Температурный интервал объемной горячей штамповки зависит в основном от химического состава металла и от других свойств, определяемых этим составом. Температурный интервал обусловливается комплексом испытаний.

Для определения оптимального температурного интервала рассматривают изменение механических характеристик в зависимости от температуры. Реальный металл представляет собой скопление зерен - кристаллов разнообразных размеров, форм и направлений кристаллографических осей. Подобное строение называется поликристаллическим. Металлы и сплавы в нормальных условиях имеют кристаллическое строение. Горячая деформация поликристалла происходит в том случае, когда металл получает полностью или частично рекристаллизованную структуру. Рекристаллизация снимает упрочнение и исключает искажение форм зерен

Однако при температурах, близких к пережогу, наблюдается большой рост зерна и образование крупнозернистого строения металла - перегрев металла. Из крупнозернистого строения всегда можно получить мелкозернистое. Это приводит к крупнозернистому менее качественному строению металла поковки. Поэтому необходимо устанавливать верхнюю границу температурного интервала штамповки ниже температуры, при которой интенсивно растет зерно.

При температурах выше 1470°С и вблизи температуры плавления находится зона хрупкости металла - зона пережога. При пережоге кислород диффундирует внутрь металла, и окисляет границы зерен, которые при этом оплавляются, так как окислы железа имеют меньшую температуру плавления, чем сам металл. Штамповка при пережоге не возможна. Таким образом, верхняя граница температурного интервала не должна находиться ниже зоны пережога.

При температурах 750-800°C сопротивление деформированию остаётся относительно постоянным, а пластичность уменьшается. Это объясняется фазовыми превращениями, происходящими в металле. Наиболее пластичной структурой является структура аустенита. При наличии двухфазной структуры пластичность снижается. Низкоуглеродистые и углеродистые стали при температурах 1100-1200°С имеют чисто аустенитную структуру. Исходя из однофазности структуры и повышенной пластичности, температуру 1200°С можно принять за верхний предел температурного интервала деформации для углеродистых сталей. У высокоуглеродистой стали при 1100°С структура двухфазная: аустенит и цементит, последний образует хрупкую сетку по границам зерен. Для пластичности стали цементитную сетку надо раздробить с тем, чтобы цементит образовал отдельные зёрна в металле поковки. При этом твёрдость и прочность металлов останутся высокими.

Верхний предел температур деформации, для высокоуглеродистой стали, целесообразно принять за 1100°С, а давление должно производится осторожно с учетом того, что пластичность снижена из-за наличия двухфазной структуры.

Нижний предел температур деформации должен находиться выше температур фазовых превращений. При установлении нижнего предела температур штамповки необходимо учитывать массу поковки, наличие или отсутствие последующей термообработки, способ охлаждения и т.д. Так при большой массе поковки и высокой температуре окончания процесса штамповки, поковка остывает медленно, и размельченное деформацией может вновь, вырасти. При малой массе поковки, до 100 кг, температура конца штамповки может быть более высокой, но из-за быстрого охлаждения, зерно не успевает вырасти и остается измельченным.

Штамповка сталей при температурах ниже 723°С приводит к упрочнению. У некоторых металлов и сплавов нет фазовых превращений. В этом случае нижний предел температур определяется именно упрочнением.

Данные о температурном интервале штамповки можно найти в соответствующих справочниках. В цехах горячей объёмной штамповки применяют полуметодические печи и печи с вращающимся подом, представляющие собой разновидность полуметодических печей. Кроме пламенных печей, для нагрева небольших заготовок из черных и цветных металлов и сплавов применяют электропечи сопротивления. При нагреве в этих печах угар значительно меньше, чем в пламенных. Температура в электропечах поддерживается автоматически в соответствии с заданным режимом.

В электронагревательных устройствах теплота выделяется непосредственно в заготовке. Широкое распространение в промышленности нашли установки для индукционного нагрева и контактного нагрева сопротивлением. В электронагревательных устройствах скорость нагрева заготовок в 8-10 раз больше, а угар металла в 4-5 раз меньше, чем при печном нагреве. Практическое отсутствие окалины на заготовке уменьшает износ штампов и позволяет штамповать точные поковки. Эти установки в ряде случаев наиболее выгодно применять для нагрева заготовок под горячую объемную штамповку. Электронагрев улучшает санитарно - гигиенические условия труда благодаря отсутствию излучения и газообразования.

Установка для индукционного нагрева имеет индуктор в виде витков медной трубки, по которой циркулирует вода для охлаждения и генератор для получения токов высокой или промышленной частоты. При пропускании переменного тока через индуктор вокруг его витков возникает переменное поле индукции. При установке в индуктор заготовки, в последней, возбуждаются вихревые токи разогревающие ее.

Форма и размеры заготовок влияют на нагрев: чем меньше длина, тем быстрее нагрев. При длине заготовки большей трем диаметрам заготовки на скорость нагрева дальнейшее изменение длины не влияет.

Чем больше нагреваемая поверхность заготовки, тем больше теплоты перейдет в заготовку и тем быстрее протекает нагрев. Чем больше размеры заготовки, тем больше время нагрева вследствие того, что площадь поверхности, приходящаяся на единицу объёма нагреваемой заготовки, будет меньше. Теплопроводность, теплоемкость и плотность заготовки влияют на нагрев. Чем больше теплопроводность, тем быстрее отводится теплота с поверхности и передается внутрь заготовки. Чем меньше теплопроводность, тем больше температурный градиент в различных сечениях заготовки. Чем больше теплоемкость, тем больше времени нагрева. Теплоемкость в зависимости от температуры изменяется незначительно.

Чем больше плотность заготовки, тем больше требуется теплоты для нагрева единицы объема. При нагреве возникают термические структуры напряжения, которые могут разрушить металл. Если металл достаточно пластичен, то в местах наибольших термических напряжений происходит пластическая деформация без его разрушения.

Чем выше пластичность металла, тем больше скорость нагрева. Пластичные металлы и сплавы можно нагревать быстро даже при низкой теплопроводности и большого температурного градиента. Пластичность стали увеличивается по мере нагрева при температурах свыше 600 - 700°С ее можно нагревать с большой скоростью.

После нагрева следуют процессы объемной горячей штамповки (штамповка на горизонтально-ковочных машинах, ротационные способы изготовления поковок, штамповка жидкого металла).

4.1 Отделочные операции после объемной горячей штамповки

При горячей штамповке в отработанных штампах образуется радиальный заусенец, который обрезают на специальных обрезных прессах. Обрезной штамп состоит из трех основных частей: обрезной матрицы, обрезного пуансона и нижней плиты. Кроме того, штамп может быть снабжен съемником, пуансонодержателем в матрицу и движением пуансона проталкивают через нее. При этом срезают заусенец, здесь режущим элементом является матрица, а падающим - пуансон. Заусенец обрезают в горячую и в холодную. Поковки большой и средней масс, штампуют на молотах с массой падающих частей больше одной тонны, имеют относительно толстый заусенец, который целесообразно обрезать в горячем состоянии, непосредственно после штамповки. Тонкие заусенцы мелких поковок легко обрезать в холодном состоянии.

Если в поковках есть сквозные отверстия, то при штамповке выполняют наметки и оставляют пленку. Эту пленку прошивают после штамповки аналогично тому, как обрезают заусенец (на тех же обрезных прессах). Толщина пленки значительно больше толщены заусенца, поэтому прошивают обычно в горячем состоянии.

Для обрезания заусенец и прошивки отверстий в поковках, применяют кривошипные обрезные прессы для особо крупных поковок - гидравлические прессы усилием более 1600 тс. Они представляют представляют собой вертикальные однокривошипные двухстоечные прессы.

Производительность на обрезном прессе должна соответствовать производительности штамповки на основной штамповочной машине.

Калибровка поковок, есть разновидность обработки давлением, при которой за счет небольшого обжатия отдельных участков или всей поковки повышают точность ее размеров. При калибровке улучшаются качество поковки и точность поковок по массе. Калибровка в отдельных случаях может заменить обработку резаньем.

Правкой поковок называют разновидность обработки металлов давлением, с помощью которой исправляют искривления поковок. Правят в горячем и холодном состояниях. Чаще используют холодную правку.

Горячую правку сложных поковок или поковок, имеющих отверстие, выполняют на специальных правочных штампах. Правочный штамп одноручьевой.

Холодная правка - производительный и экономичный процесс, поэтому, где возможна холодная правка, надо избегать горячей. Холодную правку проводят после термообработки и очистки поковок от окалины. В холодную правят в основном сложные поковки небольших и средних масс.

Крупногабаритные удлиненные поковки правят гибкой на подкладках обычно на гидравлических, одностоичных прессах. Конструкции правочных штампов различны. Фрикционные молоты с доской являются основным оборудованием для холодной правки. После штамповки на поверхностях стальных поковок остается окалина, которая затрудняет последующую обработку резанием и ухудшает их качество. Поковки очищают от окалины после обрезки заусенца, прошивки отверстий и термообработки. Существует несколько способов очистки: травлением, галтовка и дробометная очистка. Травление состоит в окунании поковок в раствор определенного состава на 15 минут. Таким способом очищают от окалины крупногабаритные поковки сложных форм.

Галтовкой очищают от окалины поковки небольших и средних масс простых форм типа валиков или шестерен без отверстий. В барабан, вращающийся вокруг своей горизонтальной оси, загружают поковки одновременно с шарами и чугунными звездочками. При вращении поковки, шары и звездочки ударяются друг о друга и окалина отскакивает.

Дробометной очисткой очищают окалины мелко - и среднегабаритные поковки сложных форм. Очистка состоит в нагнетании с большой скоростью из сопла чугунной дроби на очищаемые поверхности поковок. При ударе дроби о поверхность поковки окалина сбивается [2].

4.2 Смазочные материалы для штампов

Для холодной объемной штамповки и высадки стальных деталей на автоматах наиболее эффективно и часто применяют фосфатирование с последующим омыливанием. Однако фосфатирование имеет ряд недостатков (сложность и токсичность процессов, загрязнение полостей штампа, невозможность фосфатирования заготовок из лигированных сталей и сплавов и т.д.), следовательно, следует использовать жидкие технологические смазки.

При горячей штамповке смазка штампов должна снижать трение и, кроме того, быть бездымной, не терять смазочных свойств при разогреве штампа, гарантировать высокую чистоту поверхности поковок, предотвращать налипание металла на инструмент и обеспечивать его высокую стойкость. Качество смазки оценивается с учетом "кроющей" способности, негорючести, недефицитности, невысокой стоимости, простоты нанесения и т.п.

Под эффективностью смазки обычно подразумевается уменьшение работы деформации при изготовлении поковок, а также возможность применения меньших штамповочных уклонов и уменьшение износа штампов. Однако применение смазки может обеспечить также уменьшение угара металла, в частности, если смазку наносят непосредственно на заготовку. Смазку можно использовать и как теплоизолятор, предотвращающий вредный чрезмерный разогрев штампов. При пульверизационной подаче смазки одновременно возможно удаление из ручья окалины (вместо обдувки штампа).

В табл.1 приведены составы смазок, применяемые в кузнечно-штамповочных цехах. Мазут и древесные опилки не рекомендуются вследствие выделения ими при сгорании большого количества дыма, в этом отношении хорошо себя зарекомендовали солевые смазки.

Водную суспензию графита применяют для покрытия обезжиренных поверхностей штампов, нагретых до 100-150°С. Вода быстро испаряется и на поверхности штампа остается плотный и равномерный слой мелкодисперсного графита, который после полирования надолго остается в ручье. Через 1-2 ч работы его возобновляют. В ряде случаев стойкость штампов при этой смазке удваивается. Получила распространение также суспензия (или коллоид) графита на масляной основе. Графит применяется и в смазках на основе эмульсолов. Чистота графита должна быть высокой - 99,9%; размер его частиц - не более нескольких микронов, но лучше, если они составляют доли микрона. От измельчения графита зависят его адсорбционные свойства, что определяет кроющую способность и прочность графитового слоя на поверхности штампа. Чем слой тоньше, тем эффективнее используется смазка. Рекомендуется наносить смазки малыми дозами и регулярно; обильная единовременная смазка штампов нецелесообразна.

К мероприятиям по уходу за штампами относится также своевременное (лучше непрерывное) удаление окалины из полостей штампа. Зачистка и другие виды текущего ремонта необходимы и способствуют увеличению работоспособности штампа. Оплывание (деформация) знаков, ребер, кромок, кроме зачистки, устраняют пластической деформацией ударами пневматическим и обычным молотком. Стойкость элементов штампа, восстановленных таким образом, иногда даже возрастает.

Табл. 1. Смазки, применяемые при горячей штамповке

Смазка	Состав смазки	Способ нанесения	Примечание
1	2	3	4
Мазутная	Мазут малосернистый марок 20, 40, 60, 80, 100; высокосернистый марок 20, 40-100%	Вручную помазком	Для сложных и ребристых поковок. Не рекомендуется по гигиеническим условиям
	Мазут 97% -4-графит 3%		Для очень сложных поковок. Не рекомендуется по гигиеническим условиям
Древесная	Древесные опилки	Вручную	Для крупных поковок. Не рекомендуется по гигиеническим условиям
Коллоидальный раствор графита в воде (аквадаг)	Коллоидальный графит 1 ч. +вода (15-30) ч.	Механическим распылением	Гигиенична. Хорошо охлаждает фигуру штампа. Сокращает появление разгарных трещин
	Коллоидальный графит 10% + жидкое стекло (15-20) %+вода (или эмульсия 3-5%) остальное
Коллоидальный раствор графита в минеральных маслах	Масло (15-30) ч. + коллоидальный графит 1 ч.		Выделяет большое количество газов. Хорошо охлаждает фигуру штампа. Уменьшает склонность к разгарным трещинам
	Масло "Вапор-Т" (ГОСТ 6411-52) 5 0-55% + графит 50-45%	Помазком вручную или специальным приспособлением	Выделяет большое количество газон. Уменьшает истираемость полости штампа
Эмульсионные	25% -ный эмульсол (88-85% трансформаторного масла + 9,5ч10,5% олеиновой кислоты 3,6ч6,5% трианоламина)	Механическим распылением	Для поковок средней сложности. Большое газообразование. Повышенные стоимость и расход
	25% -ный эмульсол - 97% + графит (серебристый) 3%		Требует непрерывного перемешивания (быстро оседает графит)
	5% -ная эмульсия - 98% + 2% графита (серебристый)		Для поковок средней сложности. Проста в приготовлении, отличается низкой стоимостью
Солевые (расположены в порядке повышения смазывающего воздействия на штамп)	15% NaCl-+85% воды 15% NaCl+5% NaNО3+-80%воды 70% CaCl+30% NaCl насыщенный раствор 75% CaCl+25% KCl насыщенный раствор 70% NaCl+30% BCl насыщенный раствор	Механическим распылением	Хорошо охлаждает фигуру штампа, гигиенична
Литиевая	60% LiCO3+40% LiCI при t=1100+ 1150° С	Механическим распылением в печи при б =0.9	Наносится на заготовку при температуре штамповки до 1000°С, при 1000°С покрытие испаряется
На основе стекла	1 ч. горячей воды + 1 ч. сульфитноцеллюлозный щелок+1.5 ч. стеклопорошка (10С или 31С)	Обмазка холодной заготовки	На бойки не налипает, обеспечивает безокислительный нагрев

Разделительный материал для объемной штамповки (Berulit 740/88)

Продукт представляет собой дисперсию графитовых частиц на базе минерального масла. Обладает отличными разделяющими и смазывающими свойствами. Широко используется для процессов выдавливания и горячей формовки, полугорячей ковке стали, цветных металлов и их сплавов. Можно разбавлять минеральным маслом до получения необходимой вязкости.

Свойства:

Высокий разделительный эффект - Отисная стабильность - Не содержит вредных веществ

Смазочный материал для объемной штамповки (Berulit 906)

Используется для обработки нелистового материала давлением. Способствует хорошим разделительному и смазывающему эффекту.

Очень хорошо подходит для обработки давлением цветных металлов. Широко применяется при изготовлении электроконтактных систем.

Свойства:

Пригоден для температуры инструмента от +120°C до +350°C.

Высокая защита инструмента от износа - Хороший разделительный эффект

Также существую смазочные материалы для полугорячей формовки (Berulit 935), для операций холодной штамповки (Beruforge 100), синтетический смазочный материал для объемной штамповки (Beruforge 393 C). Они отличаются температурным диапазоном применения смазочного средства, наличие или отсутствие графитовых включений, надёжностью, стойкостью в различных условиях применения.

4.3 Схема процесса штамповки на горизонтальноковочной машине

Схема представлена на (рис. 14). Нагретый до температуры горячей деформирования пруток 4 закладывают в неподвижную матрицу 3 (рис. 6, а и 6, б). Положение конца нагретого прутка определяется упором 2.

После включения машины на рабочий ход ползуны машины начинают движение. Подвижная щека вместе с подвижной матрицей 5 подходит к неподвижной матрице 3 до соприкосновения пуансона 1 с выступающим торцом прутка и зажимает пруток. На пути движения пуансона 1 находится упор 2, сблокированный с главным ползуном, к которому прикреплен пуансон 1. При подходе пуансона 1 упор 2 автоматически отходит.

При дальнейшем движении ползуна пуансоном 1 происходит высадка прутка, выступающего за пределы зажимной части матрицы, при этом металл заполнит полость матрицы (рис. 6, в).

Достигнув крайнего переднего сложения, ползун двигается в обратном направлении, а пуансон из полости матриц выходит на некоторое расстояние, после чего матрицы раскрываются, а высаженную поковку вынимают или она выпадает из матрицы, после чего пуансон и матрица принимают исходное положение (рис. 6, г). В дальнейшем, смотря по технологическому процессу, можно использовать другую заготовку, повторить на ней ту же операцию или же произвести следующий переход в другом ручье. Каждый переход осуществляется за один рабочий ход. Формующая полость может быть одновременно в матрице и в пуансоне (рис. 6, в) [6].

Рис. 14. Схема высадки на горизонтальноковочной машине: 1 - пуансон, 2-упор, 3 - неподвижная матрица, 4 - пруток, 5 - подвижная матрица. А - закладывание прутка в неподвижную матрицу. Б - подвижная матрица зажимает пруток. В - заполнение металлом всей полости матрицы. Г - раскрывание матрицы.

5. Материалы и изделия

Материал выбирается конструктором с учетом будущего использования поковки. В частности, необходимо знать условия эксплуатации. Например, на деталь может оказывать воздействие агрессивная среда, возможны статические и динамические нагрузки, деталь может подвергаться постоянному трению и т.д. Обязательно нужно учитывать стоимость материала и его тип, например, для стали лучше выбирать марки с пониженным содержанием углерода, поскольку она стоит гораздо меньше, и вдобавок будет обладать прекрасными ковкими качествами. Разумеется, материал выбирается, прежде всего, по назначению будущей детали. Поковки могут производиться из конструкционных углеродистых сталей (ГОСТ 380-94 "Сталь углеродистая обыкновенного качества", ГОСТ 1050-88 "Прокат сортовой, калиброванный, со специальной отделкой поверхности из углеродистой качественной конструкционной стал", легированных конструкционных сталей (ГОСТ 4543_71 "Прокат из легированной конструкционной стали"), высоколегированных, жаростойких и коррозионно-стойких сплавов (ГОСТ 5632-72 "Стали высоколегированные и сплавы коррозионностойкие, жаростойкие и жаропрочные"), а также деформируемых цветных сплавов (медные, алюминиевые и титановые). Если же для улучшения физических свойств деталь будет подвергаться термической обработке, то в металле изначально должно содержаться большее количество легирующих элементов.

Чем ниже пластичность материала, тем сложнее получить качественную поковку и тем сложнее технологический процесс. Так, при изготовлении поковок из труднодеформируемых сплавов с пониженной пластичностью предпочтение следует отдавать способам, обеспечивающим схему нагружения, близкую к трехосному неравномерному сжатию (штамповку в закрытых штампах, выдавливанием и т.п.). Сопротивление металла деформированию также является важным фактором, который обусловливает нагрузки, возникающие на инструменте. Поэтому при деформировании прочных материалов следует выбирать схемы штамповки с меньшими силами деформирования.

Сказанное выше следует учитывать при выборе того или иного способа холодной объемной штамповки, при которой особенно жесткие требования предъявляют к технологической пластичности и сопротивлению деформированию штампуемых материалов. Особенностью этих процессов являются очень высокие давления пластического течения металла, достигающие пяти-шести пределов текучести (для алюминиевых сплавов - до 1200 МПа и до 3000 МПа - для сталей) и низкая пластичность в холодном состоянии. Поэтому для ХОШ применяют материалы, имеющие показатель пластичности не менее 20 - 30 % и напряжение текучести у_ф < 600 МПа, при этом следует также учитывать масштабный фактор (массу поковки) и схему деформирования.

При объемной штамповке чаще всего используют заготовки из низко - и среднеуглеродистых сталей, некоторых низколегированных сталей, пластичных (предназначенных для обработки давлением) алюминиевых и медных сплавов.

Стали конструкционные углеродистые (ГОСТ 380-94, ГОСТ 1050-88): 3, 10, 20, 35, 40, 45 и др.

Стали конструкционные низколегированные и легированные (ГОСТ 19281-89, ГОСТ 4543-71): 09Г2С, 16ГС, 15ХМ, 50Г, 35ХМ, 40Х, 40ХН, 40ХН2МА, 38ХН3МА, 38ХН3МФА, 38Х2Н2МА и др.

Стали конструкционные теплоустойчивые (ГОСТ 20072-74): 12Х1МФ, 25Х1МФ

Стали конструкционные рессорно-пружинные (ГОСТ 14959-79): 65Г, 60С2А

Стали инструментальные (ГОСТ 1435-74, ГОСТ 5950-2000): У7, У8А, ХВГ, 5ХНМ, 4Х5МФС, 6ХВ2С, 5ХНВС и др.

Стали и сплавы коррозионностойкие, жаростойкие, жаропрочные (ГОСТ 5632-72): 08Х18Н10Т, 12Х18Н10Т, 10Х17Н13М2Т, 07Х16Н4Б, 03Х17Н14М3, 20Х13, 30Х13, 40Х13, 14Х17Н2, и др.

Цветные сплавы на основе меди, алюминия или титана: М1, М2, М3, БрАЖ9-4, БрАЖМц10-3-1,5, БрАЖН10-4-4, ЛС59-1, Л63, АВ, АК4, Амг6, Д16, ПТ-3В, ВТ и др.

5.1 Конструкции поковок

Конструкции поковок, штампуемых на горизонтальноковочных машинах, весьма разнообразны, однако наиболее удобными для штамповки являются поковки, имеющие форму простых или усложненных выступами или впадинами тел вращения (рис.15). Изготовление таких деталей на ГКМ рентабельнее, чем на молоте.

Рис. 15. Типовые поковки для штамповки на ГКМ.

Рис. 16. Поковки: а - штампуемые в открытых штампах; б - в закрытых штампах.

Основной операцией при изготовлении поковок на этой машине является высадка, часто сопровождающаяся прошивкой, но возможны и др.

При конструировании поковок, изготовляемых на ГКМ, необходимо соблюдать следующие правила:

Предусматривать штамповочные уклоны: а - на цилиндрических участках поковки (рис. 17, а), высаживаемых в полости, длиной более половины диаметра не менее 0,5° на сторону; б - на буртиках (рис. 17, б), формуемых в глубоких круговых впадинах матриц - 0,5-1,5° на сторону; в - глубокие несквозные полости, прошиваемые пуансоном, когда металл необходимо направить на образование буртика, стенки должны иметь уклон 0,5-3°, (рис. 17, в). Переходы с одной поверхности на другую выполняются по радиусам величиной не менее 1,5-2 мм. Толщина стенок деталей со сквозными отверстиями или глубокими полостями принимается не меньше 0,15 наружного-диаметра (рис. 17, г). При получении полостей в поковках необходимо избегать сужения их в продольном направлении для обеспечения свободного течения металла навстречу пуансону (рис. 17, д).

Избегать конической формы выемок (рис. 17, е) и хвостовиков.

Рис. 17. Конфигурации поковок, которые должны быть учтены при их изготовлении на горизонтально-ковочных машинах.

Диаметр исходного прутка зависит от конфигурации поковки. Учитывая, что операция вытяжки на ГКМ не производится, следует площадь поперечного сечения прутка брать не более минимальной площади поперечного сечения поковки.

5.2 Геометрическая точность поковок

Допускаемые отклонения от номинальных размеров поковки соответствуют припускам, поэтому также являются увеличенными.

Кузнечные напуски имеют максимальные значения. Ввиду ударного характера работы молота в конструкции штампа нельзя использовать выталкиватели, поэтому для извлечения поковки из ручья штампа на вертикальных поверхностях поковок оформляются значительные штамповочные уклоны: наружные до 7°, внутренние до 10°. Радиусы закругления назначаются для облегчения течения металла, повышения стойкости штампа, обеспечения расположения волокон [8].

6. Патентное исследование

Номер, страна	Название	Авторы, дата публикации	Реферат
1	2	3	4
2000162 (RU)	Штамп для выдавливания изделий с полостью	Весницкий А. В.07.09.1993	Сущность изобретения: в штампе для выдавливания изделий с полостью, содержащем рабочий пуансон, матрицу, сменные толкатели, выталкиватель, элементы обжатия заготовки выполнены в виде полого пуансона с заостренным рабочим торцом и установленного концентрично рабочему пуансону, а также размещенный на донной части матрицы вставки с осевым отверстием. Сменные толкатели установлены на пуансонах с возможностью воздействия на них в заданной последовательности. Штамп снабжен дополнительными толкателями, рабочий пуансон выполнен с калибрующими поясками, вставка с осевым отверстием установлены с возможностью осевого перемещения относительно матрицы, при этом последняя снабжена подпружиненными упорами, размещенными в плоскости, перпендикулярной вертикальной оси симметрии штампа. В полом пуансоне выполнены радиально расположенные пазы под указанные упоры и сквозные отверстия под дополнительные толкатели, причем один из них установлен на выталкивателе.
2184635 (RU)	Штамп для объемной штамповки	Декун И. И.10.07.2002	1. Штамп для объемной штамповки, содержащий пуансон, силовую обойму, в которой размещена секционная матрица, выталкиватель с плитой, отличающийся тем, что на внутренней поверхности силовой обоймы выполнены Т-образные направляющие, а на каждой секции матрицы выполнен паз для возвратно-поступательного перемещения секций по направляющим обоймы, кроме того, штамп снабжен вертикальными прижимными штангами, закрепленными в верхней половине штампа, для удержания секций матрицы в сомкнутом положении при деформировании заготовки. 2. Штамп по п.1, отличающийся тем, что матрица состоит из четырех секций.
1831405 (RU)	Способ горячей совмещенной штамповки круглых в плане поковок с отверстиями	Ярцев А.Г., Барков Л.А., Щербаков А. Г. 30.07.1993	Сущность изобретения: способ включает нагрев исходной заготовки, осадку, формовку сдвоенных, помещенных одна внутри другой поковок, обрезку облоя у внешней поковки и вырубку внутренней поковки, пробивку отверстия у внутренней поковки. После осадки ведут предварительную формовку сдвоенных поковок, окончательно формируя внешнюю поковку и получая цилиндрической формы полуфабрикат внутренней поковки заданного объема с Н 0,1-2,5, где соотношением размеров Н - размер полуфабриката по высоте; d - внутренний диаметр внешней поковки. При этом окончательную формовку внутренней поковки осуществляют в дополнительном ручье штампа одновременно с предварительной осадкой последующей исходной заготовки.
1820880 (RU)	Штамп для закрытой объемной штамповки деталей	В.И. Матяж А.В. Матяж 07.06.1993	Сущность изобретения: штамп состоит из подвижной плиты с колонками и пуансоном, закреплённым гайкой и опорой. Колонки перемещаются по втулкам, установленным в нижней плите. В нижней плите закреплена матрица с помощью болтов. Матрицу горизонтальной плоскости можно перемещать с помощью винтов и стоек. Штамп снабжён выталкивателем. Съемник закреплен на нижней плите с помощью стоек, пружины; втулки, гайки. На съемнике закреплен формующий пуансон, установлен домкрат.
1801052 (RU)	Штамп для закрытой штамповки	Н.И. Осипов. 07.03.1993	Сущность изобретения: устройство содержит пуансон и матрицу. Прилегающая к рабочему торцу боковая поверхность пуансона выполнена конической. Матрица состоит из корпуса и формообразующей вставки из износостойкого материала. На конической поверхности пуансона установлено с помощью пружинного фиксатора запорное кольцо. Твердость материала запорного кольца не менее твердости материала формообразующей вставки, но превышает твердость материала корпуса матрицы.
1814584 (RU) 1	Способ поспелова штамповки изделий 2	Поспелов А. Л. 07.05.1993 3	Сущность изобретения: осуществляют совмещенную штамповку двух изделий путем высадки заготовок стержневого и полого изделий на противоположных 4
			концах отрезанной заготовки. Усилия высадки прикладывают в противоположных направлениях. При этом на торце заготовки полого изделия формируют углубление под отверстие. Затем производят отделение заготовки стержневого изделия от заготовки полого изделия в месте их сопряжения. Усилие отделения прикладывают к донной. поверхности углубления. Доя улучшения качества изготавливаемых изделий перед отделением заготовки стержневого изделия от заготовки полого изделия образуют в месте их сопряжения кольцевое углубление. Внутренний диаметр углубления равен диаметру стержня заготовки стержневого изделия.
1817731 (RU)	Средство для удаления изделий при горячей штамповке	Горячев А.П., Никонов Е.В., Куликов А.Ф., Кононов С. А.23.05.1993	Сущность изобретения: перед началам штамповки на углубление или центральную часть подогретого нижнего штампа укладывают волокнистый полипропилен в виде жгута или прокладки, массу и объем которых подбирается опытным путем и зависит от массы и конфигурации детали. В процессе деформирования происходит термодеструкция полипропилена с переходом в газообразное состояние. После снятия усилия штамповка выталкивается из ручья штампа давлением газа так, что извлечь ее из штампа можно любым известным способом.
1817730 (RU)	Способ штамповки панелей с односторонними продольными ребрами	А.Н. Строшков, Е.Е. Кавтаев, А.М. Штерензон, С.И. Куклин, И.В. Костарев и А.О. Харитонов 23.05.1993	Сущность изобретения: способ штамповки панелей заключается в формовке полотна заготовки и выдавливании ребер путем последовательного приложения рабочего усилия под углом к полотну исходной заготовки. Величину угла приложения рабочего усилия изменяют, увеличивая угол от острого до прямого при формовке полотна, одновременно величину этого угла при выдавливании рёбер также увеличивают в пределах острого угла на величину, равную изменению угла приложения рабочего усилия при формовке полотна. Перед выдавливанием осуществляют предварительную формовку, при которой угол приложения рабочего усилия изменяют аналогично изменению угла при формовке.
2465977 (FR)	Оборудование для штамповки молотом	Марьяни Джорджио, Перре Кристоф 27.12.2009	Изобретение относится к области обработки металлов давлением, в частности к оборудованию для штамповки кольцевой детали на молоте. Оборудование содержит нижний держатель вкладыша с нижней матрицей и верхний держатель вкладыша с верхней матрицей. Матрицы образуют кольцевую полость штамповки. Для ограничения боковых перемещений детали при ее подскоке с нижней матрицы предусмотрено направляющее средство. Направляющее средство может быть выполнено в виде колонны, размещенной внутри кольца, образованного кольцевой полостью штамповки. Высота колонны по меньшей мере равна высоте подскока кольцевой детали. В результате обеспечивается защита персонала, уменьшается риск повреждения деталей при их подскоке и появляется возможность использования молота повышенной мощности.
2457069 (RU)	Способ штамповки осесимметричных тонкостенных деталей из порошковых материалов	Демин В.А., Субич В.Н., Шестаков Н.А., Степанов Б.А., Тимофеев В.Н., Куминова Н. И. 27.07.2012	Изобретение относится к обработке металлов давлением и предназначено для получения круглых в плане изделий с мелкозернистой структурой. Штамповку осуществляют в нагретом до температуры начала рекристаллизации материала заготовки штампе за один ход ползуна пресса, включающий в себя два этапа. На первом этапе штамповка осуществляется технологической силой, равной 0,35-0,4 от силы, требуемой для штамповки без кручения, создаваемой пуансоном, совершающим только поступательное движение в течение времени, необходимого для достижения заготовкой температуры штампа. На втором этапе пуансон совершает одновременно поступательное и вращательное движение с отношением линейной и угловой скорости, пропорциональным длине образующей =kLi, где k - коэффициент пропорциональности, находящийся в зависимости от конечной длины образующей детали Li и ее толщины Si. Способ обеспечивает снижение технологической силы деформации, повышение качества деталей, уменьшение величины зерна заготовки.

7. Расчет усилия штамповки

Рис. 18. Параметры заготовки

Температура заготовки в этот момент t = 1000°С. Материал детали - качественная конструкционная углеродистая сталь 45 ГОСТ 1050-89.

Таблица 2. - Механические свойства стали при ковочных температурах

Материал	t,°С	у0,2,МПа	ув, МПа	д,%	Ш, %	Кш, %/МПа
Сталь 45	700	140	171	43	96	0,56
	800	65	115	58	98	0,85
	900	55	77	62	100	1,3
	1000	35	51	72	100	1,96
	1100	22	35	81	100	2,86
	1200	15	27	90	100	3,7

7.1 Определение усилия штамповки

Окончательную штамповку проводят в открытом ручье. Температура заготовки перед штамповкой t = 1000°С. Расчет усилий штамповки на КГШП (кривошипный горячештамповочный пресс) необходимо выполнять с максимально возможной точностью, так как при использовании пресса с недостаточным усилием может произойти авария, а при использовании пресса по завышенному усилию пресс будет использоваться нерационально.

Усилие при штамповке осаживанием в открытых штампах определяют по формуле [19]:

(1)

где у_т - предел текучести металла при температуре штамповки, МПа; м_о = 0,5 - коэффициент внешнего трения (на мостике облоя); в расчете принимается его максимальное значение, равное 0,5; b = 6, h_о = 3 - ширина и толщина мостика облоя, мм; F_о - площадь проекции мостика облоя, мм²; d_в - диаметр поковки, мм; F_п - площадь проекции поковки на плоскость разъема, мм²; d_н ^- наружный диаметр мостика облоя, мм. Предел текучести металла принимают приблизительно равным временному сопротивлению растяжению при соответствующих температуре и скорости деформации. В нашем случае:

(2)

где - скоростной коэффициент, = 1,7; - значение предела прочности при t = 1000°С (см. табл. 2).

Площадь проекции мостика облоя находится по формуле:

(3)

где d_в = 145 мм - внутренний диаметр мостика облоя;

Рассчитаем площадь проекции:

(4)

По формуле (1) определим усилие штамповки:

По полученному значению усилия штамповки выбирается пресс горячештамповочный усилием 16 МН, так как технологическое усилие штамповки должно быть меньше 85% от номинального усилия пресса [19].

Р < 85% Р_н

Так как Р < 0,85Ч16 [МН], то выбранный пресс модели КБ8042 отвечает данному условию [20]. Пресс предназначен для производства поковок из черных и цветных металлов. Технические характеристики пресса приведены в табл. 2.

Табл. 3 - Техническая характеристика пресса КБ8042

Характеристика	Значение
Номинальное усилие, МН	16
Ход ползуна, мм	300
Частота непрерывных ходов ползуна, мин-1, не менее	85
Частота одиночных ходов ползуна, мин-1, не более	16
Наименьшее расстояние между столом пресса и надштамповой плитой ползуна в его нижнем положении, мм	660
Величина регулировки расстояния между столом и ползуном, мм	10
Верхний выталкиватель:
Величина хода, мм	40
Усилие, МН, не менее	63
Нижний выталкиватель:
Величина хода, мм	32
Усилие, МН, не менее	100
Размеры стола, мм
Слева направо	1080
Спереди назад	1020
Размеры ползуна:
Слева направо, мм	824
Спереди назад, мм	944
Размеры окон в стойках пресса:
Ширина, мм	630
Высота, мм	710
Расстояние между стойками в свету, мм	1050
Мощность электродвигателя главного привода, кВт	90
Расход сжатого воздуха за цикл, м3	0,42
Давление воздуха в пневматической системе:
Наименьшее, МПа (кгс / см2)	0,5
Наибольшее, МПа (кгс / см2)	0,7
Габариты пресса, мм
Слева направо	4850
Спереди назад	3600
Высота пресса от уровня пола, мм	5570

7.2 Построение графика зависимости усилия штамповки от площади проекции разъема штампа

По заданным значениям получаем график зависимости усилия штамповки от площади проекции. Нахождение усилий штамповки для построения графика зависимости приведены в приложении.

Рис. 19. График зависимости усилия штамповки Р [МН] от площади проекции и площади мостика облоя при F_п1=16504 мм²; F_п2=33008 мм²; F_о1=1157 мм²; F_о2=5000 мм².

Вывод

По данному графику видна зависимость усилия штамповки от площади проекции разъема штампа. При увеличении первоначальных значений площади мостика облоя и площади проекции разъема штампа линейно увеличивается усилие штамповки. При площади проекции F_п1=16504 мм² усилие примерно увеличивается на 1 МН, а при F_п2=33008 мм² усилие увеличивается примерно на 2 МН. Это говорит о том, что выбранный КГШП КБ8042 отвечает условиям штамповки только при F_п1=16504 мм².

Заключение

Перспективы дальнейшего развития объемной штамповки определяются расширением применения штампов для горячей малоотходной штамповки и конструированием мощного оборудования для холодной штамповки, а также внедрением новых процессов деформации металлов с использованием явлений сверхпластичности, применением гидростатических методов и т.д. Используя такие методы, можно создавать детали в строгом соответствии с требованиями. Например, детали, которые применяются в:

· самолётостроении,

· автомобилестроении,

Поэтому они должны быть достаточно прочными и не обладать большим весом.

При обработке методом давления остается меньше отходов. Современные технологии позволяют создавать станки для обработки металла давлением, которые могут работать вообще без потерь. Любой профессионал может подтвердить тот факт, что обработка давлением вообще экономичнее, чем обработка резанием. При давлении детали придается необходимая форма, размер и улучшается качество поверхности.

Существует мнение, что метод обработки металла давлением постепенно вытесняет метод обработки резанием. Но на сегодня существую такие методы, как калибровка или метод холодной штамповки, которые позволяют получать уже готовые детали. Это всевозможные крепёжные элементы, турбинные лопатки и так далее. Ну а применение новых технологий вообще автоматизировало процесс получения таких точных деталей, как зубчатые шестерни с готовыми штампованными зубьями. При этом, эти точные детали имеют ещё и дополнительные показатели прочности, повышенную износостойкость. Этого нельзя было добиться раньше, используя метод резания. Придание металлу необходимой формы при помощи штамповки иногда может даже соперничать с методом литья металлических изделий. Производительность здесь зависит от совершенства самого метода. Детали, полученные при помощи давления, совершенны только лишь по размерам. Но более точные размеры и формы могут быть получены только лишь при помощи объемной штамповки. Современные предприятия активно внедряют на производствах все больше новых технологий. Это позволяет достигать необыкновенной точности и дополнительной прочности готовых изделий из металла.

Список литературы

1. Горячая объемная штамповка http://www.mami.ru/? id=937 (27.11.14)

2. Объемная холодная штамповка http://delta-grup.ru/bibliot/1/36. htm (27.11.14)

3. Оборудование для горячей объемной штамповки http://otherreferats. allbest.ru/manufacture/00208510_0.html (11.12.14)

4. Ковка и штамповка. Под ред.Е.И. Семенова, т.2. - М.: Изд-во "Машиностроение"1985 - 193 с.

5. Горячая объемная штамповка. Технология горячей объемной штамповки. Схемы штамповки. Штамповка в открытых и закрытых штампах. http://www.mtomd. info/archives/2021 (14.12.14)

6. Объемная штамповка http://bechem. kz/page-44.html (14.12.14)

7. Разработка технологического процесса объёмной штамповки http://tm. msun.ru/tm/books/pats/lab2/lab2.html (14.12.14)

8. Ковка и объемная штамповка стали. Справочник, под ред. М.В. Сторожева, т.2. - М.: Изд-во "Машиностроение", 1967 - 68 c.

9. Штамп для выдавливания изделий с полостью (РФ №2000162): Весницкий А.В. ч; публикация патента: 07.09.1993

10. Штамп для объемной штамповки (РФ № 2184635): Декун И.И. (RU); подача заявки: 2000-06-02 публикация патента: 10.07.2002

11. Способ горячей совмещенной штамповки круглых в плане поковок с отверстиями (Патент РФ 1831405): Ярцев А.Г., Барков Л.А., Щербаков А.Г. (RU); публикация патента: 30.07.1993

12. Штамп для закрытой объемной штамповки деталей (Патент РФ 1820880): Матяж А.В., Матяж В.И. ; публикация патента: 07.06.1993

13. Штамп для закрытой штамповки (Патент РФ 1801052): Осипов П. И.; подача заявки: 03.05.90 публикация патента: 07.03.93

14. Способ поспелова штамповки изделий (Патент РФ 1814584): Поспелов А. Л.; подача заявки: 1991-06-14 публикация патента: 15.04.1994

15. Средство для удаления изделий при горячей штамповке (Патент РФ 1817731): Кононов С.А. , Куликов А.Ф. , Никонов Е.В. , Горячев А.П. ; публикация патента: 23.05.1993

16. Способ штамповки панелей с односторонними продольными ребрами (Патент РФ 1817730): А.Н. Строшков, Е.Е. Кавтаев, А.М. Штерензон, С.И. Куклин, И.В. Костарев, А.О. Харитонов (RU); патента: 23.05.1993

17. Оборудование для штамповки молотом (РФ № 2465977): Марьяни Дж. (FR), Перре К. (FR); подача заявки: 2008-06-24 публикация патента: 10.11.2012

18. Способ штамповки осесимметричных тонкостенных деталей из порошковых материалов (РФ №2457069): Демин В.А., Субич В.Н., Шестаков Н.А., Степанов Б.А., Тимофеев В.Н., Куминова Н. И.; подача заявки: 28.12.2010 публикация патента: 27.06.2012

19. Ковка и штамповка: под ред. Семенова Е.И. том 2. - М.: Машиностроение, 1986. - 193 с.

20. http://www.stankpress.ru/list/kb8042.html Пресс однокривошипный горячештамповочный КБ8042

Приложение

Расчет нахождения усилия штамповки для построения графика зависимости усилия штамповки от площади проекции разъема штампа и площади мостика облоя была использована математическая программа Mathcad 14.

Размещено на Allbest.ru