Холодне пресування
Сутність процесів
Для процесів опади, висадки, калібрування, об'ємного формування, холодного пресування характерне тривісне стиснення заготовки при її формозміні. Формоутворення деталі здійснюється внаслідок перерозподілу та заданого переміщення металу в робочій порожнині штампу під дією тиску, що у кілька разів перевищує межу плинності деформованого матеріалу. Отримані деталі відрізняються підвищеною точністю та чистотою поверхні. Матеріал деталей внаслідок холодної деформації значно зміцнюється.
Осадка
Осаду металу - операція обробки металів тиском, в результаті якої зменшується висота і одночасно збільшуються поперечні розміри заготовок. Осаду застосовують:
1) Для збільшення діаметра чи площі поперечного перерізу вихідної заготовки (за відсутності заготовки потрібного перерізу) круглої, прямокутної чи фасонної форми;
2) Для збільшення діаметра або площі поперечного перерізу кінцевої або серединної частини заготовки, наприклад, при виготовленні деталі типу болта з фасонною головкою;
3) Для підготовки заготівлі до подальшої прошивки в ній отворів;
4) Для отримання поковок з необхідною мікроструктурою та з певним напрямом волокон;
5) Для ліквідації анізотропії механічних властивостей та отримання рівномірної по всьому обсягу заготівлі структури металу.
Мал. 1 – Осаду між плоскими плінтами, із закінченням в одну та дві порожнини
Заготовки, що осаджуються перед обробкою, слід нагріти до максимально допустимої для оброблюваного металу температури. Це значно знижує трудомісткість виготовлення поковки, скорочує кількість нагрівань та час обробки. Внаслідок тертя бічна поверхня заготовки, що осаджується.набуває бочкоподібної форми, це характеризує нерівномірність деформації. Повторюючи осідання кілька разів з різних сторін, можна привести заготівлю до початкової форми або близької до неї, отримавши при цьому більш високу якість металу та однакові властивості його по всіх напрямках.
Розрізняють два види опади - повну та неповну. Повне осаду виконується збільшення перетину заготовки по всій її довжині. До останньої, у свою чергу, відносять осадку кінцеву та серединну. Для виконання опади застосовують ковадло, кувалди, кліщі, ручники, гвоздильні; правку та обробку осадженої поковки здійснюють за допомогою прасування, обтискання та ін.
Висадка
Висадка - ковальська операція, що полягає в деформації заготівлі частковим осадом з метою створення місцевих потовщень за рахунок зменшення довжини заготівлі. Висаджування проводиться в нагрітому або холодному стані.
Гаряча висадка здійснюється на горизонтально-кувальних машинах. Гарячою висадкою виготовляють поковки шестерень, клапанів, ресор, кілець, валиків тощо.
Холодна висадка - основна операція отримання деталей типу болтів, гвинтів, заклепок. Для виготовлення подібних деталей застосовуються холодновисадочні автомати, на яких, крім висадки, виробляються інші операції (відрізка, прошивка, накочування різьблення тощо), що дозволяє отримувати деталі, що не вимагають обробки різанням, з продуктивністю до декількох сотень в хв. В автомобільній та тракторній промисловості майже всі кріпильні деталі виготовляють холодною висадкою. Цим способом виготовляють і складніші деталі (наприклад, кульові та ступінчасті пальці, ролики та кульки підшипників та ін).
Мал. 2 – Висаджування головки заклепки на одноударному автоматі.
1- Дріт або пруток
2- Подаютьролики
4- Відрізна матриця
Мал. 3 – Висадка гвинтів із шліцами на двоударному автоматі.
Холодній висадці піддають калібровані сталеві прутки діаметром 0,6 до 38 мм, а також прутки з кольорових сплавів (алюмінієвих, мідних та ін), круглих шестигранних та інших форм перерізу. Сталеві прутки повинні попередньо відпалюватися.
У порівнянні з іншими процесами штампування висадка відрізняється високою продуктивністю та точністю поковок (без облої). Набуває поширення висадка з місцевим контактним нагріванням заготовок у штампі на електровисадковій машині, що дозволяє за один перехід отримати потовщення великого об'єму.
Калібрування
Калібрування – холодне волочіння, що супроводжується невеликими обтисканнями гарячекатаної сортової сталі з метою отримання більш високої якості поверхні, точніших розмірів, а в деяких випадках і підвищення деяких механічних властивостей.
Калібрування використовують у роботах, пов'язаних з машинобудуванням, автомобілебудуванням, суднобудуванням, приладобудуванням, а також деяких інших промислових напрямках, які вимагають використання точних та економічних профілів, а також стали високої якості.
Завдяки використанню калібрування можна отримати поковку (проміжний виріб, отриманий об'ємним штампуванням або куванням) максимально точного розміру і ваги, яка матиме поверхню найвищої якості. Калібрування здатне значно прискорити механічну обробку, використовуючи надалі для завершення лише шліфування.
Мал. 4 – Плоске та об'ємне калібрування
Калібрування здійснюють як у холодному, так і в гарячому стані.
За рахунок використання холодного калібрування з'являється можливість досягненнямаксимально точних розмірів та високої якості поверхні. У свою чергу, гаряче калібрування набуло більшого поширення при роботі з поковками більших розмірів, оскільки воно не дозволяє досягти такої ж точності, як холодна.
Площинне калібрування необхідне для отримання більш точних вертикальних розмірів, які розташовуються між окремими паралельними площинами ковки один одному, а також для надання їм високої якості. При цьому відбувається збільшення розмірів покування, які знаходяться в перпендикулярному напрямку щодо дії зусилля преса.
При комбінованому калібруванні спочатку проводять об'ємне, після якого проводять площинне калібрування. Збільшення точності відбувається зростаючою мірою.
Об'ємне формування
Об'ємне формування є різновидом опади, але відрізняється від неї тим, що формозміна заготовки відбувається в порожнині штампу, закритої повністю або частково. Відповідно до цього розрізняють відкриту форму з виходом надлишку металу в задирок і закриту, при якій весь обсяг металу заготовки йде на утворення деталі. Форма та розміри заготовки повинні бути такими, щоб деформація в кожному перерізі була найменшою, умови перебігу металу в штампі були оптимальними та всі елементи деталі оформлені чітко. Цей процес вимагає великих тисків та високоякісного виготовлення штампів. До переваг закритої формування слід віднести великі можливості формоутворення і підвищену точність деталей.
Мал. 5 – Відкрите та закрите об'ємне формування
Така технологія застосовується для виготовлення просторових деталей малих розмірів, але складнішої форми та високої точності. Матеріал заготовок, що використовуються в процесі холодного формуванняповинен мати високу пластичність, тому переважно використовуються заготовки (штучні заготовки, прутки або стрижні) з кольорових металів, низьковуглецевої сталі, рідше – середньовуглецевої. Методом холодного формування металу отримують готові деталі, що не потребують обробки різанням або близькі до них заготовки, подальше різання яких мінімальне. Застосовуючи цю технологію, вдається досягти коефіцієнта використання металу лише на рівні 90-95% (при формуванні різкою цей показник коливається не більше 30-40%). Це досягається, в тому числі і тим, що відпадає необхідність проведення попередньої обробки. Як правило, саме операції попередньої обробки пов'язані з великою втратою вихідного матеріалу. Крім того, об'ємне формування не порушує цілісності металу заготівлі. Відзначається більш висока якість виробів, вироблених за цією технологією: міцність деталей зростає в 3-10 разів (залежно від ступеня деформації), що дозволяє замінити дорогі високолеговані сплави та отримати вироби з механічними характеристиками.
Холодне пресування
Холодне пресування (ударне або холодне видавлювання) - процес формоутворення порожнистої деталі шляхом витіснення металу заготовки пуансоном у відкриті порожнини штампу. Холодне пресування поділяють на пряме, зворотне і комбіноване в залежності від того, чи збігається напрямок витікання металу з переміщенням пуансона, протилежно йому або відбувається одночасно в різних напрямках. Можливе також радіальне пресування, при якому напрям закінчення металу перпендикулярно напрямку деформуючого зусилля P.
Мал. 6 – Види холодного пресування
Холодне пресування застосовують для деталей різноманітних форм.Звичайна (економічно доцільна) точність виготовлення деталей в межах 9 ... 11 квалітетів, а шорсткість поверхні - Ra 2,5 ... Ra 0,63. Ступінь деформації (у відсотках при холодному пресуванні характеризується виразом:
де площі заготівлі та поперечного перерізу деталі. Допустимий ступінь деформації за одну операцію 75...95%, що дозволяє отримати деталі з найменшою товщиною стінок 0,3...0,7 мм і висотою до 6d (d-внутрішній діаметр деталі) зворотним і до 40d-прямим пресуванням. Зі збільшенням ростуть і тиску пресування, досягаючи (5…10). Це обмежує можливості формоутворення деталей та їх габаритні розміри, тому що при такому високому тиску міцність та стійкість робочих частин штампу виявляється недостатньою для нормальної експлуатації. Як вихідні заготовки можуть використовуватися заготовки, що виготовляються з листів, пруткові або профільовані. З допомогою видавлювання виготовляються найрізноманітніші деталі, наприклад: стаканчики, гільзи, балончики, трубки, валики, болти, гайки, маховики, фланці та інших. Матеріалом цього процесу можуть бути як кольорові метали та його сплави, і стали. Порівняно новим питанням є виготовлення за допомогою цього процесу деталей із сталі. У порівнянні з кольоровими металами сталь значно складніше піддається видавлюванню.
Для отримання сталевих виробів цим методом необхідне точне дотримання ряду умов щодо вибору матеріалу матриць та пуансонів, його термічної обробки, якості та властивостей сталі, що піддається видавлюванню, швидкості процесу, розмірів та форми виробу, методів мастила тощо. На величину питомого тиску при холодному видавлюванні сталі, а насамперед і на роботу штампувального інструменту, особливо впливають механічні властивості сталі, що деформується, ступінь деформації,товщина стінки склянки, кут конусності вхідного отвору матриці, кут конусності Пуассона, мастила.
При видавлюванні суцільних деталей питомий тиск значно нижчий, ніж під час виготовлення порожнистих. Наприклад, при видавлюванні стрижнів з маловуглецевої сталі (механічні властивості вказані вище) при ступені деформації 40% питомий тиск буде близько 25 кг/мм2 (250 Мн/м2), а при ступені деформації 70% - близько 100 кг/мм2 (1000 Мн / м2). Холодне видавлювання сталевих виробів доцільно застосовувати за умов масового виробництва, оскільки ціна штампів висока. Великою перевагою цього процесу є їхня висока точність - 0,1 - 0,2 мм. Якість поверхні деталей, отриманих холодним видавлюванням, перевищує якість поверхні поковок, виготовлених гарячим штампуванням з холодним послідовним калібруванням. Втрати металу при застосуванні холодного вичавлювання порівняно з гарячим штампуванням може бути скорочено на 60-70%.
Малюнок. 6.6. Схема штампу для прямого видавлювання порожнистих деталей: 1 - верхня плита; 2 - хвостовик пуансона; 3 - пуансон; 4 - матриця; 5 - перша обойма; 6 - друга обойма; 7 - напрямне кільце; 8 – головка пуансона; 9 - виштовхувач
Холодним пресуванням деталі можуть виготовлятися як у гідравлічних, і більш продуктивних механічних пресах. Станина преса при цьому повинна мати максимальну жорсткість і забезпечувати прямолінійне переміщення повзуна на всій довжині його ходу без люфтів.
Висновок
Вивчені нами процеси формоутворення деталей знаходять широке застосування в літакобудуванні та машинобудуванні в цілому. Застосовуючи ці технології, вдається досягти високого коефіцієнта використання металу. Отримані деталі відрізняються підвищеною точністю тачистоти поверхні. Матеріал деталей внаслідок холодної деформації значно зміцнюється. Технологія процесів удосконалюється.
1. А.Л. Абібов, Н.М. Бірюков глава книги «Технологія літакобудування» 1982г.
2. Інтернет-портал "Метал" http://ags-metalgroup.ru
3. Інтернет-портал «Ковочні операції» http://www.mtomd.info
4. В.Р. Каргін, Б.В. Каргін глава з книги «Основи технологічних процесів ЗМД: розділ пресування»
| наступна лекція = = gt; | ||
| Інтерференція поляризованого світла | Роль енергетики у розвитку людського суспільства |