13. Круговое поперечное выдавливание, высадка выдавливанием {см. операции Мб, Н9, НЮ, НИ, гл. I, табл. 1). Течение металла относительно боковых стенок матрицы - как и при прямом выдавливании. Металл выдавливается в круговую щель постоянной высоты под углом (обычно 90°) к направлению движения пуансона. Длина заготовки, находящейся в матрице, как и при прямом выдавливании, ограничена условиями трения. При полузакрытой штамповке в отличие от обычной высадки практически исключается образование заусенца. Область применения. Обра-вование местных утолщений, фланцев относительно малой толщины и высоты, сплошных и полых штампованных заготовок. Набор металла для последующей штамповки.

14. Поперечное выдавливание канальное {см. операцию Н12, гл. 1, табл. 1). Течение металла относительно боковых стенок матрицы - как и при прямом выдавливании. Металл выдавливается из полости матрицы в калибрующее очко под некоторым углом (обычно 90°) к направлению движения пуансона. Длина заготовки, находящейся в полости матрицы, ограничена условиями трения, аналогичными условиям при прямом выдавливании. Форма поперечного сечения выдавленной части заготовки - круг и многоугольник, выдавленной части- круг, многоугольник и более сложный профиль. Если приостановить процесс на первой стадии, то можно получить выдавленную часть переменного сечения. Область применения. Производство заготовок шестерен, звездочек, крестовин и других деталей с внутренними отверстиями.

15. Радиальное выдавливание {см. операцию Н8, гл. 1, табл. 1). Движение деформирующих элементов штампа направлено по радиусам к центру окружности или касательным, перпендикулярно главной оси заготовки.

16. Редуцирование сплоигного стержня {см. операции Г4, Г7, Д1, Д2, ДЗ, Д4, гл. !, табл. 1). В отличие от выдавливания (см. п. 7) при редуцировании высота заготовки не ограничена условиями трения о боковые стенки матрицы. Наибольшая дефор-

мация ограничена условиями продольной устойчивости свободной ч.чсти заготовки, зависящими от качества торцов, продольной кривизны и состояния заготовки, а также соотношением р <(о )п-1. Направления течения металла и движения деформируемых элементов штампа противоположны. Штамповка зубчатых колес, звездочек, зенкеров, разверток, нумерационных колес кассовых аппаратов и других осесимметричных деталей. Номинальная деформация ограничена; 1) дополнительными напряжениями, под действием которых может наступить разрушение в продольном направлении, особенно при выдавливании канавок, шлицев и т. п.; 2) образованием наплыва (пластической волны) при входе в деформирующую часть матрицы. Устраняют указанные явления оптимизацией режима предварительной термической обработки и профиля матрицы. Область прижне-ния. Производство заготовок ступенчатых валов, болтов и других ступенчатых деталей, шестерен, деталей со шлицами и канавками (см. пп. 7 и 8).

17. Редуцирование полого стержня на оправке {см. операцию Гв, гл. I, табл. 1) Внешнее трение о боковые стенки матрицы практически отсутствует, но наблюдается на поверхностях контакта заготовки и оправки. Деформация ограничена условиями продольной устойчивости свободной части заготовки (см. п 16), условиями трения на поверхностях контакта металла и оправки и соотношением P<J(Os)n-i- Область применения. Производство заготовок тонкостенных гладких и ступенчатых деталей со сквозной и глухой полостью (см. п. 10).

18. Открытая прошивка. Осадка участка заготовки под прошивным пуансоном, сопровождаемая утяжкой в направлении движения пуансона, течением металла в обратном направлении и раздачей в стороны. Кривизна боковой поверхности зависит от соотношения размеров заготовки и полу, чаемой полости. Штамповка заготовок с полостью (полостями) при неотчетливом оформлении торца со стороны полости и боковой поверхности (матриц, пресс-форм и т. п.).

Б. Комбинированные операции

19. Свободная осадка -f- выдавливание {контурная осадка; свободное выдавливание) сплошного стержня. Сжатие металла между параллельными поверхностями: а) круглого кольцевого элемента; б) кольцевых элементов штампа. Свободное течение металла в радиальном направлении, заторможенное контактными силами трения, сопровождается течением в продольном направлении. С увеличением отношения поверхности трения при осадке и при свободном течении сопротивление деформированию увеличивается, пластичность уменьшается. Боковая поверхность фланца не имеет строго заданных форм и размеров. Область применения. Производство заготовок с фланцами, с осесимметрич-ными и неосесимметричными односторонними н двухсторонними выступами и бобышками.

20. Закрытая осадка выдавливание сплошного стержня {см. операцию Л/, гл. 1, табл. 1). Свободная осадка прямое выдавливание (см. п. 19) на первой стадии процесса переходит в закрытую осадку + прямое выдавливание на второй стадии и прямое выдавливание на третьей ста- дии. Область применения. Производство заготовок с фланцами заданных форм и размеров, с осесимметричными и Одно- и двухсторонними выступами и бобышками.

21. Свободная осадка -\- выдавливание {контурная осадка) полого стержня с оправкой. Свободное течение металла в радиальном направлении, заторможенное контактными силами трения; сопровождается течением металла в продольном направлении в зазор между матрицей и оправкой. Область применения. Производство полых осесимметричных деталей с фланцем нз полых заготовок и последовательная штамповка заготовок из полосы или ленты.

22. Двухстороннее выдавливание сплошного стержня. На первой стадии образуются два очага деформации высотой и йп при обратном и прямом выдавливании соответственно. Соотношение скоростей обратного и прямого выдавливания определяется соот-

ношением сечений пресс-остатка и выдавленных частей заготовки, активных и реактивных сил трения в данный момент штамповки. По мере сближения очагов деформации создаются условия для разрушения и отклонений формы пресс-остатка. Для предупреждения этих явлений процесс двухстороннего выдавливания необходимо приостановить при высоте пресс-остатка йцр > fto + п- Область применения см. пп. 7, 8, 11.

23. Прямое выдавливание сплошного стержня -)- обратное выдавливание полости. На первой стадии образуются два очага деформации. Соотношение скоростей обратного и прямого выдавливания определяется соотношением сечений пресс-остатка и выдавленных частей заготовки, активных и реактивных сил трения в данный момент штамповки. По мере сближения очагов деформации создаются условия для потери устойчивости процесса. На второй стадии деформация локализуется в трубчатой зоне, соединяющей ранее действовавшие очаги деформации. Происходит относительное смещение центральной и наружных частей деформируемого тела, завершающееся в общем случае разрушением.

Если процесс был приостановлен иа второй стадии до макроразрушения в зоне локализации деформации, то вследствие накопления микродефектов тело имеет пониженную прочность. Эффект локализации деформации уменьшается с увеличением соотношений диаметров полости и стержня и уменьшением градиента деформации путем оптимизации профиля рабочей части инструмента. Область применения. Для получения деталей, сочетающих полый и сплошной стержни, в целях сокращения технологического цикла и уменьшения нагрузок на инструмент.

Сложность и трудоемкость формоизменения определяется технологичностью конструкции детали. Основные показатели технологичности конструкции детали: 1) форма и размеры детали; 2) технологическая деформируемость исходной Заготовки. Обычно принято классифицировать детали по геометрической форме как наиболее

простому и наглядному признаку. Заданная форма заготовки или детали значительно влияет на выбор маршрута формоизменения и его трудоемкость; кинематику движения инструмента и металла, а соответственно на величину и распределение напряжений и деформаций; конструкцию и работоспособность штампа. Однако при одной и той же форме детали технологические приемы, последовательность операций и конструктивное оформление инструмента могут различаться. Это связано с тем, что, кроме влияния формы, необходимо комплексно учитывать влияние абсолютных размеров (масштабного фактора), соотношения размеров (геометрического подобия), физической природы материала детали (физического подобия).

Размеры деформируемой заготовки в некоторых случаях существенно влияют на пластичность, сопротивление деформации, качество получаемого полуфабриката при соблюдении геометрического подобия. Рассматривая влияние масштабного фактора (при соблюдении геометрического подобия) применительно к технологии выдавливания, необходимо отметить, что с увеличением диаметра сечения исходной заготовки неравномерность распределения по сечению и число различных видов повреждений структуры увеличиваются, качество поверхности и поверхностного слоя в целом (число и глубина дефектов в виде накладов, волосовин, плен и т. п.) ухудшается. Пластичность металла уменьшается, а возможность появления дефектов на готовой детали (скрытых и визуально просматриваемых) - увеличивается.

С уменьшением диаметра сечения отношение площадей поверхности заготовки и верхности контакта с инструментом к объему увеличивается. Возрастает влияние контактного трения и поверхностного упрочнения. Вследствие этого пластичность и особенно сопротивление деформированию, начиная с некоторого критического объема, поперечного размера для сплошной заготовки, толщины стенки для полой заготовки, увеличиваются.

Абсолютные размеры штампуемой детали накладывают определенные ограничения на конструирование ин-

струмента, параметры оборудования и производство в целом. При малом диаметре детали трудно обеспечить прочную и надежную в работе конструкцию пуансонов, оправок, выталкивателей, особенно при наличии полости, тем более что работают они в условиях повышенных сопротивлений деформации. При больших поперечных размерах деталей для обеспечения необходимых прочности и жесткости матриц и других узлов и деталей штампа требуется металлоемкая гро-мо.здкая конструкция, что может заметно снизить эффективность применения процесса.

С увеличением абсолютных размеров штампуемых деталей уменьшается жесткость инструмента (при той же конструкции), резко увеличиваются деформации поперечного и продольного изгиба, снижается однородность структуры и абсолютные величины характеристики механических свойств штамповых сталей и материалов При штамповке более крупных деталей необходимо корректировать существующие и создавать новые конструкции инструмента. К числу перспективных направ.тений относятся:

изготовление инструмента с заданным профилем, компенсирующим деформации изгиба на основе расчета методом конечных элементов и анализа картин муаровых полос;

применение многослойных конструкций из проволоки и ленты, пластически деформируемых бандажей, а также новейших способов производства деталей из порошков, гранул и волокон;

улучшение технологичности конструкции штампуемых заготовок и деталей, содержащих массивные головки (конические, сферические и т. п.), производство которых связано с образованием значительных распорных сил.

Проектирование технологии штамповки неотделимо от обоснования принятого варианта процесса производства исходных заготовок, для оптимального выбора которого необходима технико-экономическая оценка всех основных этапов производства заготовок, начиная от слитка и кончая разрезкой прутка или проволоки. Варианты и основные этапы производства

1. Варианты и основные этапы производства исходных заготовок для холодной и полугорячей объемной штамповки

исходных заготовок для холодной и полугорячей объемной штамповки приведены в табл. 1.

Исходной заготовкой для производства прутков и проволоки, как правило, служат слитки, качество которых определяет качество штампуемых заготовок и деталей и эффективность производства в целом. Слитки получают непрерывным и наполнительным литьем. Слитки, полученные непрерывным литьем, имеют малую газонасыщенность, мелкозернистую равномерную структуру, высокую технологическую деформируемость. Слитки, полученные наполнительным литьем, имеют большую газонасыщенность и низкое качество в целом. Однако большую часть слитков из углеродистых и низкоуглеродистых сталей полу-

чают наполнительным литьем. В по верхностном слое слитков образуются продукты ликвации, следы нетзыго-ревшего смазочного материала, шлаковые засоры, окисные пленки, раковины, пустоты и т. п. Чтобы уменьшить вероятность появления этих дефектов на прутках и проволоке, направляемых на холодную штамповку, необходимо слитки обработать резанием. Однако этот способ применяют ограниченно, уделяя особое внимание оптимизации толщины снимаемого слоя: при недостаточной юлщнне вскрываются подкорковые дефекты, а при превышении снимаемого слоя создаются непроизводительные технологические отходы без улучшения качества проката. В большинстве случаев удаляются лишь крупные дефекты

СЛИТКОВ (шлаковые засоры и т. п.). Местные дефекты должны удаляться только обработкой резанием.

При дальнейшей обработке слитков (нагреве, горячей прокатке, промежуточной термической обработке) выявляются различные дефекты (плены, раковины, пузыри и т. п.), связанные главным образом с газонасыщенностью слитка. Образуются и дополнительные дефекты: избирательное окисление, закатка окалины, следы от налипшего на валки металла и обдирочного шлифования валков, наклады и т. п. По мере вытяжки вследствие действия геометрического фактора дефекты литья и прокатки уменьшаются в абсолютных размерах и приближаются к поверхности. Эффективность снятия дефектного поверхностного слоя обработкой резанием по качеству увеличивается, а по расходу металла и трудоемкости по мере прокатки уменьшается. На некотором этапе при дальнейшей вытяжке, особенно холодной деформации (волочении), эти дефекты выходят на поверхность и постепенно исчезают, т. е. относительная толщина дефектного слоя, достигнув максимума, !ичинает уменьшаться. Стремясь к нулю. Таким образом, при использовании холоднотянутых прутков и проволоки (диаметром 10- 12 мм и менее) и высокой культуре металлургического производства качество поверхности удовлетворяет требованиям технологии штамповки заготовок и эксплуатации деталей. Для более крупных деталей (диаметром до 25-35 мм), которым соответствует основная доля штампуемых деталей, действие геометрического фактора недостаточно, применение холодного многократного волочения па данном этапе нереализуемо. В зависимости от требований технологии и условий эксплуатации может быть применена штамповка из прутков и проволоки, прошедших Калибровку волочением (табл. 1, варианты 2-5) из проката, обработанного на заключительном этапе обдиркой (табл. 1, варианты 5 и 6) или шлифованием (табл. 1, варианты 7 и 8). При использовании наиболее распространенного варианта 3 наблюдаются повышенные отходы из-за растрескивания при осадке, высадке

и других операциях, когда главная ось дефекта направлена перпендикулярно деформации удлинения поверхностного слоя. Обработка резанием проката по всей поверхности (табл. 1, варианты 5-8) связана с повышением трудоемкости и расхода металла. Обдирка производительней шлифования, но при ней образуются поперечные риски, снижающие деформируемость заготовки. Поэтому обдирка должна проводиться либо перед калибровкой, либо после первой протяжки с целью стабилизации условий резания (табл. 1, вариант 4), Неотожженный сортовой прокат из легированных сталей имеет пониженную обрабатываемость резанием; с учетом повышенных требований к качеству продукции приобретает актуальность использование схем, предусматривающих шлифова!ше и полирование.

С увеличением диаметра или размеров поперечного сечения проката до 100-150 мм действие геометрического фактора резко уменьшается. Практическая реализация калибровки волочением значительно затрудняется, а интенсивность повышения качества проката сильно уменьшается. Соответственно прокат больших диаметров, направляемый на холодную и полугорячую штамповку, должен подвергаться обдирке или обдирочному шлифованию (заготовки из легированных сталей) на значительную глубину (до 1,2-1,5 мм и более) с последующим полированием или матированием. Матирование железными щетками позволяет удалить мелкие плены и другие аналогичные дефекты и одновременно повысить способность поверхности металла к адсорбции смазочного материала.

Наиболее эффективным методом разрезки прутков диаметром 50-150 мм является отрезка в специализированных штампах с применением, если необходимо, подогрева, переохлаждения и повышения скорости движения ножа и штампа. При склонности к винтовым вырывам и при других аналогичных особенностях разрушения сплавов представляет интерес использование лазера (табл. 1, вариант 9) и других высокоэнергетических методов.

2. Рекомендуемые (предельно допустимые) суммарные отиосительные деформации при выдавливании, %