5. Параметр шероховатости Ra поверхностей штампованных заготовок после холодной объемной штамповки

гопластических деформаций при циклическом нагружении

d= Ada + Лс(ц ?(0,2-н0,4) 10 Л.

При оценке Ас(и необходимо учитывать значительное влияние на износ глубины полости, скорости деформирования, ритма штамповки, способов охлаждения и других факторов, определяющих тепловой режим рабочей части пуансона, антизадирные свойства смазочного материала и покрытия, а также сродство материалов пуансона и штампуемой заготовки.

Шероховатость поверхности штампованных заготовок определяют: шероховатость поверхности рабочих частей инструмента, их размеры и профиль; физическая природа металла и

его состояние; качество поверхности и поверхностного слоя заготовки; физическая природа трения при деформации.

Наибольшее влияние на качество поверхности штампованных заготовок оказывают; сродство деформируемого металла и материала инструмента; конструкция и качество поверхности рабочих частей инструмента; способ и качество подготовки поверхности заготовки под штамповку. Параметр шероховатости поверхностей штампованных заготовок приведен в табл. 5.

В некоторых случаях холодная объемная штамповка позволяет получить готовую деталь, и тогда чертежи штампованной заготовки и детали соответствуют друг другу. Однако при

изготовлении большей -части деталей, получаемых с применением холодной объемной штамповки, требуются дополнительные отделочные операции. К числу процессов, применяемых при отделочных операциях, относятся: обработка резанием (сверление, токарная обработка, фрезерование, шлифование и др.), обработка давлением (накатка, обкатка и др.), термическая и термомеханическая обработка (закалка, отпуск, отжиг, цементация, азотирование и др.) и т. д.

Наиболее оптимальным применительно к технологичности является решение, при котором холодная объемная штамповка обеспечивает законченность геометрической формы детали, поскольку различные отделочные операции, особенно операции со снятием стружки, могут значительно снизить эффективность перехода на холодную объемную штамповку. Если отделочных операций избежать нельзя, то при конструировании штампованной заготовки должно быть уделено особое внимание ее технологичности при дальнейшей обработке. Конструкция штампованной заготовки должна удовлетворять требованиям технологии, механизации и автоматизации обработки резанием и других отделочных операций.

При конструировании штамповаиной заготовки на обработку резанием даются припуски н напуски и предусматривается возможность установки, крепления и базирования. Некоторые конструктивные элементы (наружные и внутренние фаски, симметричные продольные пазы и канавки, шлицы, зубья колес, конусные поверхности и т. п.) могут быть получены выдавливанием или редуцированием, но изготовление их трудоемко. Выбор способа их получения (штамповка или обработка резанием) зависит от объема выпуска и технологических свойств сплава. Резьбу на заготовках, как правило, следует получать накаткой. Необходимые точность размеров и шероховатость поверхности под накатку или нарезку как наружной, так и внутренней резьбы получают при холодном выдавливании, после которого, если необходимо дополнительно увеличить точность размеров и качество

поверхности, осуществляют калибровку редуцированием или протяжкой. Детали сложной формы могут быть расчленены на части, удовлетворяющие технологии холодного выдавливания, и. Наоборот, комплект деталей, получаемых обработкой резанием, может быть заменен одной деталью, полученной холодной штамповкой. Соединение частей деталей осуществляется пайкой, сваркой, холодной и теплой запрессовкой.

Если деталь имеет относительно простую геометрическую форму, и соотношение ее размеров соответствует требованиям технологической деформируемости исходной заготовки (по средней и накопленной локальной деформации, глубине полости, толщине стенки, нагрузке иа инструмент, допустимому графику нагрузки оборудования), то она может быть изготовлена за один переход. Однако в некоторых случаях может оказаться более выгодным заменить один переход двумя или несколькими переходами. К числу наиболее распространенных критериев оценки и сравнения технико-экономической эффективности одно- и многопереходиого процесса относятся: объем производства и стоимость оснастки на единицу изделия при использовании однопозппион-ного и многопозиционного штампа; качество получаемых штампованных заготовок и деталей; условия работы и стойкость рабочих деталей инструмента; параметры необходимого оборудования и условия автоматизации процесса.

Например, получение ступенчатой сплошной детали высадкой приводит к различной деформации частей детали по длине, а соответственно по механическим свойствам и Структуре, которые, как правило, не устраняются последующей термической обработкой. Механические свойства деталей в этом случае по сравнению с механическими свойствами деталей, полученных высадкой и выдавливанием, обеспечивающими выравнивание деформации, заметно снижаются. В частности, прочность крепежных деталей уменьшается не менее чем на 18-20 %.

Последовательное выдавлива!и1е глубокой полости сначала коротким, а за-

тем длинным пуансоном снижает от-клонеуие от симметричности относительно главной оси заготовки и улучшает качество поверхности полости, но создает переход (ступеньку) на наружной и внутренней поверхностях. Последнее явление значительно менее выражено при штамповке двумя пуансонами в одной матрице. Прн выдавливании глубокой полости, особенно в стальных заготовках, соответствия относительной деформации технологической деформируемости по силе недостаточно. Если глубина превышает на 0,8-1,1 диаметр полости, то стойкость стальных пуансонов, не армированных твердым сплавом, резко снижается под действием трения и тепловых нагрузок. Необходимо разделить процесс на два перехода, что позволит возобновить слой смазочного материала на заготовке и стабилизировать температуру рабочей части пуансона.

Штамповка за один переход с большим рабочим ходом, особенно выдавливание глубокой полости, резко ужесточает требования к технологическим параметрам оборудования, особенно к кривошипным прессам - зависимости допустимой силы от рабочего кода пуансона (ползуна), рабочему коду, длине пути, силе выталкивания и др. Однако, как правило, переход от однопереходного к многопереходному процессу повышает номинальное усилие пресса, увеличивает потери Энергии на упругую деформацию системы заготовка-пресс.

Производство заготовок сложной формы, особенно из материалов с пониженной пластичностью, как правило, базируется на двух- и многопереходных процессах. При проектировании переходов обычно применяют два -способа расчленения процесса. Первый способ - дробление суммарной деформации по сечению заготовки на несколько единичных, второй - последовательное получение различных частей заготовки. Способы расчленения процесса могут совмещаться и от перехода к переходу изменяться. При дроблении суммарной деформации по сечению заготовки деформация от отжига до отжига + 8з-- где 8

= \+2 +

деформация по

переходам, п - число переходов. Суммирование относительных деформаций или определение суммарной деформации по исходным и конечным размерам заготовки без учета изменения ее формы и размеров за каждый переход могут привести к значительной погрешности.

При проектировании новых многопереходных процессов производства деталей сложной формы, а также деталей из заготовок с пониженной деформируемостью необходимо выявлять наиболее опасные с позиций разрушения области (см. гл. 1, рис. 8), определять накопленную деформацию 8; и делать полный анализ с привлечением диаграмм пластичности 8р = = 8р (П) и кривых упрочнения = = (8) при холодной деформации и диаграмм пластичности вр = вр (П, 8, Г) и кривых упрочнения = = Og (8, 8, Т) при теплой и полугорячей обработке (см. п. 5).

В каждом переходе определяют:

а) единичную деформацию (в данном переходе) 8 и суммарную (с начала формоизменения) деформацию е,;

б) форму, размеры и их допуски;

в) давления и полные силы; г) рабочий (силовой) ход Деформирующего инструмента и выталкивателя. Особое внимание обращают на соответствие принятых деформаций деформируемости заготовки, равномерность деформации в различных элементах заготовки, возможности концентрации напряжений и появления растягивающих напряжений, предупреждение неустойчивости пластического течения. Невыполнение этих условий приводит к снижению качества продукции (короблению, снижению прочности, появлению микро-и макротрещин и т. д.) и повышению нагрузок на инструмент и нарушению процесса производства в целом.

Устойчивость технологического процесса, стойкость инструмента, надежность работы средств механизации н автоматизации зависят от правильного сочетания размеров исходных заготовок, промежуточных (по переходам) и окончательных (готовых) заготовок. Размеры исходной заготовки и заготовок по переходам, готовой заготовки и допуски на размеры зависят

Рис. 11. Схемы определения зазоров между заготовкой и инструментом при пря.чом н обратном выдавливании:

а - калибровка заготовки с образованием фаски; б - пряное выдавливание; в - обратное выдавливание промежуточной заготовки; г - прямое выдавливание штампованной заготовки из промежуточной заготовки, полученной обратным выдавливанием

от геометрической формы заготовки и физической природы материала, деформации и интенсивности упрочнения, величины износа инструмента, упругих деформаций (лружинения) заготовки и инструмента. При определении размеров исходной заготовки, поковок по переходам и рабочих частей инструмента в основном исходят из формы и размеров готовой поковки. Размеры промежуточных и исходных форм заготовки и инструмента опре-

5 П/р Г. А. Навроцкого

деляются нз конечной формы в обратном порядке по сравнению с процессом изготовления.

На рис. И приведена схема определения зазоров между инструментом и заготовкой при выдавливании сплошного и полого стержня.

Зазор между матрицей и заготовкой при калибровке (рис. И, а)

Зазор между матрицей для выдавливания и калиброванной заготовкой (рис. 11, б и в)

Зазор между матрицей для выдавливания и выдавленной промежуточной заготовкой (рис. 11, г)

Зазор между отверстием выдавленной полой заготовки и оправкой

с учетом возможной разиостенности ASj заготовки, полученной обратным выдавливанием.

Ad ==d-(d -AS;).

Максимальный зазор между заготовкой и инструментом

Smax = mm + Tj + Tj+i,

где Smin - минимальный зазор; Ti - допуск на изготовление заготовки в предыдущем переходе; Tj+i - допуск на изготовление заготовки в последующем переходе.

Допуск на соответствующий размер заготовки, штампуемой в данном переходе,

Т - Тп, т + Ти.

РДе Тп,т-допуск на соответствующий размер пуансона или матрицы; Та - допуск на износ пуансона или матрицы.

Для того чтобы установить номинальные размеры заготовок и инструмента, обеспечивающие получение заданных размеров штампованной заготовки и зазоров между заготовкой и инструментом по переходам, необходимо определить изменения размеров ииструмента и заготовок во время деформации и при прекращении ее, т. е. после выталкивания заготовки из матрицы и снятия заготовки с оправки.

Номинальный размер инструмента Л/ = Л/з-(АУе + ДЗе) +

+ {Ut-Зt),

где N3 - номинальный размер заготовки; Д(/в - изменение размеров ин-

струмента вследствие упругой деформации; АЗе - изменение размеров заготовки вследствие упругой деформации; At/; - изменение (увеличение) размеров инструмента вследствие нагрева; A3; - изменение (уменьшение) размеров заготовки вследствие охлаждения.

При определении суммарного изменения размеров учитывается непрерывность процесса (многопозиционная или однопозиционная штамповка), скорость деформирования (температурный эффект), конструкция инструмента (цельный, составной, банда-жированный) и условия его охлаждения или стабилизации температуры.

Сплошные ступенчатые детали круглого и сложного сечения получают прямым выдавливанием (см. гл. I, табл. I). Штамповка ведется последовательно по объемам, и на образование каждой новой ступени требуется дополнительно одни переход. Первой выдавливается часть детали (заготовки) с наименьшими размерами сечения, а затем последующие в порядке нарастания (рис. 12, а). Наибольшее допустимое отношение площадей максимального и минимального сечений определяется технологической деформируемостью (см. табл. 2).

Ступенчатые сплошные детали можно получать редуцированием (см. гл. 1, табл. 1). При редуцировании удельная и полная силы значительно меньше, чем при выдавливании, выше точность размеров по сечению и лучше качество поверхности. Образование ступени редуцированием может осущес1вляться последовательно или совместно с обоих концов штампованной заготовки с одинаковой и различной деформацией (рис. 12, б). При больших деформациях осуществимо только выдавливанием. При получении ступенчатых деталей выдавливанием и редуцированием деформация по длине штампованной заготовки изменяется ступенчато. Выравнивание деформации по длине, сокращение числа операций, дополнительное увеличение отношения максимального и минимального сечения достигается совмещением выдавливания и редуцирования с высадкой (рис. 12, в).

Рис. 12. Переходы при штамповке сплош ных ступенчатых деталей: а - первый и второй - прямое выдавливание; б - первый и второй - двустороннее редуцирование: е - первый - двустороннее редуцирование -1- высадка; V,- - объемы частей заготовки; D, /3, Di-De - диаметры заготовок по переходам; F, Fjj, Fj-Fg - площади сечения заготовок по переходам; S - размер шестигранника под ключ

Процессы прямого выдавливания и особенно редуцирования сплошного стержня характеризуются значительной неравномерностью деформации по сечению. На распределение деформаций и кинематику (ечения металла значительно влияют масштабный фактор и профиль рабочей части матрицы. Неравномерность деформации и кинематика течения металла наиболее надежно определяются экспериментально методами координатной сетки и муаровых полос, которые при сложных картинах течения металла используют совместно. Изменение координатной сетки при прямом выдавливании сплошного стержня приведено на рис. 13, а влияние масштабного фактора на кинематику течения при пря-

Рис. 13. Изменение координатной сетки при прямом выдавливании сплошного стержня нз стали 10; исходный образец диаметром и высотой 100 мм; е= 0,69

MOM выдавливании - на рис. 14. Во всех случаях сетка наносилась фотографическим методом с одного оригинала размерами ЮОх ЮО мм, а для изучения влияния масштабного фактора снимки координатной сетки после деформации увеличивали так, чтобы диаметр пресс-остатка равнялся 100 мм, т. е. был одинаков. Лктериал, его термическая обработка и[подготовка поверхности образцов, шероховатость поверхности инструмента были одинаковы, а форму и размеры образцов и рабочих частей инструмента выбирали из условий геометрического подобия.