Выбор способа удаления поверхностного дефектного слоя (табл. 1, варианты 5-8) и термодхеханического режима отрезки заготовок из легированных сталей тесно связан с возможностью и технико-экономической обоснованностью отжига прутков большого диаметра после прокатки, который удлиняет технологический цикл, а при применении полугорячей штамповки может быть исключен. Процессы формоизменения при холодной объемной штамповке, особенно простые процессы выдавливания, характеризуются значительным гидростатическим давлением сжатия, а соответственно большими величинами относительного давления р и накопленной деформации е;. Поэтому при холодной объемной штамповке заготовок из углеродистых и низколегированных сталей первым и иногда единственным критерием, технологической деформируемости при выдавливании и закрытой высадке является сопротивление деформированию. Рекомендуемая деформация при штамповке заготовок нз сталей на прессах приведена в табл. 2. Рекомендации даны применительно к типовым конструкциям штампов и деталям средних размеров: D = 10-50 мм, L/D от 1 до 3; h!d от 0,5 до 2,5. С увеличением номера группы и подгруппы в табл. 2 технологическая деформируемость заготовок уменьшается.

2. ПРОИЗВОДСТВО ЗАГОТОВОК, ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ И ПРОМЕЖУТОЧНАЯ ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА, ПОДГОТОВКА ПОВЕРХНОСТИ

Объем .штампованной заготовки оп-р делястся по чертелу с учетом припусков и напусков для доделочных операций. При сложной форме штампованную заготовку делят на отдельные элементы, суммированием которых получают общий объем. Объем технологических отходов (в результате пробивки отверстий, обрезки облоя и еаусенцев, зачистки фасок и т. д.) 0П))?л(\1яются по чрртежам заготовок

по переходам на основании машрут ной технологии. Для определения расчетного объема исходной заготовки сумму объемов элементов штампованной заготовки и технологических отходов увеличивают на 3-7 % в зависимости от сложности формы детали и технологического процесса ее изготовления. Это необходимо для учета потерь металла при термической, электрохимической и химической обработке, а также неточностей расчета. Требуемый объем уточняется изменением длины (высоты) заготовки. После определения объема выбирают форму и размеры сечения, по которым рассчитывают высоту заготовки.

Формы и размеры поперечного сечения заготовки задаются технологией штамповки. Ее принимают такой, чтобы обеспечивалась необходимая кинематика течения металла при кратчайшем пути формоизменения, а следовательно, получались заданные формы и размеры с наименьишми числом переходов и нагрузками на инструмент. Форму сечения заготовки обычно задают круглой или соответствующей конфигурации сечения после первого перехода.

Для получения полых деталей обратным выдавливанием используют сплошные заготовки; для круглых н шестигранных - круглые и шестигранные, для Остальных - форма сечения заготовок должна соответствовать их конфигурации (квадрату, прямоугольнику и т. д.). Для прямого выдавливания и редуцирования сплошных деталей применяют сплошные заготовки (обычно круглые или в соответствии с получаемой формой сечения). Для получения полых деталей прямым выдавливанием и редуцированием используют полые сплошные заготовки в виде трубок, шайб и заготовок с глухой полостью. Для высадки и осадки обычно применяют заготовки круглого сечения.

Для облегчения загрузки заготовок в матрицу между боковыми стенками матрицы и заготовкой должен предусматриваться зазор Величина зазора определяемся качеством заготовки (допусками на диаметр и отклонением формы от номинальной при разрезке исходного материала), характером

формоизменения по переходам. Для улучшения условий работы пуансона при обратном выдавливании целесообразно применять калиброванную заготовку с наметкой. Кроме зазора между инструментом и заготовкой желательно иметь заходную часть на матрице и фаску на заготовке. Наличие фаски уменьшает вероятность кольцевого скола по наружному контуру дна заготовки и образования заусенцев, особенно по мере изнашивания поверхности сопряжения рабочих деталей инструмента. При наличии фасок на заготовке и заходной части матрицы зазор принимают в пределах 0,25-0,1 мм. При прямом выдавливании и редуцировании полых заготовок должен быть предусмотрен, кроме того, зазор равный 0,1-0,2 мм по внутреннему диаметру между заготовкой и оправкой. При совмещении этих операций с обжимом (уменьшением внутреннего диаметра и увеличением длины) зазор между оправкой и заготовкой определяется технологическим расчетом. При высадке, прямом и радиальном выдавливании, редуцировании сплошных стержней малой высоты (0,5 диаметра и менее) зазоры могут быть увеличены до 0,4-0,5 мм.

Сортамент и исходное состояние материала. Форму и размеры профиля в исходном состоянии выбирают по действующим ГОСТам, как правило, исходя из экономических соображений, а также технологичности и требований к качеству. В качестве исходного материала наиболее целесообразно применять прутки и проволоку. Эти виды полуфабрикатов выпускаются промышленностью в широком ассортименте по размерам и точности (сортаменту), по состоянию (горячекатаными, калиброванными, термически обработанными и без термической обработки и т. д.) и по маркам (содержанию основных компонентов и примесей). Могут быть применены также листы, полосы, трубы и периодический прокат. Листы и полосы применяют для получения низких заготовок, так как процесс отрезки в штампе при отношении Я/О < 1,0 усложняется и при H/D 0,25 практически осуществим лишь очень ограниченна. Заготовки могут быть сплошные (дис-

ки) и полые (шайбы). Наружный контур, по которому осуществляется безотходная вырубка, для круглых и шестигранных деталей должен быть шестигранным или квадратным; для прямоугольных и квадратных - соответственно прямоугольным или квадратным.

Вырубка круглых заготовок экономически нецелесообразна из-за больших отходов. Вследствие относительно высокой стоимости и сравнительно узкого ассортимента трубы не имеют широкого применения В качестве исходного материала для получения заготовок. Для штамповки с применением формовки, объемной и плоскостной калибровки может быть применен периодический прокат. Калибровка го-гячекатаного прутка и катанки волочением обеспечивает необходимую точность заготовки по поперечному сечению, улучшает качество поверхности, но стоимость металла несколько повышается.

При использовании автоматизированных устройств для отрезки и дозирования объема (массы) заготовок при штамповке высадкой и редуцированием предъявляются повышенные требования к кривизне проката. Правка проката осуществляется на роликовых или растяжных машинах и на прессах. При мелкосерийном производстве, а также при получении металла с более технологичными размерами и допусками на них калибровку и особенно правку рекомендуется осуществлять иа машиностроительном заводе, производящем холодноштампованные детали.

Значительное влияние на процесс холодной штамповки и качество готовой продукции оказывает наличие дефектов металлургического происхождения. Макроструктуру и излом контролируют с целью выявления рыхлости, пузырей, расслоений, трещин и неметаллических включений. Бескремнистая кипящая сталь имеет сильно развитую зональную ликвацию н подкорковые пузыри. При значительной ликвации с наличием грубы-х неметаллических включений в заготовках возникают как наружные, так и внутренние трещины. Последние особенно опасны, так как их обнаруш

жение затруднено (особенно при относительно малых сечениях деталей). Аналогичные дефекты возникают при загрязнении стали пленками окиси алюминия, оставшимкся после раскисления.

По месту рисок, волосовин, плен, различного рода закатов и накладов и других дефектов при штамповке могут появиться расслоения и трещины. Особенно высокие требования к качеству поверхностного слоя исходного металла предъявляются при выдавливании деталей с фланцами, резкими переходами на наружной поверхности, применении высоких деформаций, наличии операций высадки, осадки и раздачи. В этих случаях дефекты глубиной 0,05 мм и более )аскрываются, и образуются трещины. 1лены на поверхности проката при штамповке могут отслаиваться, что вызывает загрязнение штампа. Для исключении возможности появления таких дефектов прокат испытывают на осадку. Прн калибровке осадкой или высадкой заготовки после калибровки рекомендуется контролировать с тем, чтобы на дальнейшие трудоемкие операции поступали только годные заготовки. В зависимости от качества проката и требований технологии штамповки поверхность сортового проката может подвергаться сплошной обдирке (обтачиванию) на токарных станках или автоматах со снятием слоя толщиной до 0,8-2 мм. Допуск по диаметру после обдирки не более 0,1 мм, шероховатость поверхности Ra = 5-н2,5 мкм. Дальнейшее увеличение толщины снимаемого слоя (более 2 мм) экономически нецелесообразно и заметно не повышает качество. Коррозионно-стойкие стали используют для высадки шлифованными (в виде серебрянки). Обтачивание или шлифование рекомендуется осуществлять после первой прогяжкн при калибровке, соединяя устройства для обтачивания (или шлифования) и вторичного волочения. Это позволяет уменьшить толщину снимаемого слоя и устранить дефекты (кольцевые риски и т. п.) от обработки резанием при вторичном волочении. Во всех возможных случаях следует отдавать предпочтение обтачиванию, так как

при шлифовании на металле остаются следы абразива, снижающие стойкость штамповочного инструмента и качество готовой продукции. После шлифования, обдирки резцовыми головками и иглофрезами, матирования, галтовки на поверхности подката и заготовок образуется некоторый рельеф, направление которого значительно влияет на прочность сцепления подсмазоч-ного покрытия и смазочного материала с металлом. При калибровке проката волочением, редуцировании, прямом выдавливании сплошного стержня и других операциях необходимо использовать создающуюся анизотропию трения с целью уменьшения износа инструмента и давления, повышения устойчивости процесса. Обдирка иглофрезами, собранными в специальную головку, позволяет создавать сетчатый рельеф с оптимальным наклоном рисок к главной оси (я45°). Качество поверхностного слои холоднокатаных листов, при изготовлении которых после прокатки осуществлялось строгание или фрезерование, как правило, удовлетворяет требованиям, предъявляемым к штамповке.

Способ разрезки исходного материала иа заготовки и производство заготовок в. целом зависят от профиля исходного материала, требований к качеству детали, принятого технологического цикла формоизменения, объема выпуска и других технико-экономических показателей производства. Прутки, проволока и трубы могут разрезаться на заготовки в штампах на специализированных ножницах и прессах и прессах-автоматах; прутки и трубы - на дисковых и других механических пилах, на токарных станках. Наиболее производительна и экономична отрезиа заготовок в штампе. Себестоимость отрезки в. штампе по сравнению с разрезкой па дисковой пиле или токарном многошпиндельном станке ниже в 4-5 раз, по сравнению с резкой на других механических пилах или отрезкой иа специализированном одношпиндельиом станке в 5- 6 раз. Заготовки из плоского проката вырубают в штампах на вырубных прессах.

Отрезкой на мегаллорежущем оборудовании можно получать заготовки

с допуском на длину ±0,1 мм и менее. Одновременно с отрезкой можно осуществлять обдирку прутта и образовывать фаски. Незначительность допуска на отклонение от перпендикулярности торца к главной оси заготовки и образование фасок позволяют штамповать заготовки без предварительной калибровки. Отрезка в штампе (на ножницах и холодновысадочном автомате) в большей или меньшей мере (в зависимости от качества реза и диаметра) снижает качество поверхностного слоя торцов заготовок по сравнению с токарной обработкой. Отрезка путем сдвига и кручения в штампе заготовок из некоторых легированных сталей и других сплавов со сложной кристаллической структурой практически ие обеспечивает удовлетворительного качества.

Предварительная и промежуточная термическая обработка. Термическая обработка заготовок проводится для уменьшения сил и повышения деформируемости до значений, при которых обеспечивается стабильная работа инструмента без перегрузок и его высокая стойкость, наименьшее число переходов без макро- и микротрещин, надрывов и других дефектов при условии получения заданных механических свойств и структуры готовой детали. Решение поставленной задачи достигается сочетанием режимов формоизменения и разупрочняющей термической обработки. Выбор режима РТО определяется химическим составом и структурой штампуемого материала, технологией штамповки н эксплуатационными требованиями к детали.

Термическая обработка делится на предварительную, промежуточную и окончательную. Предварительная термическая обработка проводится до Основных формоизменяющих операций при штамповке, промежуточная - между формоизменяющими операциями (для снятия упрочнения) и окончательная - по окончании формоизменения для получения заданных физико-механических свойств и структуры. Чтобы избежать нежелательных при окончательной термической обработке явлений неоднородности структуры и свойств {коробления

и т. п.), при штамповке необходимо обеспечить равномерную по объему суммарную деформацию в соответствии с диаграммой рекристаллизации данного сплава.

В большинстве случаев исходные заготовки из горячекатаной стали подвергают калибровке. Прутки и проволоку калибруют волочением (перед высадкой и выдавливанием). Мерные заготовки калибруют по схемам, приведенным на рис. 1. Предварительная термическая обработка может занимать различное место в технологическом процессе: 1) до калибровки (т. е. отжигу подвергается горячекатаный металл); 2) на одном из этапов калибровки; 3) после калибровки. Сортовой прокат без дополнительной термической обработки имеет неоднородную структуру, и свойства его Нестабильны. Это связано с тем, что дниамическая рекристаллизация при сортовой прокатке и вторичная рекристаллизация при последующем охлаждении не обеспечивают полного разупрочнения.

Сталь после горячей прокатки имеет заметные следы упрочнения. Кроме того, в сталях с повышенным содержанием углерода и некоторых низко-легированньйс сталях при естественном охлаждении происходит упрочняющая термическая обработка. Разнородность слитков, поступающих на прокатку (по содержанию основных компонентов и примесей, по степени газонасыщенности и другим показателям качества), ко.тебания температур нагрева металла перед прокаткой, неравномерность нагрева заготовки по объему, колебания температур окончания прокатки и неравномерность охлаждения в процессе прокатки и по окончании ее являются основными причинами неоднородности структуры по объему (данного прутка) и нестабильности свойств (внутри одной плавки и между плавками).

Применение горячекатаного материала (табл. 3 и 4) без дополнительной термической обработки ведет к повышению удельных нагрузок (на 15-

и более), существенно ограни-

чивая возможность применения штамповки. Предварительная термическая обработка не проводится, если нет

3. Влияние режима термической обработки на механические свойства стали 10 (числитель) и стали 20 (знаменатель)

Номер режима

Режим термической обработки

Горячекатаное состояние (без термической обработки)

Нагрев до 680-700 °С, выдержка 3 ч, охлаждение с печью

Нагрев до 740-760 °С, выдержка

3 ч, охлаждение с печью

Нагрев до 1050 °С, выдержка 1 ч, охлаждение с печью

Нагрев до 870-890 °С, выдержка 1 ч, охлаждение на воздухе + нагрев до 680-700 °С, выдержка

4 ч, охла[у;ение с печью

Нагрев до 900-920 °С, выдержка 0,5 ч, охлаждение в воде -j- нагрев до 680-700 °С, выдержка 1 ч, охлаждение с печью

Нагрев до 760-780 °С, выдержка 1 ч, охлаждение с печью до 650- 670 °С, выдержка 1 ч (четыре цикла), охлаждение с печью

133 152 Ш7 138 85 133

85 114

270 350 190 320 190 300

410 540 370 430 330 430

35 17 39 32 42 34

75 60

Т7 72 79 68

бб

технико-экономической необходимости в снижении сопротивления деформации и повышении пластичности, в том числе:

1) при производстве ступенчатых валов и других деталей редуцированием (стали первой, второй и третьей группы, см. табл. 2); после калибровки волочением и правки, т. е. предварительно холодно деформированная заготовка имеет большую пластическую устойчивость, чем после отжига, что позволяет повысить относительную деформацию за первое редуцирование с 15-17 до 25-30 %; давления при редуцировании по сравнению с высадкой и особенно с выдавливанием значительно меньше, и потому повышение их из-за отсутствия отжига молкт быть технико-экономи-чески обоснованно;

2) при получении заготовок высадкой и осаживанием из сталей первой и второй группы с относительной деформацией до 45-50 % и из сталей третьей группы заготовок относительно простой формы с относительной деформацией до 35-40 %;

3) при прямом выдавливании заготовок Сплошного сечения простой формы (круг) с относительной деформацией до 35-50 % на относительно малую длину (стали первой и второй группы).

Перед выдавливаннем полых заготовок высадкой (кроме сталей первой и второй группы), а также в некоторых случаях перед выдавливанием сплошных заготовок и комбинированными процессами рекомендуется предварительная термическая обработка, которая может осуществляться иа ме-

4. Влияние режима термической обработки иа механические свойства стали 35 (числитель) и стали 45 (знаменатель)

таллургических заводах, производящих прокат, и на машиностроительных или металлообрабатывающих заводах, производящих штампованные детали. В большинстве случаев лучшие результаты достигаются при термической обработке после окончания подготовительных операций (калибровки и пр.). Отжиг может быть проведен по режиму, наиболее оптимальному для заданных условий штамповки. Холодная пластическая деформация исходной горячекатаной стали (при калибровке и пр.) разрушает строчечную структуру и создает условия ,здя быстрого и полного прохождения рекристаллизационных процессов. Калибровка горячего проката волочением, предварительная формовка мерных заготовок повышают штампуе-мость, получаемую для данной стали при отжиге. Для выдавливания деталей сложной формы целесообразно из металла в горячекатаном состоянии получить калиброванную фасонную заготовку (без резких переходов и глу-

боких полостей), а затем подвергнуть заготовку термической обработке.

При сложной форме штампуемых заготовок, больших деформациях для восстановления пластичности и снижения сопротивления деформированию осуществляют промежуточные отжиги. Для углеродистых и низколегированных сталей применяют обычно два вида отжига: простой (низкотемпературный при 530-600 °С) и рекри-сталлизационный (при 650-720 °С).

Наибольшее снижение давлений при штамповке достигается при получении крупнозернистой структуры. Однако пластичность с увеличением зерна уменьшается. При отжиге после калибровки волочением или редуцирования в области критических деформаций у низкоуглеродистых сталей (первой и второй группы) происходит интенсивный рост зерна в поверхностном слое. При обратном выдавливании тонкостенных заготовок (толщина стенки 2,5 мм и менее) и особенно при открытой высадке и осадке такой