Формообразование наружних поверхностей

МЕТОДЫ  ПЛАСТИЧЕСКОГО  ФОРМООБРАЗОВАНИЯ

В условиях крупносерийного  и массового производства наиболее эффективным по коэффициенту использования  металла и производительности является формообразование методом пластического  деформирования. Применяю горячее прессование  заготовок концевых фрез и метчиков. В процессе прессования формируется  одновременно режущая и хвостовая  часть с минимальным припуском  под последующую механическую обработку.

Гидродинамическим выдавливанием образуются канавки  развёрток ,фрез ,метчиков, свёрл путём прессования через матрицу нагретой заготовки в условиях всестороннего сжатия.

Для образования  винтовых канавок, спинок и ленточек на заготовках свёрл диаметром 13-55 мм применяют горячую вальцовку  заготовок с последующей завивкой винтовых канавок. Редуцированием (прокаливанием  заготовки пуансоном через редуцирующий фильер) получают ступенчатые заготовки рабочей и хвостовой частей концевого инструмента. Ротационным обжатием (ковкой или прессованием в радиальном направлении в условиях трёхстороннего сжатия) образуют стружечные канавки и квадраты на метчиках, коническую часть хвостовиков и др. 

ПРЕСОВАНИЕ В СПЕЦИАЛЬНЫХ  ШТАМПАХ

В процессе прессования  формируются сразу режущая и  хвостовая части с минимальным  припуском под последующую механическую обработку или шлифовку. Нагретую до температуры 1000-1200°С заготовку закладывают в контейнер 1 (рис. 1) который подогревается электрической печью 2 до температуры 400°С. К моменту начала прессования поршень под давлением, развиваемом в нижнем цилиндре 3, плотно прижимается контейнер 1 к съёмному кольцу, которое в свою очередь прижимается к матрице 5, укреплённой на опорной поворотной стойке 6. При рабочем ходе пуансона 8 заготовка прессуется. В стойке 6 предусмотрена направляющая втулка 7, предохраняющая рабочую часть заготовки от искривления. По окончании рабочего хода пуансон, укреплённый на подвижной траверсе 9, переходит в исходное положение. Ходом штока нижнего цилиндра 3 с помощью тяг 10 контейнер 1 снимается с поковки (хвостовика концевого инструмента), удерживаемой матрицей 5 и съёмным кольцом, и поднимается вверх. В некоторый момент подъёма контейнера благодаря выступам на тягах 10 начинает подниматься подъёмное кольцо 4, увлекая за собой поковку, которая своей винтовой частью  удерживается в матрице. Приложенное к упаковке усилие вызывает подъём опорно-поворотной стойки 6, фланец которой, войдя в соприкосновение с подшипником 11, получает вращательное движение, в результате чего матрица свинчивается с удаляемой поковки.

Рис 1.

Матрицы изготавливают  из дисперсионно- твердеющих сплавов  литьём по выдавливаемым моделям. В  качестве технологической смазки применяют  графито-масляную смесь.

ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЕ ВЫДАВЛИВАИЕ

Горячее гидродинамическое  выдавливание заключается в выдавливании через матрицу, имеющей профиль  сечения инструмента, нагретой до ковочной температуры заготовки с применением  промежуточной графитовой среды. Этот метод допускает степень деформации до 75%. Гидродинамическим выдавливанием  образуются канавки развёрток, зенкеров, свёрл, концевых фрез и др. Шероховатость  поверхностей выдавленных поверхностей Ra = 2.5 ÷ 1.0 мкм, точность размеров в пределах 0.2-0.3 мм.

При горячем гидродинамическом  выдавливании (ГГДВ) создаются наиболее благоприятные условия всестороннего неравномерного сжатия, достигается минимальное значение коэффициента трения и максимальное приближение к изометрическому деформированию.

Рис. 2

Отсутствие непосредственного  контакта с инструментом повышает равномерность  распределения деформаций в деталях, способствует повышению пластичности обрабатываемого металла и стойкости  штамповочного инструмента. Конструкция  штампа позволяет совместить пластическое формообразование  заготовки с термохимическим упрочнением. Рекомендуемые режимы ГГДВ для стали Р6М5: температура аустенизации 1210-1230°С, температура деформации 1000±50°С, степень деформации 0.7-0.9, температура отпуска 560°С.

Р =( +

Где σ, - предел текучести  деформируемого металла;

F и f  - площадь поперечного сечения контейнера и цилиндрической части матрицы;

α – полуугол входного конца матрицы;

L - высота цилиндрической части матрицы;

D и d – диаметры контейнера и цилиндрической части матрицы.

  Горячее выдавливание  можно производить на кривошипном  прессе. На рис. 2, α представлена  схема гидродинамического выдавливания. В начальный момент выдавливания пуансон 4 через графитовый вкладыш 3 передаёт давление на нижний торец заготовки 2 (нагретый до закалочной температуры 1230-1245°С), острые края которой начнут пластически деформироваться до тех пор, пока усилие деформации не превысит усилие разрушения вкладыша. В результате создаётся плотное соединение заготовки с выходным конусом матрицы 5, препятствующее истечению материала промежуточной среды (графита) сквозь очко матрицы. По мере нарастания давления разрушаемый пуансоном графитовый материал заполняет свободное пространство вокруг заготовки и частично затекает в зазор между контейнером 1 и пуансоном 4.

 В дальнейшем порошкообразная графитная среда уплотняется до такой степени, что довольно равномерно распределяет давление пуансона  по торцовой и боковой поверхностям заготовки. Таким образом, при гидродинамическом выдавливании заготовка подвергается всестороннему сжатию и начинает пластически деформироваться путём истечения в очко матрицы. Заготовка проходит через калибрующую втулку 6 и поступает в охлаждающую среду 7 для заливания.

Схема типового штампа для ГГДВ режущего инструмента с  отверстием показана на рисунке 2, б. Пуансон 1 входит в контейнер 2 и с помощью  иглы 8 и графитового вкладыша 9 прошивает  заготовку 7 и выдавливает её через  очко матрицы 4 (запрессованной в обойме 5) и затем через калибрующую втулку 6. Нагрев штампа производится токами промышленной частоты через водоохлаждаемый индуктор 3 до температуры 420 – 450 °С.

Для гидродинамического выдавливания используют стандартны кривошипные прессы 1МН и выше. Изготовлена автоматическая установка для прессования концевых фрез, зенкеров, развёрток диаметром 20 – 32 мм с усилием пресса 3,15 МН, ход ползуна 300 – 600 мм, скорость перемещения плунжера 300 мм/с, производительность 120 шт/ч. Для прессования заготовок свёрл диаметром 45 – 80 мм Днепропетровский завод прессов выпускает гидравлический пресс П2038В. Усилие пресса 6,3 МН, ход ползуна 1300 мм. Фирма Karter und Sohn (ФРГ) выпускает для гидродинамического выдавливания свёрл диаметром 35 – 70 мм стан с усилием 0,4 МН, продолжительность цикла для сверления диаметром 35 мм – 40 с и для сверла диаметром 70 мм – 90 с. 

ПРОДОЛЬНО – ВИНТОВОЕ ПРОКАТЫВАНИЕ

  В массовом  производстве свёрл диаметром  1,7 – 25 мм применяют продольно  – винтовое прокатывание винтовых  канавок, спинок и ленточек  на специальных полуавтоматических  и автоматических станках (Рис.3). Сущность продольно – винтового  прокатывания заключается в прокатывании  рабочей части заготовки (нагретой  до температуры ковки) за один  проход между двумя парами  профильных сегментов, вращающихся  синхронно и расположенных под углом к продольной оси заготовки, близким к углу наклона винтовой канавки. Одна пара профилирует профиль канавок, а другая – профиль спинок и ленточек. Канавочные сегменты имеют затылочный профиль для образования утолщения сердцевин, а также заборную часть а также сегментов для получения канавок и список свёрл определяют расчётом.

Рис. 3

  Данный способ  в десятки раз превосходит  по производительности производство свёрл методом фрезерования (1500 – 7500 шт. в смену в зависимости от диаметра сверла). Один стан при прокатке свёрл диаметром 5 мм заменяет 25 специальных фрезерных станков. В настоящее время освоен прокат свёрл из инструментальных сталей Р6М5, Р12 и др. Лимитирующие фактором для выбора стали под прокатку является её пластичность в нагретом состоянии. Для свёрл диаметром до 12 мм используют сталь серебрянку, для свёрл диаметром более 12 мм – сварные заготовки.

Кроме повышения  производительности труда метод  продольно – винтового проката  даёт экономию быстрорежущей стали, так как отходы в этом случае минимальны. Производительность прокатывания сверла в зависимости от размера составляет: на стане АСПС при обработке свёрл диаметром 1,8 ÷ 3 мм производительность 900 – 1800 шт./ч, на стане АСПС при обработке свёрл диаметром 3 ÷ 5 мм – 842 – 1100 шт./ч, на стане ПОПС при обработке свёрл диаметром 15 ÷ 25 мм – 300 – 425 шт./ч.

Рис. 4

  Возможность  образования винтовых канавок  методом продольно – винтового  проката на заготовках концевых  фрез, метчиков и другого инструмента.  Усилие проката 2 – 7 тс в  зависимости от размера сверла. 

ГОРЯЧЕЕ ВОЛЬЦЕВАНИЕ

Горячую вальцовку  заготовок с последующей завивкой винтовых канавок применяют в крупносерийном и массовом производстве для образования винтовых канавок, спинок и ленточек свёрл на заготовках диаметром 13 – 55 мм. Способ заключается в прокатывании рабочей части заготовки сверла (нагретой до температуры ковки 1050 – 1150°С) между профильными валками, оси которых параллельны. Прокатка на вальцековочном стане производится последовательно между четырьмя парами секторов с профилем переменного сечения. Каждая пара секторов постепенно обжимает рабочую часть заготовки (Рис. 4). После прокатки в последнем ручье на заготовке сверла образуются прямые профильные канавки, спинки и ленточки. По окончании прокатки заготовку, остывшую до температуры 750 - 800°С, завивают на специальном стане завивочными роликами. 

РЕДУЦИРОВАНИЕ

Для экономии металла  и повышения производительности труда при изготовлении метчиков во ВНИИ инструмент разработана технология изготовления заготовок метом пластической деформации – редуцированием. Этот способ заключается в прокатывании пуансоном исходной заготовки, диаметр которой равен диметру рабочей части метчика, через редуцирующий фильтр. Диаметр очка фильера должен быть равен диаметру хвостовой части метчика. При редуцировании увеличивается общая длинна заготовки. Процесс редуцирования осуществляют на прессах, а для обеспечения наиболее высокой производительности  на холодно – высадочных автоматах.

  В качестве  исходной заготовки применяю  сталь. А также заготовки из  горячекатаной стали, шлифованные  на бесцентрово-шлифовальном станке. Редуцирование хвостовой части метчиков из углеродистой стали У12А позволяет снизить расход стали на 18% и общую трудоёмкость изготовления на 15%. При редуцировании заготовок метчиков из быстрорежущей стали снижение трудоёмкости составляет 24% а себестоимость сокращает на 12%.

  Усилия, требующиеся  для осуществления процесса редуцирования  при прессовании стали, подсчитывают  по формуле Л. В. Позорова

,

Где с – коэффициент напряжённого состояния, для процесса сплошного прессования  с = 4; – площадь поперечного сечения хвостовика редуцированной заготовки; - истинная степень деформации; - предел прочности; n – коэффициент, учитывающий трение заготовки о стенки направляющей втулки, n = 1 ÷ 0,08, здесь L – длинна исходной заготовки; D – диаметр исходной заготовки.

Рис.5

Степень деформации при обработке редуцированием определяется коэффициентом обжатия, достигающим 30%. Заготовку рассчитывают, исходя из суммы объёмов рабочей и  хвостовой частей метчика. 

РОТАЦИОННОЕ ОБЖАТИЕ

При производстве заготовок  применяют метод ротационного обжатия  или радиальной ковки, также представляющей собой разновидность обработки давлением. Сущность процесса заключается в том, что заготовка подвергается прессованию или ковки в радиальном направлении одновременно двумя или несколькими бойками (пуансонами). Благодаря постепенной деформации, происходящей в условиях трёхстороннего сжатия, удаётся в один проход получить значительную степень деформации без разрушения заготовки из малопластичной быстрорежущей стали.

  Ротационное  обжатие производят на специальных  ротационных прессах или на  кривошипных прессах в специальных  штампах. На рис. 5 в качестве  примера приведена схема штампа для формообразования рабочей части (стружечных канавок) и квадрата хвостовика сварных машинно – ручных метчиков. Заготовка 8 центровыми отверстиями базируется на нижний 2 и верхний 1 керны. При ходе ползуна пресса и стакана 3 вниз клинья 4 и 5 давят на бойки-пуансоны 6 и 7, которые совершают движение перпендикулярное к оси заготовки. Под штамповку нагревают (для стали Р6М5 до 1050 - 1150°С) только часть заготовки из быстрорежущей стали. Ротационное обжатие можно применять для инструментов с коническим хвостовиком, прямыми канавками и др.