Розділ 4.3 ВОЛОЧІННЯ, КУВАННЯ ТА ШТАМПУВАННЯ

Суть волочіння

Волочіння — спосіб обробки металів тиском, що полягає у протягуванні вальцьованих або пресованих заготовок крізь отвір, поперечний переріз якого менший за поперечний пере­різ заготовки, а конфігурація отвору формує заданий профіль

виробу.

Інструмент для волочіння — волока — має робочий отвір, що складається з чотирьох зон: вхідної або мастильної J (рис. 4.3.1), деформувальної II, калібрувальної III та вихідної IV. Кут між твірними конуса деформувальної зони залежить від властивостей матеріалу та типу заготовки й становить 6...12°. Калібрувальна зона завдовжки 2... 10 мм остаточно формує за­даний профіль, його розміри та забезпечує високу якість оброб­леної поверхні.

Щоб розпочати волочіння, потрібно вставити спеціально стон­шений кінець заготовки 1 в отвір інструмента 2 й протягнути її, приклавши силу F. Ця сила необхідна не лише для деформу­вання металу, але й для подолання сил тертя між інструментом та заготовкою. Унаслідок пластичного деформування в зоні II заготовка поступово наближається до профілю калібрувальної зони, зменшуючи свою площу поперечного перерізу від S₀ до S, і відповідно збільшуючи довжину від 1₀ до І_г. Тут ступінь плас­тичної деформації металу під час волочіння можна охарактери­зувати коефіцієнтом видовження ц (див. формулу (4.2.2)) або величиною обтиснення q:

Зазвичай за одне проходження оброблюваного матеріалу гранично допустимі величини становлять ц < 1, 25...1, 45 або q < ЗО...З5 %. їх не треба перевищувати, інакше зросте тяго­ва сила F й виникнуть небезпечні напруження у тій частині заготовки, що вийшла з інструмента. Щоб не допустити руй­нування заготовки, розтягальні напруження на ділянці після

інструмента не повинні перевищувати 0, 6 • о" _в (де с_в — границя міцності оброблюваного матеріалу). Якщо площу поперечного перерізу вихідної заготовки потрібно істотно змінити, то її про­тягають крізь ряд щоразу менших у діаметрі отворів.

Застосовуючи волоки з полірованими отворами й змащуючи контактні поверхні заготовки та інструмента, можна істотно зменшити сили тертя й підвищити якість обробки. Для змащу­вання використовують мильний порошок, графіт, водяні емульсії на основі мила й оливи тощо.

Волоки виготовляють з інструментальних сталей, твердих сплавів, а для волочіння дуже тонкого дроту — з технічних алмазів.

Вихідними заготовками для волочіння є грубий дріт, сорто­ві вальцівки круглого, квадратного або шестикутного профілю, безшовні й зварені труби зі сталей, кольорових металів та їх сплавів. Оскільки волочіння відбувається майже виключно в холодному стані, то оброблюваний метал зміцнюється. Щоб від­новити втрачену пластичність, застосовують проміжний рекри­сталізаційний відпал.

Волочінням отримують дріт діаметром 0, 002...10 мм, фасон­ні профілі, калібрують (підвищуючи точність розмірів і якість поверхні) вальцьовані прутки діаметром 3...150 мм і труби, ви­готовляють холоднотягнуті труби, зменшуючи їх діаметр або одночасно діаметр і товщину стінки, а також змінюють профіль труби з круглого на квадратний, прямокутний, шестикутний чи фасонний.

Волочильні стани

Волочильним станом називають машину, призначену для волочіння металів. Він складається з тягового пристрою, при­воду й інструменту. Залежно від траєкторії тягового пристрою розрізняють стани: періодичної дії з прямолінійним рухом за­готовки, безперервної дії з намотуванням заготовки.

Волочильні стани з прямолінійним рухом заготовки (лан­цюгові, рейкові та ін.) застосовують для волочіння й калібру­вання прутків, труб і фасонних виробів, які не можна намоту­вати в бунти. На сучасних станах можна одночасно обробляти 4-8 заготовок завдовжки до 8 м. Тягова сила цих станів дохо­дить до 1, 5 МН.

Найпоширенішими серед волочильних є ланцюгові стани, в яких тягова зірка 1 (рис. 4.3.2) рухає замкнутий шарнірно-плас­тинчастий ланцюг 2. Обертального руху зірці надає електро­двигун через редуктор, які на рисунку не зображені. За допомо­гою гака З і кліщів 4 ланцюг протягує заготовку 5 крізь отвір волоки 6. Тут тяговим пристроєм є гак і кліщі, а приводом — електродвигун, дві зірки й ланцюг. Після виходу заготовки з волоки тягова сила раптово зменшується, тому гак під дією противаги зіскакує з ланцюга й автоматично повертається у початкове положення.

Волочильні стани з намотуванням заготовки призначені го­ловно для волочіння дроту, а також труб невеликого діаметра, які намотуються в бунти. Ці стани поділяють на барабанні од­норазового волочіння, що мають одну волоку, і стани багатора­зового волочіння, в яких дріт проходить послідовно крізь ряд волок.

У барабанному стані одноразового волочіння на вертлюг 1 (рис. 4.3.3) насаджують вихідну заготовку 2 у вигляді бунта. Стоншений її кінець проводять крізь отвір волоки З й закріп­люють на барабані 4, який обертається від електродвигуна Д через редуктор 6 і зубчасту передачу 5. Після волоки дріт намо­тується на барабан. Ці стани застосовують переважно для виго­товлення грубого дроту.

Барабанні стани багаторазового волочіння призначені для виробництва тонкого дроту, який проходить крізь значну кіль­кість послідовно розташованих волоків (до 20 і більше). Стонше­ний кінець дроту 1 (рис. 4.3.4) пропускають крізь отвір першої волоки 2, намотують кілька витків на барабан З, потім пропус­кають крізь отвір другої волоки, намотують на другий барабан і т.д. Нарешті кінець дроту закріплюють на приймальному ба­рабані 4, після чого стан готовий до волочіння. Обертального руху барабанові надає електродвигун Д через редуктор 6 і зуб­часті передачі 5. Довжина дроту після кожної наступної волоки

збільшується, пропорційно з ним повинна збільшуватись швид­кість його руху. Відповідно до цього змінюють передавальні відношення зубчастих передач або добирають діаметри бараба­нів. Швидкість дроту в останніх волоках сягає 50...60 м/с.

Щоб зробити волочіння неперервним, кінець дроту наступ­ного бунта приварюють до кінця попереднього електроконтакт­ним способом.

Кування та його операції

Куванням називають спосіб обробки металів тиском з вико­ристанням універсального підкладного інструмента або ударни­ків, якщо деформування нагрітого металу в певних напрямах не обмежується робочою поверхнею інструмента. Завдяки багаторазовій ударній (динамічній) або статичній дії інструмен­та метал пластично деформується й поступово наближується до заданих форми й розмірів. Виріб масою від 0, 1 до 300 т, вигото­влений куванням зі сталі або сплавів кольорових металів і при­значений для подальшої механічної обробки, називають кованкою. Кування доцільно застосовувати в одиничному й серійно­му виробництвах для виготовлення валів потужних гідротурбін і електрогенераторів, дисків для парових і газових турбін, колін­частих валів суднових дизельних двигунів, валків вальцюваль­них станів та ін. Заготовками для кування є зливки, блюми і вальцівки. До основних операцій кування належать: видовжен­ня (протягування), сплющування (осадка), пробивання, гнуття, кручення, рубання тощо. Застосовуючи в певній послідовності окремі операції, можна виготовити кованки складної форми.

Видовження — найпоширеніша ковальська операція, що за­стосовується для збільшення довжини кованки й одночасного зменшення її поперечного перерізу. По заготовці 2 (рис. 4.3.5, а), покладеній на нижній нерухомий ударник /, верхнім удар­ником 3 наносять послідовні удари. Перед кожним ударом її періодично пересувають справа вліво. Так виготовляють кован­ки валів (рис. 4.3.6, а), штоків, шатунів (рис. 4.3.6, є), тяг за допомогою плоских і фасонних ударників.

Сплющування застосовують, щоб зменшити висоту й збільши­ти поперечний переріз кованки. Щоб уникнути поздовжнього

згину, відношення висоти до діаметра заготовки не повинно перевищувати 2, 5. Заготовку 2 (рис. 4.3.5, б) кладуть вертика­льно на плоский нижній ударник 1 й деформують її верхнім ударником 3. Унаслідок впливу тертя на торцеві поверхні заго­товки, а також швидшого охолодження торців вона стає бочкопо­дібною. Так виготовляють кованки зубчастих коліс (рис. 4.3.6, д), дисків (рис. 4.3.6, б), фланців (рис. 4.3.6, є), які мають великі поперечні розміри й малу висоту. Якщо нагріти не всю заготов­ку, а лише її частину, то отримаємо різновид сплющування, тобто місцеве потовщення, що його називають висадкою.

Пробивання використовують, щоб зробити в кованці загли­бину або наскрізний отвір. Заготовку 2 (рис. 4.3.5, в) кладуть на нижній ударник 1 і верхнім ударником З втискають в неї інструмент — прошивень 5 — у вигляді зрізаного конуса. Піс­ля цього на прошивень накладають надставку 4 і продовжують його заглиблювати. Якщо потрібен наскрізний отвір, то надстав­ку знімають, заготовку повертають на 180° і отвір прошивають остаточно іншим прошивнем 6 (рис. 4.6.3, г), який, заглиблю­ючись у заготовку, вирізує надлишок металу у вигляді диска й виштовхує з отвору прошивень 5.

Гнуття — це викривлення заготовки за заданим контуром. Операцію здійснюють ударниками 1 і 3 (рис. 4.3.5, д) з викорис­танням підкладних або спеціальних пристроїв. Гнуття в підклад­них штампах застосовують для виготовлення значної кількості однакових виробів 2. Тут використовують штамп, що складається з верхньої 7 і нижньої 8 половин. Гнуть скоби (рис. 4.3.6, г), кутники, кронштейни, гаки та ін.

Кручення — повертання однієї частини заготовки відносно іншої на заданий кут. Так отримують заготовки колінчастих валів (рис. 4.3.6, ж), свердел великих діаметрів та ін. Одну частину заготовки 2 затискають між ударниками / і 3, а другу її частину повертають за допомогою вилки 9, приклавши силу F.

Рубання — поділ заготовки на дві частини. Його застосову­ють для отримання з довгої заготовки певної кількості корот­ких або для відокремлення зайвого металу. Інструментом для рубання є прямі або фасонні сокири. Заготовку 2 (рис. 4.3.5, є) кладуть на нижній ударник / і ударом верхнього ударника З заглиблюють сокиру 10 в метал. Коли залишається невеликий

перешийок, заготовку повертають на 180° і призматичною від­січкою закінчують операцію.

Ковальським зварюванням (рис. 4.3.5, ж) з'єднують дві за­готовки або два кінці однієї заготовки, попередньо нагрівши місце зварювання під шаром флюсу. Цим способом з'єднують низьковуглецеві сталі при температурі = 1350 °С у випадках, коли відсутні сучасні способи зварювання.

Кувальні молоти та преси

Кування поділяють на ручне і машинне. Машинне кування виконують на кувальних молотах або на кувальних пресах.

Молоти є машинами динамічної (ударної) дії, на них дефор­мування за один удар триває тисячні частки секунди. Тут для деформування використовують кінетичну енергію, нагромаджену рухомими частинами до моменту удару.

Найпоширеніші пневматичні й пароповітряні молоти.

Основна характеристика кувального молота — маса рухо­мих частин, а кувального преса — максимальне зусилля, яке він може розвивати.

Пароповітряний кувальний молот (рис. 4.3.7) приводиться в дію парою (0, 7...0, 9 МПа) або стисненим повітрям (до 0, 7 МПа). Він складається з аркоподібної станини 8, на якій змонтовано робочий циліндр /. У циліндрі переміщається поршень 2 зі штоком 3. До нижнього кінця штока прикріплюється баба 4, в нижній частині якої змонтований верхній ударник 5. Баба пе­ресувається у вертикальних напрямних станини. Нижній удар­ник 6 закріплений на масивному шаботі 7. Станина та шабот встановлені на окремих фундаментах 9 і 10. Кувальна спромож­ність молота визначається масою рухомих частин: баби, верх­нього ударника, штока та поршня. У сучасних пароповітряних молотах маса рухомих частин становить 0, 5...5 т, а маса оброб­люваних на них кованок — 2...2, 5 т.

Рухомі частини переміщаються вгору парою або стисненим повітрям, що подається від золотника в нижню порожнину ци­ліндра під поршень. Ці частини падають вниз під дією власної маси, ударяючи по заготовці. Щоб збільшити енергію удару, пару подають у верхню порожнину циліндра над поршнем.

ТЦо більша маса шабота, то більша частина кінетичної енер­гії рухомих частин переходить в роботу деформування заготов­ки. Маса шабота приблизно в 15 разів перевищує масу рухомих

частин.

Пароповітряний молот простий за будовою, нескладний в управлінні та універсальний.

Гідравлічний прес — це машина, що деформує заготовку статично, використовуючи тиск рідини.

Гідравлічний прес призначений для кування середніх і важ­ких заготовок. Деформування заготовки може тривати від кіль­кох до десятків секунд. Прес складається з робочого циліндра / (рис. 4.3.8), закріпленого на поперечці 3, яка за допомогою чо­тирьох напрямних колон 4 з'єднана з нижньою плитою 9. Пли­та встановлена на фундаменті. Всередині робочого циліндра є плунжер 5, нижній кінець якого з'єднаний з траверсою 6. На траверсі змонтовано верхній ударник 8. Робоча рідина (водяна емульсія або олива) під тиском 20...ЗО МПа надходить у робо­чий циліндр, тисне на плунжер і переміщає його разом з травер­сою по напрямних колонах, внаслідок чого верхній ударник

Рис.4.3.8. Гідравлічний прес:

1 — робочий циліндр; 2 — циліндр; 3 — поперечка; 4 — напрямна колоца;

5 — плунжер; 6 — траверса; 7 — тяга; 8 — верхній ударник; 9 — нижня плита;

10 — нижній ударник; 11 — заготовка; 12 — поршеиь

деформує заготовку 11. Для піднімання траверси у верхнє вихі­дне положення робочу рідину подають під поршні 12, що руха­ються в циліндрах 2. Поршні з'єднані тягами 7 з траверсою.

Гідравлічний прес рівномірно розподіляє пластичні дефор­мації в заготовці. Порівняно з молотом він не вимагає масивно­го фундамента, під час роботи не струшує навколишній ґрунт і не шумить. Зусилля преса може доходити до 150 МН і більше. Тиск робочої рідини створюється переважно насосом. Загаль­ний ККД гідравлічного преса становить 6...8 %.

Об'ємне штампування

Об'ємним штампуванням називають такий спосіб оброб­ки металів тиском, внаслідок якого заготовка, поміщена в ро­бочу порожнину спеціального інструмента — штампа — плас­тично деформується, набуваючи конфігурації та розмірів поро­жнини. Очевидно, що жорсткі стінки робочої порожнини шта­мпа надійно обмежують переміщення оброблюваного матеріалу й забезпечують йому задану геометрію. Об'ємне штампування широко використовують лише у серійному й масовому вироб­ництвах з огляду на високу вартість штампа.

Штамп переважно складається з двох частин: нерухомої нижньої 1 (рис. 4.3.9) і рухомої верхньої 3. Кованку 2 простої конфігурації виготовляють у однорівчакових штампах, що ма­ють одну спільну робочу порожнину — рівчак. Конфігурація робочої порожнини такого штампа геометрично подібна до кон­фігурації кованки, а розміри більші за розміри кованки на ве­личину лінійної усадки оброблюваного матеріалу. Лінійна усадка для сталі в середньому становить 1, 5 %. Щоб виготовити кован­ку, виймають вихідну заготовку з печі, кладуть її в нижню частину штампа й верхньою його частиною створюють тиск, внаслідок чого заготовка набуває конфігурації порожнини штам­па. Після цього штамп розкривають і виймають кованку.

Кованки складної конфігурації виготовляють у багаторівча-кових штампах. У них заготовку послідовно деформують у кож­ному рівчаку, наближаючи її форму й розміри до форми й роз­мірів кованки.

Штампи бувають відкриті й закриті.

У площині рознімання відкритих штампів вздовж зовніш­нього контура робочої порожнини зроблено спеціальний рівчак, куди витісняється надлишковий метал заготовки 4 через вузь­ку щілину, утворюючи облой. Вузька щілина заважає виходові металу в рівчак і сприяє доброму заповненню робочої порожни­ни. Крім цього, облой зм'якшує удар між половинами штампа. Облой відокремлюють у спеціальних штампах. Відходи металу з облоєм в середньому становлять 20...25 % від маси кованки. Щоб полегшити виймання кованки зі штампа, її бічні поверх­ні повинні мати нахили під кутом 3, 7 або 10°. Для кращого заповнення порожнини штампа поверхні, що перетинаються, повинні мати радіуси заокруглень.

Отримати наскрізний отвір у штампі одразу не вдається. Тому спочатку роблять заглибини з обох боків кованки в напрямку удару, а потім в іншому штампі остаточно пробивають отвір. Припуски на подальшу обробку різанням призначають переваж­но в місцях спряження з іншими деталями. Заготовками для об'ємного штампування є порізані вальцівки круглого, квадрат­ного або прямокутного перерізу, а також зі спеціально виготов­леного періодичного профілю.

У закритих штампах відсутні рівчаки для облою. Тут об'єм заготовки повинен дорівнювати об'ємові робочої порожнини штампа, у зв'язку з чим ускладнюється виготовлення загото­вок, проте значно заощаджується метал й відпадає потреба в обрізних пресах і штампах для облою.

Розрізняють холодне й гаряче об'ємне штампування. Холодне штампування виконують не нагріваючи метал. Так виготовляють невеликі кованки, що характеризуються більш точними розмірами, якістю поверхні й деформаційним зміц­ненням.

Під час гарячого штампування завдяки нагріванню загото­вок витрачають менше енергії на деформацію. Отримані кован­ки мають менш точні розміри й гіршу якість поверхні, внаслі­док утворення окалини.

Об'ємним штампуванням виготовляють вироби зі сталей, кольорових металів та їх сплавів у великосерійному й масово­му виробництвах для автомобілів, тракторів, сільгоспмашин, вагонів, верстатів, літаків.

Переваги об'ємного штампування перед куванням:

— можливість виготовлення кованок складної конфігурації;

— значно вища продуктивність праці;

— істотне заощадження металу внаслідок зменшення при­пусків на механічну обробку;

— можлива нижча кваліфікація робітників.
Недоліки:

— обмежена маса кованок до кількохсот кілограмів і рідко до кількох тонн;

— висока вартість штампів.

⇐ Предыдущая891011121314151617Следующая ⇒

Поделиться: