Горячая объемная штамповка. оборудование, устройство и работа
2.1. Цель работы
Изучить технологический процесс горячей объемной штамповки (ГОШ) и ознакомиться с устройством и работой оборудования.
2.2.Общие сведения
Горячая объемная штамповка - вид обработки металлов давлением (ОМД), при котором формообразование поковки из нагретой заготовки осуществляется с помощью штампа. Полость штампа, которую заполняет металл при штамповке, называют ручьем. Масса штампованных поковок не превышает 300 кг. По конфигурации они бывают:
а) удлиненной формы;
б) круглые или квадратные в плане.
По способу изготовления поковок различают штамповку с облоем а) (в открытых штампах) и без облоя б) (в закрытых штампах), рис. 4.
Рис. 4. Виды облойной канавки при штамповке на молотах
Размеры облойной канавки (рис. 1 а) назначаются в зависимости от сложности поковки и её размеров в плане. Клиновая облойная канавка (рис. 1 б) позволяет снизить потери на облой в результате повышения сопротивления течению металла.
Для закрытой штамповки используются штампы двух видов:
- с цельной матрицей, для изготовления поковок типа
тел вращения, усилие распора в них воспринимается матрицей и не передается ползуну пресса;
- с разъемной матрицей, для легкого извлечения изполости штампа поковок, что позволяет значительно уменьшить штамповочные уклоны.
По количеству ручьев штамповку делят на одноручьевую (в штампе с одним ручьем) и многоручьевую (выполняемую последовательно в штампе, имеющем несколько ручьев). Ручьи бывают заготовительные (рис. 2,а - ж, к) и штамповочные (рис. 2, з, и).
Рис. 5. Ручьи молотовых штампов: а, к - протяжной; б - подкатной; в - пережимной; г - формовочный; д - гибочный; е - осадочный; ж - отрубной; з - предварительный (черновой); и – чистовой.
Основным оборудованием для выполнения различных операций ГОШ являются кривошипные горячештамповочные прессы, гидропрессы, горизонтально ковочные машины.
Кривошипные горячештамповочные прессы (КГГ1) выпускаются усилием от 6,3 до 63,0 МП, мощность устанавливаемых двигателей от 20 до 500 кВт, величина хода ползуна от 200 до 460 мм, число ходов ползуна от 90 до 40 мин"1. Применение этих прессов значительно улучшает условия труда рабочих в кузнечно-штамповочных цехах, снижается уровень шума, устраняется вибрация. Прессы относительно легко можно механизировать и автоматизировать, встроить в автоматические линии. Отсутствие ударов повышает стойкость штампов и позволяет изготавливать их рабочие элементы менее массивными, чем на молотах. Высокая жесткость их конструкции обеспечивает уменьшение энергетических затрат и надежность пресса при перегрузках (частых при работе с горячим металлом). Основные параметры горячештамповочных кривошипных прессов определяется по ГОСТ 6809 - 89.
В станине пресса имеются направляющие ползуна и располагаются подшипники валов (эксцентрикового и приводного). Основные базовые детали станины литые (или из стального толстолисто вого проката). Так как при горячей штамповке почти всегда имеет место эксцентричное нагруженное, ползун выполняют из высококачественной стальной отливки, с удлиненной верхней частью (для обеспечения надежного его направления в станине). Привод пресса (чаще) двухступенчатый: от электродвигателя через клиноременную передачу на маховик, установленный на промежуточном валу, с которым эксцентрированный вал связан зубчатой передачей. На рисунке 6 -приведена кинематическая схема (кривошипного) горячештамповочного пресса. От электродвигателя 7 через клиноременную передачу и шкив 6 вращение передается маховику 5, сидящему на приемном валу 8. С противоположной стороны этого вала закреплено зубчатое колесо 9, которое зацепляется с зубчатым колесом 12, свободно вращающимся па приводном валу 10. Передача крутящегося момента с вала 8 на кривошипный вал 10 может произойти лишь при помощи фрикционной муфты 11 с электропневматическим управлением.
Вал 10, вращаясь, через шатун 2 приводит в возвратнопоступательное движение ползун 1, в нижней части которого закреплена верхняя половина штампа. Нижняя половина крепится к подштамповой плите 14 стола 15 пресса 13.
Для останова вращения кривошипного вала в крайнем верхнем положении после совершения рабочего хода (или аварийного останова в любом положении) служит тормоз 3. Управление прессом происходит от кнопочной станции или ножной педали. Имеется тормоз маховика 4.
Готовые штамповки удаляются верхним или нижним выталкивателем. Верхний выталкиватель приводится в движение через рычажную систему от шатуна пресса. Нижний выталкиватель в зависимости от числа необходимых позиции выполняется одно-, двух- или многопозиционным. Нижние выталкиватели бывают с механическим и пневматическим приводом. Величину штамповой высоты регулируют всего в пределах 10-20 мм при помощи стола с клиновой регулировкой. Регулировка бывает ручной и с электродвигателем.
Рис. 6. Кинематическая схема кривошипного горячештамповочного пресса
Так как КГП - дорогое и высокоматериалоемкое оборудование, они оснащаются устройствами, обеспечивающими безопасность работы и дающими информацию о состоянии машины для прекращения работы на них при неисправности. Эта информация о состоянии машины располагается на пультах управления и контролирует наличие смазки, давление воздуха, нагрузку главного электродвигателя. Датчиками служат соответственно конечные выключатели, сблокированные с поплавком, тепловые реле и др.
Инструмент для штамповки - штампы, выполняемые сборными. Они состоят из пакета и набора вставок, в которых выполняют ручьи. Пакет, предназначенный для закрепления в нем двух призматических вставок (рис. 7), состоит из верхнего 6 и нижнего 9 башмаков (плит), связанных между собой двумя направляющими колонками 2. деталей 1 и 3 крепления вставок 7 и выталкивателей 5 и 10 для удаления поковок из ручьев. Направляющие колонки 2 в пакете обычно располагаются сзади (чтобы не мешать рабочему при штамповке). В верхнем башмаке имеются гнезда под запрессовку втулок и для 
монтажа уплотнителей, удерживающих смазку колонок.
Рис. 7. Штамп КГШП
При штамповке рабочая часть колонок защищена от попадания окалины щитками. Вставки 7 в пакете установлены па опорных плитках 4, закреплены клиновыми планками 1 и 3, а также прижимами 8. В каждом башмаке вмонтированы системы рычагов, перемещающихся выталкивателем. Пакет на столе пресса крепят болтами. Пакеты прессовых штампов рассчитаны на 1 - 4 вставки, (наиболее распространенный вариант - крепление в пакете трех вставок).
Гидравлические прессы работают на использовании закона Паскаля (давление, производимое на жидкость внешними силами, передается ею по всем направлениям без изменения).
Принципиальная схема гидропресса показана на рис.8. Она состоит из двух камер, снабженных поршнями (плунжерами) и соединенных трубопроводом.
Если к поршню 3 приложить силу P1, то под ним образуется давление, определяемое по формуле:
где f1 – площадь поршня.
Давление, передастся во все точки объема жидкости и, будучи направлено нормально к основанию поршня 1 большего диаметра, а следовательно, и площади шгока 2 и создаст силу Р2, которая определяется по формуле
P2 = p1∙f2 (2)
Подставив р из формулы 1 в формулу 2, полупим
P2 = P1∙ ( 
) (3)
Элементы показанной принципиальной схемы можно встретить на любом гидропрессе, при этом роль малого поршня выполняет поршень насоса, а большим является рабочий плунжер насоса.. Усилие, развиваемое гидропрессом, пропорционально f2и р, т.е может быть практически любым. Величина рабочего хода пресса может быть также очень большой (для этого нужно только поставить клапан в системе насос-пресс, который бы пропускал жидкость лишь в одном направлении (от малого поршня к большому). Скорость перемещения поршня гидропресса можно легко регулировать изменением количества жидкости, подаваемой насосом в единицу времени. Можно получить плавное или ступенчатое изменение усилия пресса, выдержку под давлением постоянной или переменной силы.
На рис. 9 представлена схема гидропресса. Рабочий цилиндр 2 пресса, в котором движется рабочий плунжер 3, закреплен в верхнем неподвижном поперечнике 4, соединенный при помощи колонны 5 с нижней неподвижной поперечиной 7, устанавливаемой на фундаменте.
Эти поперечины с колонками образуют станину пресса.
Рис. 9. Гидропресс
Рабочий плунжер 3 соединен с подвижной поперечиной 6, имеющей направление по колоннам и сообщает ей только одно движение (вниз). Для подъема подвижной поперечины б установлены возвратные цилиндры 8 с плунжерами 9. Для исключения утечек жидкости, находящейся под давлением, цилиндры снабжены уплотнителями. Рабочий цилиндр также имеет уплотнитель.
Главный параметр гидропресса - его номинальное усилие.
Гидравлические прессы для металла бывают:
а) ковочные для свободной ковки с рабочим усилием от 500 до 15000 кН.
б) штамповочные с поминальным усилием от 1000 до 75000 кН. Многообразие конструктивного исполнения гидропрессов определяется их различием технологического назначения. Наиболее распространены четырехколонные прессы с перемещением подвижных частей в вертикальном направлении.
В состав любой гидропрессовой установки входят:
а) пресс;
б) источник жидкости высокого давления (привод);
в) приемники для жидкости;
г) органы управления;
д) различные распределители;
е) клапаны и т.п.;
ж) трубопровод с соответствующей аппаратурой, соединяющей все укачанные элементы в единую систему.
В качестве привода пресса могут служить:
а) насосный безаккумуляторный привод;
б) насосный аккумуляторный привод;
в) мультипликаторный привод.
При насосном безаккумуляторном приводе гидросистема питается рабочей жидкостью от насосов. Привод индивидуален (для одного пресса). Насос всегда развивает такое давление, которое соответствует сопротивлению, оказываемому заготовкой. Поскольку сопротивление переменное, то и давление жидкости в насосе переменное. Скорость перемещения подвижной поперечены зависит от производительности насоса. Насосы и двигатели к прессам выбирают на Vmaxи Ртах пресса.
Мощность насосов не всегда используется полностью даже при рабочих ходах. Преимущество насосного безаккумуляторного привода - компактность.
При насосно-аккумуляторном приводе питание гидросистемы рабочей жидкостью осуществляется одновременно от насоса и аккумулятора (при рабочем ходе). Между насосом и прессом устанавливается дополнительная емкость (аккумулятор) в которой .аккумулируемся жидкость высокого давления. Аккумулятор может быстро отдать запас накопленной жидкости, а затем его возобновить. Этим он обеспечивает в нужный момент высокую скорость движения поперечены и необходимое усилие. Скорость подвижной поперечены не зависит от производительности насоса, а зависит лишь от сопротивления заготовки.
При мультипликаторном приводе питание пресса во время рабочего хода осуществляется мультипликатором, подающим рабочую жидкость Рвых в пресс порциями. Обычно мультипликатор состоит из двух цилиндров разного диаметра:: в большой цилиндр подается пар (воздух) иди жидкость от насосно-аккумуляторной системы или насоса. Из малого цилиндра жидкость более высокого давления поступает в рабочий цилиндр пресса.
В гидропрессовых установках в качестве рабочих жидкостей применяют воду или минеральное масло. В воду для уменьшения коррозии плунжеров, аппаратуры управления и трубопроводов добавляют от 2 до 3 % эмульсоса (от 83 до 87 % минерального масла, от 12 до 14 % олеиновой кислоты, 2,5 % NaOH40 %-ой концентрации). Используются, минеральные масла: индустриальное, машинное, турбинное и т.п.
Горизонтально-ковочные машины (Г’КМ) предназначены для горячей штамповки заготовок в многоручьевых штампах. На них получают: полуоси грузовых и легковых автомобилей, зубчатые колеса, кольца шарико- и роликоподшипников, клапаны и т.п.
Штамповка ведется непосредственно из прутка или из штучных заготовок. На них можно производить высадку, глубокую или сквозную прошивку, гибку, отрезку заготовок из прутка и др.
Наличие разъемных матриц позволяет получать поковки без штамповочных уклонов, заусенцев, с ответвлениями. Исходный материал для ГКМ - прокат повышенной точности. Машины незаменимы (из-за простоты конструкции и обслуживания) в серийном и крупносерийном производствах. На них возможно осуществление многопереходной (4-6 переходов) штамповки. Номинальное усилие машин от 500 до 3150 кН, ход ползуна от 700 мм, число ходов (соответственно) от 95 до 21 мин'1. Основные параметры по ГОСТ 7023-70.
ГКМ предназначены для выполнения следующих технологических операций:
а) высадки (образование утолщения на конце заготовки),
б) прошивки (образование несквозной полости в поковке),
в) просечки (получение сквозного отверстия в поковке),
г) отрезки (отделения части заготовки),
д) гибки (придания заготовке определенной кривизны),
е) выдавливания (получения изделия в форме стакана).
Широкое распространение ГКМ объясняется следующими
их достоинствами:
а) высокой производительностью, достигающей при изготовлении мелких и средних изделий 12000 т/см;
б) экономным расходованием металла (высокая точность, малые припуски, штамповочные уклоны; почти полное отсутствие заусенцев; минимальная мехобработка; отходы не болей 10 % против 25-30 % при изготовлении тех же изделии на молотах;
в) широкими технологическими возможностями.
Основные технологические операции осуществляются наГКМ с помощью кривошипного механизма; вспомогательные движения - подача материала, зажим его и т.д. - с помощью механизмов рычажно-кулачного типа. Типичная кинематическая схема ГКМ и схема штамповки на ГКМ дана на рис. 10 и 11.
От электродвигателя 1 движение передается клиноременной передачей 2 на маховик 3, который через
фрикционную муфту включения 4 передает вращение на приводной вал 5 и зачем через пару зубчатых колес 6 на кривошипный вал 8. Последний с шатуном 9 обеспечивает возвратно-поступательное движение главного ползуна 10, на котором укреплены пуансоны II. Упор 12 при сомкнутых матрицах отводится в сторону главным ползуном, Возвратно - поступательное движение зажимного ползуна 15 осуществляется от кривошипного вала 8. Кулачковые механизмы зажима 18 и разжима 17, а так же ролики 19 и 20 передают движение на боковой ползун 21. Оси роликов закреплены на ползуне. Боковой ползун получает возвратнопоступательное движение, которое через систему рычагов 16 передается назажимной ползун 15, несущий подвижную матрицу. При включении подвижная матрица 14 периодически смыкается и размыкается с подвижной матрицей 13. Для остановки машины выводят из сцепления муфту 4 и включают тормоз 7. Электродвигатель в это время вращает маховик 3, накапливающий кинетическую энергию для очередного рабочего хода. Для подачи заготовки на нужную длину служит ограничитель подачи (передний упор) 12, положение которого может меняться в зависимости от требований технологии. Во время подачи заготовки передний упор 12 находится между высадочным ползуном и матрицами механизма зажима заготовки. В начале рабочего хода он автоматически отводится в сторону, а после его окончания снопа устанавливается между ползуном и матрицами.
Тяжелые ГКМ оборудуются специальными гидропневматическими столами, облегчающими подачу заготовки. Для повышения стойкости штампов ГКМ применяют специальную систему охлаждения (водяным распределением).
Штамп (рис. 11) имеет три части: неподвижную матрицу 2 в гнезде станины 3, подвижную матрицу 6 в подвижной щеке 7 и пуансоны 5, закрепленные в главном ползуне машины. Штампуемый пруток 1 подается до упора 4 и зажимается матрицами. Штамп имеет разъем по двум взаимно перпендикулярным плоскостям, благодаря чему напуски на поковках и штамповочные уклоны малы или отсутствуют. При движении пуансона навстречу матрицам форма поковки получается благодаря заполнению металлом полости сомкнутых матриц. При обратном ходе машины пуансон и подвижная матрица возвращается в исходное положение, и поковку извлекают из ручья. Штамповка на ГКМ осуществляется обычно за несколько переходов в ручьях, оси которых расположены одна на другой. Каждому переходу соответствует один рабочий ход машины.
Управление прессом осуществляется с помощью электропневматической системы(при нажатии ногою на педаль электромагниты открывают клапаны пневмосистемы и сжатый воздух заставляет срабатывать тормоз и включает муфту). В работе клапаны управляются конечным выключателем, срабатываемым от коленвала. Машина может работать в режиме одиночных и непрерывных (автоматических) ходов.
Рис. 11. Инструмент и схема штамповки на ГКМ
2.3. Порядок выполнения работы
1. Изучить данные методические указания и рекомендуемую литературу.
2. Ознакомиться с технологической документацией на проведение операций штамповки, выдавливания
3. Ознакомиться с устройством, работой, технико-экономическими показателями оборудования ГОШ, используемого на предприятии.
4. Наблюдать технический процесс ГОШ: разделку прокат на мерные заготовки, нагрев, штамповку, обрезку облоя, термообработку, очистку от окалины, правку, калибровку.
5. Рассчитать температуру нагрева для алюминиевых и медных сплавов.
2.4.Содержание и оформление отчета о работе
1.Расчет температуры ОМД для сплавов заданных составов.
2.Краткое описание технологического процесса штамповки и выдавливания для алюминиевых и медных сплавов.
3.Перечень и краткое содержание использованной производственной документации
4.Описание, схемы устройства и действие применяемого оборудования.
2.5.Контрольные вопросы
1. Что такое ГОШ?
2.Виды штампов. Что такое штамповка с облоем?
3.Виды ручьев.
4.Опишите кинематическую схему ГКГГ
5.Устройство и работа гидропресса.
6.Какие операции можно выполнить на ГКМ?
7.Опишите кинематическую схему ГКМ.
БИЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1.Фетисов, Г.П. Материаловедение и технология металлов[Текст] / Г.П. Фетисов, М.Т. Карпман, В.М. Матюхин. - М.: Высш. шк., 2000. - 638 с.
2.Кузьмин, Б.А. Технология металлов и конструкционные материалы[Текст] / Б.А. Кузьмин, Ю.Е. Абраменко, М. Л. Кудрявцев и др.; под общ.ред. Б.А.Кузьмина. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1989. - 496с.
СОДЕРЖАНИЕ
Введение
1. Лабораторная работа №1 2
1.1. Цель работы 2
1.2. Общие сведения 2
1.3. Порядок выполнения работы 9
1.4. Содержание и оформление отчёта о работе 10
1.5. Контрольные вопросы 10
2. Лабораторная работа №2 . 11
2.1. Цель работы 11
2.2. Общие сведения ' 11
2.3. Порядок выполнения работы 25
2.4. Содержание и оформление отчёта о работе 26
2.5. Контрольные вопросы 26
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 27
КОВКА. ГОРЯЧАЯ ОБЪЕМНАЯ ШТАМПОВКА
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
выполнению лабораторных работ № 1 – 2
по дисциплине
«Металлургические технологии»
для студентов направления 150400.62 «Металлургия»,
профиля «Технология литейных процессов»
очной формы обучения
Составитель
Сушко Татьяна Ивановна
В авторской редакции
Компьютерный набор
И.В. Псарёва
Подписано к изданию 30.10.2014.
Уч.-изд. л.1,8.
ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный
технический университет»
394026 Воронеж, Московский просп., 14