминевых сплавов - печи с принудительной циркуляцией воздуха. Во всех случаях рекомендуют безокислительный нагрев. Перед началом работы пуансон и матрицу следует подогреть до 180 град.С и поддерживать температуру в этом пределе в процесе штамповки во избежание перегрева и потере стойкости штампа. Смазки выбирают с учетом штампуемого материала. Суспензию графита в воде применяют в качестве смазки при штамповке большинства металлов; при штамповке труднодеформируемых металлов предпочтительнее суспензия графита в масле. При тяжелых условиях работы применяют дисульфид молибдена (при температуре штамповки < 650град.С). Штампы для высокоскоростной штамповки изготовляют из сталей 4Х5В2ФС (ГОСТ 5950-63) и 4Х4М2ВФС. Оборудование для высокоскоростной штамповки высокоскоростные молоты с пневматическим приводом и энергией удара 2,5-60 кн.м (2,5- 60 тс м).