Гаряча об'ємне штампування

ЗМІСТ

1. ВСТУП

2. ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ПРОЦЕС ГОРЯЧОГО ДЕФОРМУВАННЯ

3.УМОВИ ЕКСПЛУАТАЦІЇ

4.ТЕХНОЛОГІЧНІ  ВИМОГИ ДО ШТАМПІВ ГОРЯЧОГО  ДЕФОРМУВАННЯ-

   5.ТЕРМІЧНА ОБРОБКА

6.КОНТРОЛЬ ЯКОСТІ

7. УСТАТКУВАННЯ  ДЛЯ ГОРЯЧОГО ДЕФОРМУВАННЯ

8.ВИМОГИ БЕЗПЕКИ

8.1 Вимоги безпеки під час гарячого кування

8.2 Вимоги безпеки під час штампування на горизонтально-кувальних машинах

8.3 Вимоги безпеки під час кування і штампування на молотах

8.4 Вимоги безпеки під час штампування на кривошипних гарячештампувальних і гвинтових пресах

8.5. Вимоги безпеки під час штампування на гідравлічних пресах

8.6. Вимоги безпеки під час обрізання облою

 

9.ВИСНОВОК

10. ЛІТЕРАТУРА

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВСТУП

Гаряча об'ємне штампування - це вид обробки металів тиском, при якому формоутворення поковки з нагрітої заготовки здійснюють за допомогою спеціального інструменту - штампу. Перебіг металу обмежується поверхнями порожнин (а так само виступів), виготовлених в окремих частинах штампа, так що в кінцевий момент штампування вони утворюють єдину замкнуту порожнину (струмок) по конфігурації поковки.  
Як заготовку для гарячого штампування в переважній більшості випадків застосовують прокат круглого, квадратного, прямокутного профілів, а так само періодичний. При цьому прутки розрізають на окремі (мірні) заготівлі, хоча іноді штампують з прутка з наступним відділенням поковки безпосередньо на штампувальної машині. Мірні заготівлі відрізають від прутка різними способами: на кривошипних прес-ножицях, механічними пилками, газовим різанням і т.д.

Плюсами гарячого об'ємного штампування перед ковкою є: висока продуктивність, більш висока точність виготовлення деталі (допуски на штамповані поковки в 3-4 рази менше ніж на ковану). 
Мінусами є те, що штамп дорогий інструмент і придатний для виготовлення тільки однієї, конкретної поковки. Крім того, для об'ємної гарячого штампування поковок потрібні набагато більші зусилля деформування, ніж для кування таких же поковок. Кування масою в кілька сотень кілограмів для штампування вважаються великими. В основному штампують поковки масою 20 - 30 кг і лише в окремих випадках - з масою до 3 т.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ПРОЦЕС ГОРЯЧОГО ДЕФОРМУВАННЯ

Штамп є інструментом для обробки тиском, поверхня або контур однієї або обох частин якого відповідають обробленій деталі або заготівці. Конструкції штампів залежать від їх призначення (відрізні, прошивні, для об'много штампування, накатки, внсадочнне і ін.), засобу навантаження (молотові, пресові і ін.) і інших чинників. Штампи відрізняються великою різноманітністю і можуть бути вельми складними.

Штамповій інструмент для гарячої деформації працює в умовах одночасної циклічної дії високих температур і питомого тиску (до 300 - 900 МПа) при динамічному характері навантаження. Величина цих параметрів міняється в широких межах залежно від вживаного ковальсько-пресового устаткування, операції гарячої деформації і властивостей металу, що деформується. У найбільш важких умовах працює штамповий інструмент при пресуванні, висадці, точному штампуванні, а також при рідкому пресуванні мідних сплавів в прес-формах литва під тиском.

Штампи виготовляють цілісними і збірними. В останньому випадку з дорогих легованих сталей виготовляють лише відносно невеликі формоутворювальні деталі, що контактують з гарячим металом; кріпильні і установочні деталі (блок-штампи) роблять з більш дешевих сталей.

Основну масу штампів виготовляють в інструментальних цехах машинобудівних заводів в умовах штучного або дрібносерійного виробництва.

Виробництво штампів є складним технологічним процесом: як правило, потрібна підвищена точність виготовлення окремих деталей. Тому устаткування для виготовлення штампів повинне бути різноманітним і точним, а кваліфікація робочих – високою.

Виготовлення штампу починається з розробки технологічної документації: креслень штампу і його окремих деталей, маршрутно-технологічних карт на виготовлення деталей штампу, специфікації заготівок.

Технологічний процес для виготовлення штампу повинен забезпечити необхідну послідовність операцій, з тим щоб отримати необхідну точність штампу, чистоту його робочих і настановних поверхонь за умови оптимального завантаження наявного обладнання і робочої сили, мінімальній витраті матеріалів, інструменту і електроенергії

Технологічний процес складається з наступних операцій:

1. різання вихідного матеріалу на заготівлі мірної довжини;

2. нагрівання заготівель;

3. штампування заготівель;

4. обробки кувань.

Основними документами регламентуючими тех. процес штампування, є креслення кування й технологічна карта.

Штампи виготовляються по кресленню кування з урахуванням коефіцієнта температурного розширення. Розміри кування визначають по кресленню готової деталі з урахуванням припусків на наступну мех. обробку, напусків для спрощення нетехнологічних елементів кування й одержання штампувальних ухилів, а також допусків на штампування згідно ДСТу.

Після складання креслення кування визначають переходи й розбивають креслення штампів на штампування й обрізку облоя кування.

По кресленню кування визначають форму й розміри вихідної заготівлі. Як заготівля застосовують круглий, квадратний, прямокутний і фасонний періодичний прокат і ін. заготівлі.

Потім розробляють технологічну карту. У карті вказують вихідний матеріал (марка стали, профіль, перетин), відходи (масу, розміри), розміри заготівлі, витрата металу на одне кування, операції й переходи штампування, устаткування, штампи, інструмент, пристосування, температурні режими, норми часу й ін. дані.

Технологічний процес виготовлення кувань починається з різання заготівель на мірні довжини.

Після цього заготівлі нагрівають у камерних або методичних печах до заданої температури. Перед подачею до преса або молота із заготівель видаляють окалину.

Потім заготівлі піддають штампуванню в одно- або багатострумових штампах залежно від конфігурації й розмірів кування, а також наявного встаткування.

При обробці кувань після гарячого об'ємного штампування роблять обрізку облоя, просічку отворів (видалення плівок), виправлення, термічну обробку й очищення від окалини.

При облойному штампуванню на молотах і пресах облой видаляють на кривошипних або ексцентрикових пресах із застосуванням обрізних штампів. Якщо штампують кування з наскрізними отворами, то в отворах утворяться внутрішній облой - плівка металу, що також видаляють.

Після обрізки облоя кування правлять у спеціальних або чистових штампах на молотах або пресах.

Далі кування піддають термічній обробці й очищенню від окалини. Окалину з кування видаляють у піскоструминні або шротометних апаратах, травленням у розчинах кислот, в обертових барабанах.

Для одержання кувань із точними розмірами й чистою поверхнею застосовують калібрування й карбування.

Вихід придатного при гарячому об'ємному штампуванні становить 72 - 80%, а видатковий коефіцієнт 1,4 - 1,25. Коефіцієнт використання металу 0,5 - 0,55.

3.УМОВИ ЕКСПЛУАТАЦІЇ

Штампи гарячої деформації працюють у вельми жорстких умовах, для яких характерні: високі діючі напруги, рівні яких наближаються до меж текучості штампових сталей; високі температури нагріву; циклічна дія напруги від знакозмінних зусиль при деформації; термічна напруга, визначувана умовами нагріву і охолоджування штампів; хімічна взаємодія, особливо що виявляється в процесі пресування і рідкого штампування .

Стійкість штампів залежить від багатьох чинників. Чинники, що визначають стійкість штампів, можна розділити на три групи.

До першої групи відносять деякі показники і характеристики технологічного процесу штампування: форму і масу поковки; ступінь деформації і умови перебігу металу, що деформується; його опір деформації; физико-хімічні і теплофізичні властивості; хімічний склад і температуру нагріву металу, що деформується; наявність і товщину окалини на заготівці; вид мастила; умови підігріву і охолодження штампів; необхідну точність розмірів поковки; часовий режим роботи штампу, кваліфікацію штампувача; пора року і тому подібне.

До другої групи входять параметри штампувального устаткування: швидкість деформації, робочий цикл і пов'язані з ним час контакту поковки і штампу під тиском, час знаходження поковки в штампі після закінчення штампування та інші, наявність виштовхувачів і особливості їх роботи.

До третьої групи відносять властивості штампової сталі: твердість, міцність, теплостійкість, опір зносу, розпалу та інші, а також мікрогеометрію і физико-хімічні властивості поверхневого шару гравюри, що впливають на умови тертя.

Основні причини, що призводять до втрати працездатності штампів – це знос, зминання, розпал, при якому маса і розміри поковки поступово виходять за допустимі межі. Швидкість протікання цих процесів визначається теплостійкістю застосовуємих сталей. Опір змину і зносу визначається не тільки високиим рівнем властивостей сталі, але і швидкістю їх зміни в процесі експлуатації.

Одній з основних причин виходу з ладу штампів для гарячої деформації конструкційних сталей є також розвиток процесів термомеханічної втоми, що привоздять до появлення сітки тріщин «розпалу». Це погіршує поверхню заготовок, затрудняє їх витягання з штампу і полегшує знос і крихке руйнування штампу. В процесі роботи поверхневі шари штампу піддаються дії робочої напруги, що деформують заготівку, і знакозмінної теплової напруги унаслідок чергування нагрівів і охолоджувань.

Випадки передчасного виходу з ладу інструмента можуть бути пов’язани з помилками в конструкції, неправильною експлуатацією, термічною обробкою, дефектами матеріла тощо.

У зв'язку з ускладненням технології штампування і зростанням виробництва виробів з трудно деформованих матеріалів все більш часто інструмент виходить з ладу із-за крихкого руйнування, обумовленого змінами структури, міцності і пластичності штампових сталей в процесі деформації.

Присутність молібдену підвищує теплостійкість, прогартованість, а також зменшує прихильність до зворотної відпускної крихкості, яку неможливо ліквідувати швидким охолодженням для великих штампів.

4. ТЕХНОЛОГІЧНІ  ВИМОГИ ДО ШТАМПІВ ГОРЯЧОГО  ДЕФОРМУВАННЯ

Штампові сталі повинні бути твердими, міцними і мати достатню в'язкість для запобігання поломкам штампів при ударному навантаженні, а сталі для гарячого штампування мають зберігати свою твердість і міцність за підвищених температур (до 900° 1200°)

Для виготовлення штампів гарячого штампування металів (ковальських штампів) застосовують сталі марок 5ХНМ, 5ХНТ, які мають велику в'язкість (наявність нікелю), а також сталі марок ЗХ2В8Ф, 4Х2В5ФМ, які характеризуються значною стійкістю за високих температур.

Запровадження сталей марок 4ХМФС, 5Х2СФ і 4ХСНМФЦР (замість 6ХНМ) для штампування вуглецевих і низьколегованих сталей дало змогу підвищити стійкість інструментів у 2...З рази. Для виготовлення великогабаритних пресових і молотових штампів застосовують сталь 6Х2НМФС, яка забезпечує підвищення стійкості більш як удвічі.

Запровадження сталі марки 4Х2Н5МЗК5Ф (замість сталі ЗХ2В8Ф) при виготовленні матриць для пресування мідних сплавів дало змогу підвищити їхню стійкість у 10 разів.

5.ТЕРМІЧНА ОБРОБКА

Виробництво штампів є складним технологічним процесом, який включає попередню термічну обробку, механічну обробку, остаточну термічну обробку, зачистку гравюри і шліфування по опорних і настановних поверхнях. Штампи для гарячої деформації виготовляють на спеціалізованих штампових ділянках інструментальних цехів або разом з іншими видами технологічного оснащення – на механічних і слюсарних ділянках. Підготовку заготівок для штампів здійснюють на заготовчих ділянках, а термічну обробку на термічних ділянках.

Спочатку штампи обробляють однаково незалежно від маси і конфігурації поковки. Для транспортування в заготівці свердлять отвори за допомогою радіально-свердляного верстата. Після чого стругають площини і хвостовики. Потім клеймують марку сталі, умовний номер штампа і поковок.

Підготовлені таким чином штампи передають на термічну обробку (попередній відпал), після чого виготовляють безпосередньо гравюру. Для обробки крупних штампів застосовують токарно-карусельний верстат. Також до універсальних верстатів, які застосовують для виконання фрезерувальних робіт, відносять вертикально-фрезерувальний верстат, на якому фрезують заготівельні ручаї. Обробку ручаїв на таких верстатах здійснюють за розміткою і за допомогою шаблонів. Першою операцією при обробці ручаїв штампу є чорнове фрезерування. Його проводять для видалення основної маси металу з порожнини ручаїв. Чистове фрезерування проводять з високою точністю фрезами з профілем, який дозволяє забезпечити необхідну конфігурацію ручаїв.

Для забезпечення якості молотових штампів під час їх виготовлення, необхідно дотримуватись певних технічних умов.

Після термічної обробки штампу, його площини грубо шліфують. Шершавість непрацюючих поверхонь встановлюється за 4-5 класами шершавості поверхні згідно до ГОСТу 2789-73. На дзеркалі штампу і поверхнях, не зайнятих ручаями, допускають окремі дефекти у вигляді забоїн, слідів окалини та ін. Дефекти слід зачистити. Чорнові та чистові ручаї шліфують і полірують до 8 класу шершавості, при цьому на поверхні не повинно бути задирів, рисок, прижогів, вибоїн, які викривляють конфігурацію ручаїв. Тобто шліфування – це одна з важливіших операцій механічної обробки штампів, що забезпечує отримання високого класу шершавості поверхні і точних розмірів. Шліфування використовують в якості попередньої і кінцевої обробки. Широко застосовують плоскошліфовальні і круглошліфувальні верстати загального призначення. Плоску шліфовку можна здійснювати переферієй і торцем круга, а круглу його переферієй. Для кінцевої обробки верстати повинні забезпечувати швидкість обертання круга в межах 25-45 м/с, можливість автоматичної подовжньої і поперечної подачі на глибину. Вони повинні мати систему охолодження, систему, що відсасує пил і високу жорсткість шпінеля, подовжувачів. Рідина для охолодження знижує температуру нагріву деталі, що обробляється. Це знижує місцеві напруження, які можуть призвести до появи тріщин і сколів. Також після кінцевої термічної обробки проводять шліфування спеціальними кругами з синтетичних алмазів або ельбора. Чистота поверхні при обробці інструмента з ельбора може досягати 11-12 класу шершавості.