Реферат: Конспект лекций по предмету Горячая Штамповка

Лекция 1.

Типоваямаршрутная технология кузнечного производства.

1 Исходныйматериал.

2 Резка назаготовки.

3 Нагрев.

4а Свободнаяковка.

4б Объемнаяштамповка

5 Обрезка облоя,геометрическая правка.

6 ТО, очистка отокалины, холодная правка

Ковке подвергаются различные сплавы в виде:слитков, кованных, прессованных и катанных заготовок.

Основные дефектыслитка:

1 Усадочнаяраковина и рыхлость. Удаляется перед ковкой и составляет 20-25% от слитка.

2 Донная часть — скопление примесей 2-8% удаляется перед ковкой.

3 Газовые пузыривнутри слитка. Если поверхность пузырей не окислена, то они в процесседеформации завариваются.

4 Подкорковыепузыри. Их поверхность окислена, удаляется перед ковкой.

5 Заливины — капли жидкого металла застывшие на поверхности слитка. Удаляется перед ковкой.

6 Температурныетрещины на поверхности слитка.

Катанный металл.

Чаще всего это круглые прутки различногодиаметра.

Дефекты:

1 Долевыецарапины.

2 Волосовина.

3 Плены наповерхности.

Для нагрева применяютразличные способы:

Электронагрев для цветных сплавов.

Газовые печи.

Нагрев в расплавах солей.

Свободная ковка — получение поковок науниверсальном оборудовании с применением универсального инструмента.

Оборудование: молота свободной ковки игидравлические пресса.

1 Нагрев.

2 Рубка назаготовки.

3 Осадка.

4 Прошивка.

Штамповка — сугубо специализированноепроизводство.

1 Резка назаготовки.

2 Формоизменяющиеоперации:

а Осадка;

б Штамповка.

3 Обрезказаусенцев, просечка перемычки.

После свободнойковки получают поковку, после штамповки — штампованную поковку (или штамповку).

Сравнение различных способов получения детали.

| а | б | в | г | д | е |

-|---|---|---|---|---|---|

1|+ +| + |+ +| — | + |+ +|

-|---|---|---|---|---|---|

2|+ +| — | + | — | + |+ +|

-|---|---|---|---|---|---|

3|- -| — | + | — | + |+ +|

-|---|---|---|---|---|---|

4| — |- -| — | +|+ +|+ +|

-|---|---|---|---|---|---|

5|- -| — | + | — |+ +|+ +|

--------------------------

1 — Сложностьдетали.

2 — Шероховатостьповерхности.

3 — К.И.М.

4 — Механическиесвойства детали.

5 — Производительность.

а — Механическаяобработка

б — Обычноелитье.

в — Точное литье.

г — Свободнаяковка.

д — Штамповка.

е — Перспективныеметоды штамповки.

|- -| очень плохо

| — | плохо

| + | хорошо

|+ +| оченьхорошо

Потери при штамповке:

1 Резка заготовок2-4%

2 Штамповка15-25%

3 Мех.обработка25-35%

4 Т.О. 1-2%

Основные направления развития КШ производства.

1 Снижениесебестоимости.

2 Повышениекоэфф.использования материала. КИМ = Gдет / Gзаг

3 Повышениеточности и чистоты поверхности поковок.

4 Повышениепроизводительности труда.

5 Специализацияпроизводства.

6 Улучшениеметодов планирования и организации производства.

7 Улучшениенагрева.

Лекция 2.

Классификацияспособов и схем резки заготовок сдвигом.

(3) Не полностьюоткрытая резка с поперечным активным режимом.

Этот способшироко применяется на пресс-ножницах при резке сортового проката (круг,квадрат).

| а | б | в | г |

-------------------------|---|---|---|---|

Открытый | 1 | | | |

-------------------------|---|---|---|---|

Не полн.открытый| | 2 | 3 | |

-------------------------|---|---|---|---|

Не полн.закрытый| | 4 | 5 | |

-------------------------|---|---|---|---|

Закрытый | | | | 6 |

-----------------------------------------

а — без прижима.

б — с поперечнымпассивным прижимом.

в — с поперечнымактивным прижимом.

г — с осевымсжатием.

1 подвижный нож.

2 неподвижныйнож.

3 прижим(прижимает пруток к прижимному ролику).

4 пруток.

5 прижимнойролик.

6 отрезаемаязаготовка.

7 упор.

РИС.2.1

Усилие прижимасоздается пневматическим или гидравличиским давлением, прижим активный.

Фзаг > Фпрут

При резкевозникает крутящий момент, который приводит к появлению углов поворота Ф.

М = Р * а

При резке можновыделить характерные зоны на торце отрезной заготовки.

Вид А.

РИС.2.2

1 — зона смятиязаготовки под действием торцевой поверхности верхнего ножа. Её величина зависитот пластичности разрезаемого сплава.

2 — зона утяжки.

3 — зона среза.

4 — зона скола.

Искажениезаготовки при резке можно охарактеризовать степенью деформации (смятие)

Е = дД / Д

В зависимости отпластичности материала Е сильнее меняется.

РИС.2.3

Качество отрезаемой заготовки можнохарактеризовать следующими показателями:

1 Смятие торцев Е= дД / Д

2 Угол скола,т.е. неперпендикулярность торца к оси.

3 Волнистость торца,особенно в зоне скола.

4 Минимальнаядлина определенной заготовки, характеризуется отношением длины заготовки кдиаметру заготовки. Эта величина сильно зависит от схемы резки.

5 Точностьразмера длины отрезаемой заготовки, т.е. допуски на длину.

(1) Открытаярубка без прижима.

РИС.2.4

Эта схема применяется при единичномпроизводстве, при резке проволоки и прутков небольшого диаметра на длинныезаготовки.

(2) Не полностьюоткрытая резка с пассивным поперечным прижимом.

РИС.2.5

R — пассивныйприжим в неподвижном втулочном ноже.

(4) Не полностьюзакрытая резка с поперечным пассивным прижимом (резка в двух втулочных ножах).

РИС.2.6

R1 — пассивныйприжим на заготовку

R — пассивныйприжим на пруток

(5) Не полностьюзакрытая резка с активным поперечным прижимом.

РИС.2.7

Схема позволяет уменьшить длину отрезаемойзаготовки до Lзаг / Dзаг >= 0,8

Эту схему называют также «резкой сдифференциальным зажимом». Выпускаются пресс-ножницы с реализацией этойсхемы. Заметно повышается качество резки: уменьшается угол скола и смятие.

Для получения качественной заготовкинеобходимо в момент появления скалывающей трещины убрать усилие прижима назаготовку. Это необходимо для отделения отрезаемой заготовки и предотвращениятрения скола.

(6) Закрытаярезка с осевым сжатием.

РИС.2.8

1 пуансон

2 подвижнаявтулка нож

3 неподвижнаявтулка нож

4 прижим

Пруток подается во втулки ножи, прижимзажимает пруток усилием Рприж и удерживает его усилием М. Пуансон усилием Nраспрессовывает пруток в ножах, устраняя зазоры. После этого нож 2 усилием Ррезотрезает заготовку. Качество очень высокое.

Lзаг / Dзаг >= 0.2

Недостаток схемы:

Сложность реализации и схватывание заготовки синструментом, т.е. трудность удаления заготовки.

Применяется в экспериментальном варианте длямягких сплавов (Al, Cu).

Лекция 3.

Параметрыпроцессов резки сдвигом.

1. Поперечныйзазор (б) при резке с пассивным зажимами.

б — зависит от допусков на диаметр прутка. Прибольшом зазоре наблюдается большое смятие и угол скола.

Этим способом лучше резать калиброванныепрутки.

2. Угол (a)исходного наклона прутка.

а — упреждающий угол подачи, позволяетуменьшить угол скола.

Чем больше твердость заготовки, тем большеугол.

НВ = 100 -> a = 9

HB = 200 -> a = 0

3. Осевой зазор(Z) между ножами.

Z = (2-:-4%) * Дзаг

4. Усилиепоперечного зажима (схема5)

Qпр = (0,6-:-2,5)Ррез

5. Усилие осевогосжатия (схема 6)

Для распрессовки прутка во втулочных ножахнапряжение сжатия.

СИГМАсж = (2-:-5) * СИГМАs

6. Усилие резки

Ррез = СИГМАсреза * Fсреза = 0,72 * К *СИГМАв * Fсреза.

К зависит отсхемы резки

К = 1-:-2

7. Подогревпрутка перед резкой

Для прутков большого диаметра или длявысоколегированных сталей подогрев ведется до 400-:-600 ^С

8. Скорость резки

Сильно влияет на качество. Обычно напресс-ножницах скорость резки V = 0.3-:-0.5 м/с.

При увеличении скорости до 3-:-5 м/с качествозаметно улучшается.

Дефекты прирезке.

1. Блестящийпоясок. Дефект возникает при слишком малом осевом зазоре Z.

2. (Скол в видеуступа) Дефект наблюдается при большом осевом зазоре Z. Так же можетнаблюдаться заусенец (у нагретого пластичного металла)

3. Задиры илиприжоги. Характерно для 6-й схемы.

4. Трещины наторце заготовки. Могут появляться спустя несколько часов после резки. Причина — действие остаточных напряжений, возникающих в результате сжатия прутка ножами.Этот дефект характерен для малопластичных сплавов. Устраняется подогревом.

Ломка прутков нахладноломе.

Предварительно на прутке делается надрез,который является концентратором напряжений. Происходит хрупкий излом.

М = РL / 4

СИГМАв = М / W

Р = 4 * СИГМАв * W * Бэтта / L

Бэтта = 0.4-:-0,9 -коэффициент учитывающий концентраторнапряжений.

Преимущества:

1 Невысокаяэнергия и усилие.

2 Возможенконтроль металла по излому.

3 Экономично прирезке прутков большого сечения.

Недостатки:

1 Невысокаяпроизводительность из-за необходимости надреза. Надрез делают пилами илигазовыми резаками.

Резка пилами.

Применяют пилы с зубьями и гладкие.

Пилы с зубьями:

Возможна резка в горячем и холодном состоянии.Диаметры дисков от 300 до 800мм.

V = Пи * Дn / 1000 м/с

n — обороты(10-:-20)об/мин.

Sмин = Sz * Z * n

Sz — подача назуб 0,05-:-0,2мм

Z — число зубьев.

Преимущества:

1 хорошеекачество.

2 Точностьразмеров.

Недостатки:

1 Низкаяпроизводительность.

2 Большой отходметалла на прорезку.

Электроискроваярезка.

РИС.3.1

Происходит импульсный разряд конденсатора.

i = 1000 А/мм^

t = 10000 ^C

Недостаток:

Невысокая производительность и отходы напрорезку.

Анодно-механическаярезка.

РИС.3.2

В качестве электролита используют растворжидкого стекла в воде. Диск делают из Стали 3. Ширина реза 4-5мм,Производительность 2-6 мм/с, зазор поддерживается автоматически.

Высокая точность и хорошее качество, ноневысокая производительность.

Оценка способоврезки.

1. Точностьразмеров (длина заготовки).

Пресс-ножницы +- 1-5мм

Хладноломы +- 1-3мм

Пилы холодной резки +-0,5-1,5мм

Анодно-механическая резка до+-0,5мм

2.Производительность

3. Потеря металлапри резке.

Lобреза = (0,3-0,5) * Дзаг

Lнекрат.мах = Lзаг

Lнекрат.мин = 0

Lнекрат = Lзаг / 2

При резке заготовок определяется норма расходаметалла на 1 заготовку.

G = (Пи * Дзаг^ * ро / 4) * (Lзаг + Lпрор +Lобр + (Lобр + Lнекр) / n)

n — числозаготовок которые можно вырезать из прутка.

n = (Lпрут — Lобр — Lнекр) / (Lзаг + Lпрор)

Лекция 4.

Свободная ковка.

Протяжка — предназначена для увеличения длины занотовкиза счет уменьшения поперечного сечения.

Выбирается:Ен(ен); Lо — величина подачи в каждом обжатии.

Находится: Вn;Нк; Lк — конечная длина обжатия.

Решение задачи понахождению конечных размеров зависит отпринятых допущений.

1. Примем, что придеформации участка заготовки в пределах подачи как осадку прямоугольника.

Это возможно если каждая точка заготовкиперемещается радиально (радиальная схема течения).

Такая схема близка для случая протяжки безтрения.

При свободной ковке наряду с другимипоказателями деформации применяют коэффициент уковки.

Кн = Но / Нк

Кв = Вк / Во

КL = Lк / Lо

Кн = Кв / КL

Tg(a) = Bo / Lo = Bк / Lк

Bo / Bк = Lк / Lo

Kв = КL

KL^ = Kв^ = Kн

Кв = Вк / Во

Вк = Кв * Во

Lк = КL * Lо

Fо и Fк — площадипоперечного сечения заготовки в начале и конце протяжки.

КL = Lк / Lo = (V/Fк) / (V/Fo) = Fo / Fк

Fк = Fo / KL

Для радиального течения все решается оченьпросто.

2. Примем, чтопри протяжке любая точка деформируемой заготовки перемещается по нормали кконтуру (нормальная схема).

Такая схема реализуется при максимальномтрении и осадке тонкой заготовки.

При осадке на бесконечно-малую величину dНпрямоугольник останется прямоугольником. Реально форма изменится. Принимаем этов виде допущения.

Области 1 отвечают за увеличение ширинызаготовки, а области 2 за увеличение длины.

Определим V металла сместившегося внаправлении длины заготовки.

dV^h = S2 * dh = -B^ * dh / 2

dV^L = B * h * dL

dV^h = dV^L

B * H * dL = -B^ *dh / 2

dL = -B^ * dh / 2 * B * h =

= -B * dh / 2 * h =

= -V * dh / 2 * L * h^

B = V / L * h

Lк^ = (V/hк) — (V/ho) + Lo^

Это выражениепозволяет рассчитать Lк по исходным размерам.

KL = Lк / Lo

Зная KL легконаходится Fк и все размеры.

3. Общий случай.

В реальных условиях наблюдается промежуточнаясхема течения металла. Это вызвано каким-то реальным коэффициентом трения.

1 При протяжкевысоких заготовок контактные слои с инструментом испытывают близкое кмаксимальному трению и перемещаются ближе к нормальной схеме. Центральные слоииспытывают меньше трения и деформируются ближе к радиальной схеме течения.

2 Недеформированные части заготовки отклоняют потоки металла в виде веера.

Для реального случая предусматривается расчетчерез экспериментальные коэффициенты.

Рассмотрим схему:

РИС.4.1

F1*1 — Объемметалла, смещенный при деформации.

F2*1 — Объемметалла, оставшийся без деформации.

(F3 + F4)*1 — Объем металла, появившийся в результате увеличения ширины.

f*F1 = F3 + F4

f = (F3 + F4)/F1

f — интенсивностьуширения, который показывает какая часть смещенного объема пошла на увеличениеширины.

f*(Ho — Hк)Во = (Вк — Во)Нк (1)

fНоВо — fНкВо = ВкНк — ВоНк

Fк = f*Fo + НкВо(1 — f)

Fк = f*Fo + Fо(1 — f)Нк/Но

Е = 1 — Нк/Но

Fк = Fо[f + (1 — f)(1 — Ен)] = Fо(1 — Ен +fЕн)

Fк = Fо[1 — Ен(1 + f)]

Их (1) имеем:

f = (Вк — Во)/Во: (Но — Нк)/Нк

Переходя кбесконечно малым можно записать:

f = (dB * H)/(B * dH) = Ln(B/Bo)/Ln(H/Ho) =ев/ен

ен = ев + еL

1 = f + q

q — коэффициентинтенсивности удлинения заготовки, т.е. показывает какая доля смещенного объемапереместилась в направлении длины заготовки.

f и qопределяется экспериментально. они зависят от:

1 величиныотносительной подачи Lo/Bo

2 Степенидеформации по высоте (Eн ен Кн)

3 От коэффициентатрения.

РИС.4.2

Лекция 5.

Выбор степенидеформации при протяжке.

При выборе степени деформации могут быть 2ограничения:

1 допустимаяпластичность сплава определяется исходя из его физических и механическихсвойств.

2 из условиякоэффициента перехода

Ф = Вк/Мк <= 2.5 для каждого прохода.

Эта проверка необходима в каждом проходе.

Нк = Вк / Ф

Е = (Но — Нк) / Но = 1 — Нк / Но =

= 1 — Вк / Ф * Но

Рассмотрим двакрайних случая:

1. Предположим,что при протяжке металл течет только в ширину Lo = Lк

Lo * Bo * Ho = Lк * Bк * Hк

Вк = Во * Но / Нк

Е = 1 — (Во / Ф * Но)^0.5

2. Предположим,что металл течет только в длину. Во = Вк

Lo * Bo * Ho = Lк * Bк * Hк

Е = 1 — Во / Ф * Но

Если принять степень деформации в зонебезопасных обжатий, то коэффициент перехода Ф всегла < 2,5.

В зоне недопустимых обжатий коэффициент Фвсегда > 2,5.

Поэтому выбор Е должен осуществляться впределах рабочей зоны, хотя это не гарантирует Ф < 2,5. Нужна проверка.

Методикарассчетов размеров заготовки при протяжке.

Задача ставится следующим образом: рассчитатьразмеры заготовки в каждом проходе и число проходов для протяжки заготовки сисходными размерами Но х Во и длиной Lo для получения заготовки Нк х Вк.

Порядок расчетов:

1. Задаетсястепень деформации по высоте Еон и подача lo = (1-1,8)Во.

2. Рассчитываетсяконечную площадь сечения после 1-го прохода.

Fк = Fо * (1 — Е * (1 — f))

f — интенсивностьуширения выбирается из эксперементальных данных либо имперических формул.

3. Определяетсяконечнуя висота

Хк = Хо * (1 — Е)

4. Определяетсяконечнуя ширина

Бк = Фк / Хк

5. Проверка покоеффициенту перехода

Ф = Бк / Хк <= 2,5

Если Ф > 2,5 то расчет повторяется суменшением значенига Е.

6. Определяетсяобшая длина зуготовки после прохода

Лк = Фо * Ло/Фк

Етот расчетповторяется для каждого прохода.

Осадка.

Чтобы обеспечить устойчивость при осадкенеобходимо, чтобы Но / До <= 2.5

Различаю три стадииосадки:

1. Но / До =1,4-2

При осадке образуется двойная бочка.Деформации по сечению не неодинаковы. Можно выделить несколько зон:

1 — зоназатруднееной деформации.

2 — зонаинтенсивных деформаций.

3 — зона срастягивающими напряжениями.

4 — зонаравномерных деформаций.

2. Но / До =0.5-1

Образуется классическая бочка.

3. Но / До <0,2

Неравномерность деформации оценивается путемсравнения местных и средних деформаций.

Неравномерность деформации численнооценивается сравнением Емест. и Еср.

Емест.мах — Еср. — Верхний пределнеравномерности.

Еср. — Емест.мах — Нижний пределнеравномерности.

Причинынеравномерности деформаций:

1 контактныетрения.

2 соотношениеразмеров заготовки Н/Д.

3 неравномерностьтемпературного поля заготовки.

4 форма плит дляосадки.

Неравномерность деформации приводит кобразованию бочки, на которое расходуется часть объема заготовки.

Vзаг = Пи * До^ * Но / 4

Vцил = Пи * Дм^ * Нк / 4

Vб = Vзаг — Vцил

Если после осадки невозможно устранить бочкупутем обкатки заготовки, то при расчетах необходимо учитывать Vб.

Это делается с помощью коэффициентабочкообразования k = Vб / Vзаг. Этот коэффициент определяют экспериментально.

В первомприближении:

Vзаг = Vцил + k * Vзаг

Vзаг = Vцил / (1 — k)

Лекция 6.

Расчет усилий приосадке.

Используют инженерный метод. Его разновидность- это суммирование элементарных работ.

РИС.6.1

Примем, что бочка не образуется. Выделимкольцо безконечно-малой толщины dро с внутренним радиусом ро.

После деформации кольцо увеличило диаметр исместилось на безконечно-малую величину бро. Работа тратится на деформацию ипреодаление сил трения.

dАобщ = dAдеф + dAтр

dAобщ = -Руд * F * dН

F = Пи * Д^ / 4

Элементарная сила трения на торце выделенногокольца записывается так:

dT = тау * 2ПиРо * dРо

Элементарная работа на одном торце кольца:

dАтр` = тау * 2ПиРо * dРо * бРо

Чтобы избежать двойного интегрирования изравентсва объемов запишем:

ПиРо^ * Но = Пи(Ро + dРо)^ * Hк

(Ро + dРо)^ = Ро^ * Но / Нк

Ро + dРо = Ро(Но / Нк)^0,5 = Ро * Кн^0.5

Кн — коэффициентуковки по высоте

dРо = Ро * Кн^0,5 — Ро = Ро * с

Аналогично можнозаписать:

dR = R * c

dАтр` = тау * 2ПиРо^ * с * бРо

С учетом двухторцев кольца, работа dAтр по всей поверхности будет:

dАтр = (4/3) * тау * Пи * с * R^3

Восстановим«с»:

dАтр = (4/3) * тау * F * dR

Воспользуемсяусловием помтоянства V

V = Пи * R^ * Н = const

Пи * 2R * dR * Н = Пи * R^ * dH

dR = — R * dH / 2H

Подставимзначение dR в уравнение:

dAтр = -тау/3 * F*Д*dH/H

Меняя знаки,запишем общее выражение

Руд = СИГМАs + тау*Д/3Н

1) примемзначение касательных напряжений в виде:

тау = М * Руд

Руд = СИГМАs / (1 — М*Д/3Н)

Если М = 0,5; Д/Н = 6, то в этом случае Руд стремитсяк бесконечности. Это говорит о том, что при осадке низких дисков полученнаяформуда не корректна; она дает завышенные результаты.

2) тау = М * СИГМАs

Руд = СИГМАs * (1 + М*Д/3Н)

Росадки = Руд * F * Пси * Ф * W

Ф — скоростнойкоэффициент, учитывает сумирование предела текучести с изменением степенидеформации.

W — температурныйкоэффициент, учитывающий влияние изменения температуры.

Пси — масштабныйкоэффициент, наиболее заметен при деформации крупных заготовок.

При осадке слитка6тонн Пси = 0,7; 100тонн Пси = 0,5

Если значение СИГМАs принимаем для данныхтемпературно-скоростных условий, то коэффициентами можно не пользоваться.

Осадка навогнутых плитах.

За счет дополнительных горизонтальныхнапряжений (Nгор) увеличиваются зоны затруднительной деформации; увеличиваетсябочка, что приводит к опасности появления трещин на наружней поверхности. Болееинтенсивная деформация в зоне 2 способствует заварке дефектов.

Применяется:

1 для повышенияустойчивости заготовки при осадке.

2 перед протяжкойс малыми подачами (L/Д < 0,5)

Осадка навыпуклых плитах.

Достигается более равномерная деформация.Применяется перед протяжкой с большими подачами (L/Д > 1)

Осадка накольцах.

Рассматривают две стадии течения металла:

1. При осадкевысоких заготовок граница раздела потоков находится в близи отверстия ихарактеризуется размерами h и Дполости.

2. При небольшойвысоте заготовки граница раздела характеризуется поверхностью с размером Дх.

Лекция 7.

Влияние ковки иштамповки на механические свойства, макро и микроструктуру.

Степеньдеформации:

Е = (Но — Нк) / Но

L = Ln(Но / Нк)

К = Но / Нк

Кн = Кв * КL

Скоростьдеформации V м/с — скорость перемещения подвижной части оборудования.

Гидравлическогопресса 1-30 мм/с

Кривошипногопресса 0,1-0,5 м/с

Парового молота5-7 м/с

Высокоскоростногомолота 20-100 м/с

Скоростьдеформации -

Е` = dE / dt текущая

Е`ср = E / t средняя — скорость изменениястепени деформации.

е` = de / dt

de = dH / H

e` = V / H

Виды деформации:

Горячая деформация — процессы при которыхпроисходит полная рекристаллизация.

Холодная деформация — процессы прикоторыхрекристаллизации нет.

При горячей штамповке наблюдаются горячие инеполностью горячие деформации. Неполностью горячие деформации нежелательны,т.к. возникают остаточные напряжения.

Упрочнение независит от температуры, арекристаллизация увеличивается с увеличением температуры. Необходимо учитыватьсоотношение скорости деформации и скорости рекристаллизации, от этого зависитвид деформации.

Влияние ковки намакроструктуру.

При ковке зерна вытягиваются в направлениинаибольшей деформации удлиннения. Оразуется волокнистая структура из-завытянутых примисей.

При ковке слитков для раздрабления литойструктуры обычно назначают диформацию К=(8-10). Проработка структуры по сечениюсильно зависит от полощади контакта инструмента с заготовкой.

Глубина проработки структуры по сечениюзависит от площади контакта с инструментом. Чем меньше площадь контакта, темлчше прорабатывается поверхностный слой, чем больше — центр.

Билитирование — это протяжка слитка смаленькими деформациями, повышает пластичность поверхностных слоев, т.к.маленькая площадь контакта заготовки с инструментом.

Влияние ковки намикроструктуру.

Чтобы получить мелкозернистую стурктуру нужнообеспечить полную предварительную рекристализацию и не допустить собирательнуюрекристализацию.

В штамповых поковках наблюдается:

1Микроразнозернистость — это разная величина соседних зерен. Она возникает приразличных степенях деформации различно ориентированных зерен при небольшойсредней деформации.

2Макроразнозернистость — это крупное зерно в центре массивной паковки. Этозначит, что произошла собирательная рекрестализация, т.к. температура в центребыла высокой. Или крупное зерно на поверхности поковки — это результат малойдеформации, охлаждение поверхностных слоев при небольшой средней деформации.

Выбор способаизготовления поковки с учетом ее формы и условий работы.

1 Болт — механическая обработка.

2 Коленчатый вал- механическая обработка, необходима гибка.

Лекция 8.

Термомеханическийрежим ковки и штамповки.

В понятие режимавходит:

1 Температураначала и конца деформации.

2 Допускаемаястепень деформации:

а) дефомация за один удар или одно обжатие.

б) дефомация за последний удар.

3 Благоприятнаястепень деформации Е', и тип обжатия.

4 Скоростьнагрева и охлаждения

5 Оптимальнаясхема напряженно деформированного состояния.

Оптимальныйтермомеханияеский режим должен обеспечивать:

1 Достаточнуюпластичность металла в течение всего процесса.

2 Минимальноеусилие процесса.

3 Отсутствиеостаточных напряжений.

4 Мелкое зерно впаковке.

В общем случаетвердые тела могут быть:

1 Упругими

2 Пластичными

3 Вязкими

4 Хрупкими

СИГМА = К * Е^n * (Е`)^m

упругие: СИГМА =К*Е (закон Гука)

вязко-пластичные:СИГМА = К * Е^n * (Е`)^m

идеальнопластичные: СИГМА = К * Е^n (холодная деформация)

идеально вязкие:СИГМА = К * (Е`)^m (горячая деформация)

Виды деф. |Тдеф/Тпл| m | n |

-------------|--------|--------|-------|

Х.Д. | <0.3 | <=0.05 | >0.4 |

-------------|--------|--------|-------|

Не полн.Х.Д.|0.3-0.5 |0.05-0.1|0.3-0.4|

-------------|--------|--------|-------|

Не полн.Г.Д.|0.5-0.7 |0.1-0.2 |0.2-0.3|

-------------|--------|--------|-------|

Г.Д. |0.7-0.9 | >0.2 | <0.2 |

----------------------------------------

Температурныйинтервал ковки и штамповки

Интервал состоит из температуры началадеформации и температуры конца деформации.

Для его выбора необходимо иметь следующиеданные:

1 Диаграммасостояния сплава.

2 Диаграммапластичности.

3 Диаграммарекресталлизационной обработки.

4 Крикическаятемпература роста зерна.

Имея эти данныене можно грамотно составить термомеханическийрежим.

При выборе температурного режима необходимопредусмотреть достаточную пластичность (по диаграмме пластичности), отсутствиекрупного зерна.

Температура начала деформации должнаобеспечить:

1 Отсутствиепережога т.е. оплавления границ зерен, что являеися окончательным браком.

Температура начала деформации = температурасолидуса — (100-150)С

2 Отсутствиеперегрева, т.е. не допустить рост зерна за счет температуры критической и засчет рекресталлизации от длительного прибывания заготовки при высокойтемпературе.

Температура концадеформации должна обеспечить:

1 Мелкое зернопосле окончания деформации.

РИС.8.1

АВ — интервалнаибольшей пластичности материала.

СD — допустимыйинтервал, который задается из справочника или с учетом всех исходных данных.

EF — рациональныйинтервал, который зависит от конкретных условий процесса (масса поковки,температура штамповки, время, количество ударов, требования к величине зерна).

При штамповке сплавов с фазовыми превращениямикрупное зерно можно размельчить путем последующего термической обработки, поэтому требования к величине зерна поковки несущественные. А при штамповкеоднофазных сплавов мелкое зерно в поковке обязательно, т.е. его нельзяразмельчить последующей термической обработки.

РИС.8.2

C-D-E — ростзерна при нагреве;

EF — размельчениезерна за счет деформации или за одно обжатие (за 1 удар);

f — еслизакончить деформацию в точке f, то в процессе охлаждения зерно продолжает растии его величина а1>a;

fg и f1g1 — паузымежду ударами;

gf1 и g1f2 — деформация в процессе следующих ударов. В результате а2<a.

При одноударном процессе (быстром)целесообразно вести нагрев до точки е1, тогда получим мелкое зерно. Взависимости от требований тех-процесса. Рациональный интервал выбирается внутридопустимого.

Выбор скоростидеформации.

Необходимо учитывать диаграммы пластичностидля данной скорости деформации. Для большинства сплавов с увеличением скоростидеформации наблюдается упрочнение материала при горячей деформации.

Выбор степенидеформации.

При горячей деформации Е обычно мало влияет наСИГМАв. По этому в расчетах усилия учитывают изменение СИГМАв примерно до 30%.Допустимую степень деформации за последний удар определяют с учетом критическойстепени деформации (8-15)%. Принимают Е либо > либо < (8-15)%

Лекция 9.

Неравномерностьдеформаций при операции свободной ковки.

Неравномерность деформаций отрицательно влияетна схему напряженнодеформированного состояния в определенных зонах заготовки.Появляются дополнительные напряжения, которые приводят к образованию трещин,надрывов, несплошности металла и других дефектов. Появление дефектов зависит отконкретной схемы напряженнодеформированного состояния в данной зоне. Наиболеенеблагоприятными являются схемы, когда напряжения растяжения совпадают сдиформациями удлиннения.

Дефекты принципиально могут появлятся в двухслучаях:

1 Местнаядеформация значительно превышает среднюю. В результате исчерпания пластичностии появления дефектов.

При интенсивной протяжке квадрат в квадрат вдиоганили образуется волокнистость, а для малопластичных сплавов возможнатрещина.

По диоганалям квадрата постоянно действуетбольшая сдвигающая диформация, которая создает большие местные деформации, какследствие волокнистость и возможные дефекты. В этом направлении местнаядеформация заметно превышает среднюю.

2 Вознекновениедополнительных напряжений и их воздействие в очаге деформации:

А) Протяжка с малыми подачами. Очаг деформациивзаимодействует с недеформированными частями создавая дополнительныенапряжения. Направления дополнительных напряжений стремиться выровнять очагдеформации. Протяжка с малыми подачами не рекомендуется, особенно длямалопластичных сплавов.

Б) Протяжка с большими подачами. Это болееблагоприятная схема. При протяжке прутка в пруток такой очаг деформацииприводит к вознекновению растягивающих напряжений. Область центра заготовкипостоянно находится под действием растягивающих напряжений, по этому в центреобразуется рыхлость или трещина, особенно в малопластичных сплавах. Схема ковкикруг в круг под плоскими бойками не рекомендуется.

Способыуменьшения неравномерности деформаций.

1 Для ковкикруглых заготовок применяют вырезные бойки. Резко возростает площадь контакта синструментом. Дополнительное напряжение — сжимающее, дефектов не образуется.Более интенсивная вытяжка, возможно большие деформации. Ограаничение — подиаметру.

2 Уменьшениеконтактного трения. В любом случае уменьшается неравномерность деформации.

3 Проработка зонзатрудненной деформации при осадке. Применяют осадку спаренных колец. Такжеприменяют осадку на рефленых, а затем плоских плитах.

Другие операциисвободной ковки.

Прошивказаготовок.

Обычно выполняется за два приема. Получаетсясквозное отверстие. Чтобы не было значительного зажатия заготовки при прошивкенеобходимо чтобы D/d>3.

При ковке крупных поковок и слитков иногдаприменяют прошивку полым прошивнем для удаления некачественной середины слитка.

Протяжка наоправке.

Применяется для получения труб. При каждомобжатии заготовка удлинняется, упирается левым концем в бурт оравки и сползаетпо конусу оправки.

Раскадка наоправке.

Применяется для получения тонкостенных колец.

В технологических расчетах необходимоопределить размеры исходного кольца по известным конечным.

Этот процесс похож на протяжку заготовкибесконечной длинны.

1 принимпем f =0,15

2 назначаемстепень деформации по толщине стенки

Ен = (Но — Нк)/Но

Для получениякачественной поковки Е = (0,5-0,7)

3 определяетсяисходная толщина заготовки

Но = Нк/(1-Е)

4 Fк =fо[1-Е(1-f)] -> Fо = Fк/[1-Е(1-f)]

5 bо = Fo/Ho

6 из равенстваобъемов:

Пи*Дср.о*Fо = Пи*Дср.к*Fк

Дср.о = Дср.к*Fк/Fo

До = Дср.о + Но

dо = Дср.о — Но

Лекция 10.

Разработкатехнологического процесса свободной ковки.

1 Выбор вариантаи способа ковки. Решается вопрос ковки на молоте или гидравлическом прессе.Более крупные поковки (больше 0,5 тонны) — на гидравлических прессах. Усилиеоборудования выбирается по наиболее энергоемкой операции, чаще всего этоосадка.

2 Разработкачертежа поковки. По ГОСТу назначаются припуски на механическую обработку идопуски на изготовление. Определяется возможность изготовления отдельныхэлементов детали.

РИС.10.1

3 Схемапоследовательности операции ковки детали.

4 Расчет весазаготовки с учетом отходов по всем операциям.

5 Выбор размеровзаготовки с учетом коэффициента уковки. При ковке из слитков К>5, при ковкеиз проката К=1,5

6 Точнаяпоследовательность всех операций.

7 Энергитическийрежим.

8 Расчет усилий ивыбор оборудования по усилию.

Лекция 11.

Горячая объемнаяштамповка.

Классификация основных видов горячейштамповки.

В зависимости от конструкции штампа различаютдва основных вида объемной штамповки:

1. Штамповка воткрытых штампах.

РИС.11.1

1 верхняяполовина штампа.

2 нижняя половинаштампа.

3 гравюра штампа(полость)

4 облойнаяканавка

а) мостик,

б) магазин.

Полость штампа не замкнута в течение всегопроцесса за счет заусенечной конавки расположенной в плоскости разъема. Впроцессе штамповки метал течет одновременно в полость штампа и в заусенечнуюконавку. После заполнения полости только в заусенечную конавку.

Основные признакиоткрытого штампа:

1 Втехнологических расчетах объема заготовки предусматривается дополнительный объем,который будет вытекать в заусенечную конавку.

2 Направлениевытеснения металла в заусенец перпендикулярно движению штампа.

3 Толщина мостикауменьшается в процессе штамповки.

4 Технологическимпроцессом предусматривается операция обрезки заусенца, который идет в отход.

Преимущества:

1 Простотаконструкции, надежность работы.

2 Из заготовокнизкой весовой точности получаются поковки более высокой весовой точности.

Недостатки:

1 Большой отходметалла в заусенец (10-30)%

2. Штамповка взакрытых штампах.

РИС.11.2

1 пуансон(верхняя половина штампа).

2 нижняя половинаштампа.

3 выталкиватель.

Полость штампа замкнута от начала до концапроцесса.

Основные признакизакрытого штампа:

1 Втехнологических расчетах объема заготовки не предусматривается объем заусенца.

2 Управлениеобрезания не предусматривает заусенца, совпадает с направлением движенияштампа.

Преимущества:

1 Небольшой отходметалла, высокий КИМ.

Недостатки:

1 Необходимдостаточно точный объем заготовки. В случае колебания объема ухудшаетсяточность размеров, возникают высокие давления, что приводит к интенсивномуизносу инструмента и перегрузки оборудования.

Кроме этих двух можно выделить промежуточныевиды, которые устраняют недостатки основных:

1 Закрытые штампыс компенсационными полостями.

РИС.11.3

2 Штампы с двумяповерхностями разъема.

РИС.11.4

3 Штамповкавыравниванием. Может быть в варианте открытой и закрытой штамповки.Предусматривается, что большая часть объема поковки заполняется за счетвыдавливания металла.

РИС.11.5

Преимущества:

1 Высокаяточность размеров паковки.

2 Высокая чистотаповерхности.

Недостатки:

1 Высокоеудельное давление.

2 Интенсивныйизнос штампа.

РИС.11.6

Разработкачертежа поковки.

Детали, получаемые в штампах называютсяштампованной паковкой.

1 Упращениеконфигурации за счет назначения напусков. В зависимости от способа штамповкиотдельные элементы детали невозможно выполнить. Их не делают упрощаяконструкцию.

2 Назначениеприпусков. Назначаются по ГОСТам на обработку поверхностей.

3 Допуски наразмеры.

4 Выбор линииразъема штампа.

Линия разъемадолжна обеспечивать:

1 Свободноеизвлечение паковки из штампа.

2 Минимальныйобъем заусенца.

3 Качественноезаполнение всех элементов штампа.

4 Качественнаяобрезка заусенцев.

Лекция 12.

Линия разъемадолжна выбираться т.о., чтобы заполнение штампа происходило осадкой, а невыдавливанием.

Положение линии разъема должно способствоватьконтролю смещения штампов.

Для устранения перерезывания волокон исвязанному с этим уменьшению механических свойств паковки, лучше смещать линиюразъема к торцу паковки.