Паковка

Введение

При производстве металлических изделий широко применяют  обработку металлов давлением, как в горячем, так  и  в  холодном  состоянии.  Основнымиспособами  обработки  металлов  давлением  являются   прокатка,   волочение, прессование, ковка и штамповка.

Прокатка  –  один  из  важнейших  способов  обработки  давлением, которым обрабатывается 75-80% выплавляемой стали.

Горячая  объёмная  штамповка  поковок  осуществляется  в  штампах.

Штамп состоит  из  двух  разъёмных  частей,  внутренние  полости  которых  в собранном   виде   образуют   ручьи.   Течение   металла   при    деформации ограничивается формой и  размерами  внутренней  полости  штампа.  Получаемые поковки  отличаются   высокой   точностью   размеров,   большей   сложностью конфигурации,  хорошим   качеством   поверхности   и   меньшими   допусками.

Следовательно,  штамповка  обеспечивает   значительную   экономию   металла, снижает  трудоёмкость  обработки  в  кузнечном  цехе   и   при   последующей механической  обработке,  повышает  коэффициент  использования   металла   и увеличивает производительность оборудования. Горячую  объёмную  штамповку  широко  применяют  в  автомобильной, тракторной, транспортной, авиационной и других отраслях промышленности. 
 

Сущность  метода горячей объёмной штамповки.

Преимущества  и недостатки. 

Масса слитков  составляет от 200  кг  до  350т.  Наибольшее распространение  имеют слитки массой более 1 т. Для ковки применяются слитки многогранные (чаще  всего  шести   восьмигранные) или цилиндрические.

По способу  изготовления  поковок  различают  свободную  ковку  и горячую объёмную штамповку.

 Горячая   объёмная  штамповка  –   это  вид   обработки   материалов давлением,  при  котором  формообразование  поковки  из  нагретой  заготовки осуществляют с помощью специального инструмента –  штампа.  Течение  металла ограничивается поверхностями плоскостей, изготовленных  в  отдельных  частях штампа, так что в конечный момент штамповки они  образуют  единую  замкнутую плоскость (ручей) по конфигурации поковки.

В  качестве  заготовок  для горячей   штамповки   в подавляющем большинстве случаев применяют прокат  круглого  квадратного,  прямоугольного профилей, а также периодический. При  этом  прутки  разрезают  на  отдельные заготовки, хотя  иногда  штампуют  и  от  прутка  с  последующем  отделением поковки  непосредственно  на  штамповочной  машине.  Заготовки  отрезают  от прутка различными способами: на кривошипных прессножницах,  газовой  резкойи т д.

По сравнению  с ковкой  штамповка  имеет  ряд  преимуществ.  Горячей объёмной  штамповкой   можно   получать   без   напусков   поковки   сложной конфигурации, которые  ковкой  изготовить  без  напусков  нельзя,  при  этом допуски на штамповочную поковку в 3 – 4 раза  меньше,  чем  на  кованную.  В следствии  этого  значительно  сокращается  объём  последующей  механической обработки, штамповочные поковки обрабатывают только в  местах  сопряжения  с другими деталями, и эта обработка может сводиться только к шлифованию. Производительность штамповки значительно выше – составляет  десятки и сотни штамповок в час.

В  то  же  время  штамповочный  инструмент  штамп  –  дорогостоящий инструмент и является пригодным только  для  изготовления  какой  то  одной, конкретной поковки. В связи  с  этим  штамповка  экономически  целесообразна лишь при изготовлении достаточно больших партий одинаковых поковок.

 Кроме   того,  для  объёмной  штамповке   поковок  требуется  гораздо больше усилий деформирования,  чем  для  ковки  таких  же  поковок.  Поковки массой в несколько сот  килограммов  для  штамповки  считается  крупными.  В основном штампуют поковки массой 20 – 30 килограмм.  Но  благодаря  созданию мощных машин в отдельных случаях штампуют поковки массой до трёх тонн. Горячей   объёмной   штамповкой   изготовляют    заготовки для ответственных деталей автомобилей,  тракторов,  сельскохозяйственных  машин, самолётов, железнодорожных вагонов, станков и так далее.

Конфигурация  поковок чрезвычайно  разнообразна,  в  зависимости  от неё поковки обычно разделяются на группы.  Например,  штампованные  поковки, можно разделить на 2 группы:  удлинённой  формы,  характеризующиеся  большим отношением длинны к ширине, и круглые или квадратные в плане. Наличие  большого  разнообразия  форм  и   размеров   штампованных поковок,  а  также  сплавов,   из   которых   их   штампуют,   обуславливает существование различных способов штамповки.

Так как характер течения металла в процессе штамповки  определяется типом штампа, то этот признак  можно  признать  основным  для  классификации способов штамповки. В  зависимости  от  типа  штампа  выделяют  штамповку  в открытых штампах и в закрытых штампах.

Штамповка в  открытых  штампах  характеризуется  переменным  зазором между  подвижным  и  неподвижным  частями  штампа.  В  этот  зазор  вытекает заусенец (облой), который закрывает выход из  полости  штампа  и  заставляет металл  целиком  заполнить  всю  полость.  В  конечный  момент  формирования заусенец выжимаются излишки металла, находящийся в плоскости, что  позволяет не предъявлять особо высоких  требований  к  точности  заготовок  по  массе.

Заусенец затем  обрезается  в  специальных  штампах.  Штамповкой  в  открытых штампах получают поковки всех типов.

Штамповка в  закрытых  штампах  характеризуется  тем,  что  полость штампа в процессе деформирования остаётся закрытой. Зазор между подвижной  и не  подвижной  частями  штампа  при  этом  постоянный  и  большой,  так  что образование заусенца в нём не предусматривается.  Устройство  таких  штампов зависит от типа машины, на которых штампуют. Закрытый  штамп  может  быть  с одной или двумя  взаимно  перпендикулярными  плоскостями  разъёма,  то  есть состоять из трёх частей.

При штамповке  в закрытых штампах  надо  строго  соблюдать  равенство объёмов заготовки и поковки, иначе при  недостатке  металла  не  заполняются углы полости штампа, а при избытке размер поковки  по  высоте  будет  больше нужного. Значит процесс получения заготовки усложняется,  поскольку  отрезка заготовок   должна   сопровождаться    высокой    точностью. Существенным преимуществом штамповки  в  закрытых  штампах  является  уменьшение  расхода металла, поскольку нет  отхода  заусениц. Поковки  полученные   в  закрытых штампах имеют более благоприятную микроструктуру, так как  волокна  обтекают контур поковки, а не  прорезаются  в  месте  выхода  металла  заусениц.  При штамповке в закрытых штампах металл деформируется в  условиях  всестороннего неравномерного сжатия при больших зажимающих  напряжениях,  чем  в  открытых штампах. Это позволяет получить  большие  степени  деформации  и  штамповать малопластичные сплавы.

К  закрытой  штамповке  можно  отнести  штамповку  выдавливанием  и прошивкой, так как штамп в  этих  случаях  выполняют  по  типу  закрытого  и отхода металла  заусениц  не  предусматривает.  Деформирование  металла  при горячей штамповке вдавливанием  и  прошивкой  происходит  так  же,  как  при холодном прямом и обратном выдавливании. 
 

Характеристика  материала заготовки  и технические  требования. 

Для поковки ''Цапфа  правая'' использована сталь Ст3 ГОСТ 380 – 88\

Сталь Ст3  конструкционная   обыкновенного  качества  низкоуглеродистая низколегированная, по степени раскисления,  спокойная,  содержит  в  среднем 0,20%С;  0,3%Cr и 0,25%Si.

Поковка относится  ко 2-й группе ГОСТ 8479 -70.  Сдается  по  твердости.

Твердость измеряют на одной  поковки  от  партии.  Партия  комплектуется  из поковок одной марки  стали,  совместно  прошедших  термическую  обработку  в одной печи. Для обеспечения заданной  твердости  поковка  должна  быть  подвергнута термической обработки: нормализации.

Нормализация: нагрев до 870 – 900 оС, выдержка 1 мин/мм, охлаждение  на воздухе. Стали обыкновенного  качества  поставляют  в  виде  проката  (проволока ГОСТ17305 - 71, прутки  ГОСТ 7417-75, уголки, трубы ГОСТ8732  -  78,  полоса ГОСТ 1577 - 81 и т. д.), а так же поковок ГОСТ8479 - 70 . В  зависимости  от гарантируемых свойств их поставляют трех групп: А, Б, В.

Температура ковки  °С: начала 1300, конца 750. Охлаждение на воздухе. Свариваемость- сваривается. Без ограничений: способы сварки РДС, АДС под флюсом и  газовой  защиты  ЭШС, КТС. Для  толщины   свыше   37   мм.   Рекомендуется   подогрев   и   последующая термообработка. Склонность к отпускной хрупкости- не склонна. По структуре после нормализации стали подразделяют на следующие  классы: перлитный, мартенситный, аустенитный, ферритный. 
 
 

Технологический процесс горячей  объёмной штамповки. 

Транспортирование заготовки со склада. Для этого  используют любой транспорт. Отрезка заготовки выполняется гидравлическими  ножницами  усилием 10000 кН при температуре 700 – 4500С.

Наладка оборудования.  Проверить  на  работоспособность  ковочные вальцы и КГШП. Ручей штампа смазывают специальным раствором. Выборочный  контроль  размеров  заготовки.   Проверяют   размеры   заготовки с помощью измерительных средств.

Нагрев. Нагрев  производится  в  печи  с  газопламенным  способом нагрева до температуры 13000С.

Горячая объемная штамповка производится после нагрева  заготовки в печи до температуры 13000С, а затем подается на  ковочные  вальцы для предварительной штамповки, после чего получившуюся  заготовку кладут в ручей КГШП при температуре 1280 – 7500С.

После объемной штамповки  идет  операция  обрезки  заусенца.  Эту операцию производят специальными обрезными прессами  с  обрезными штампами (например, Пресс КА 9536 усилием  4000  кН),  а  так  же обрезку  заусенца  можно   производить   с   помощью   КГШП   при температурном интервале 730 – 6300С. Для  стали  Ст3   в   роли   термообработки   можно   произвести нормализацию. Температура  нормализации  870  –  9000С,  а  затем охлаждение на воздухе.  Нормализация  производится  для  придания металлу требуемый уровень механических свойств,  для  обеспечения необходимую структуру. Правка поковки. Эту операцию выполняют для устранения искривлений осейи искажения поперечных   сечений, образующихся   при затруднённом  извлечении  поковок  из   штампа,   после обрезки заусенца, а также после термической обработки. Крупные поковки  и поковки из высокоуглеродистых и высоколегированных сталей  правят в горячем состоянии,  либо  в  чистовом  ручье  штампа,  либо  на обрезном прессе, либо на отдельной машине. Мелкие  поковки  можно править в холодном  состоянии после  термической  обработки  на специальном  оборудовании  (обычно  на  фрикционных   молотах   с доской),в правочных  штампах,  ручьи  которых  изготовляют  по чертежу холодной поковки. Очистка поковок от окалины. Очистка обеспечивает  условие  работы режущего инструмента при последующей  механической  обработке,  а также контроль   поверхности   поковок.   Очистку    производят несколькими способами: в барабанах, дробью, травлением. В барабанах очищают поковки следующим образом. Поковки загружают в барабан с наклонной осью вращения, в  котором  находятся  стальные звёздочки. При вращении барабана поковки трутся и ударяются друг с другом и со звёздочками,  благодаря  чему  и  происходит  сбивание окалины. При очистке тяжёлых поковок на их поверхности  образуются забоины, поэтому таким способом их не очищают. Дробеструйная очистка заключается в том, что дробь размером  1-3мм с большой скоростью ударяет о поверхность поковок и сбивает с  них окалину. Скорость  дроби  сообщает  сжатый  воздух  в  специальных аппаратах.  Этим  способом  очищают  мелко- и   среднегабаритные поковки. Травлением в водных растворах кислот, нагретых  до  40-60 С, очищают крупногабаритные поковки сложных конфигураций.

Калибровка  повышает  точность  размеров  всей  поковки  или  её отдельных  участков.  Таким  образом,  последующая механическая обработка ограничивается только шлифованием. Различают плоскостную и объёмную калибровку. Плоскостная  калибровка  служит  для  получения  точных вертикальных размеров на одном или  нескольких  участках  поковки, ограниченных   горизонтальными   плоскостями. При плоскостной обработке поковку  правят  в  холодном  состоянии  на  кривошипно- коленчатых прессах. Поскольку калибруют  с  небольшой  степенью  деформации (менее 5-10%),  необходимо  заранее предусматривать припуск на калибровку. Причём, с увеличением припуска точность размеров после калибровки уменьшается, а качество поверхности улучшается. Обычная точность после калибровки составляет от 0,1 до 0,25 мм,  а  допуск при калибровке с повышенной точностью в 2 раза меньше. Объёмной калибровкой повышают точность размеров поковки в разных  направлениях  и  улучшают  качество её поверхности. Калибруют  в  штампах  с  ручьями,  соответствующими  конфигурации поковки. При объёмной калибровке возможно  образование  небольшого заусенца, который удаляют  на  наждачном  станке.  В  этом  случае калибровка повышает и точность массы поковки. Объёмную  калибровку проводят в  холодном  и  горячем  состоянии.  Холодную  калибровку производят на кривошипно-коленных прессах для мелких поковок,  так как усилие при объёмной калибровке примерно в 2 раза  больше,  чем при плоскостной . Горячую калибровку производят  при  температурах более низких, чем температура  конца  штамповки,  на  штамповочном оборудовании.. Контроль поковки. Контролируют не только готовые  поковки,  но  и

изготовление  их на всех  этапах,  начиная  от  контроля  исходных заготовок. При  контроле  готовых  поковок  производят  их  внешний   осмотр, выборочно измеряют геометрические размеры, твёрдость  по  Бринелю. Размеры контролируют универсальными измерительными  инструментами: штангенциркулями, штангенвысотомерами, штангенглубиномерами и др.и специальными  инструментами:  скобами,  шаблонами  и  контрольными приспособлениями. Несколько поковок из  партии  иногда  подвергают металлографическому анализу и механическим испытаниям.  Внутренние дефекты в поковках определяют ультразвуковым  методом  контроля  и просвечиванием лучами Рентгена.

Штамповка на ковочных вальцах (вальцовка).

Эта штамповка  напоминает продольную прокатку в одной  рабочей клети, на двух валках которые закрепляют секторные штампы, имеющие соответствующие ручьи.