и по длине. При крупносерийном производстве в целях повышения производительности устанавливают многоместные штампы, в которых одновременно штампуется несколько одинаковых деталей (обычно две или три).

Для штамповки заготовок относительно небольшой длины или высоты Я/£)<0,5, т. е. для плоскостной калибровки и других операций (если требуются небольшие ходы рабочего инструмента и выталкивателя) применяют чеканочные прессы. При решении получить низкие детали методами холодной пластической деформации необходимо сравнить эффективность применения обычных способов холодной штамповки со способами холодного объемного деформирования локальным нагружением с применением качающегося и вращающегося инструмента.

Наиболее универсальными и легко-переналаживаемыми по номенклатуре штампуемых деталей, размерам в плане и по длине, технологической деформируемости исходных заготовок, требованиям к нагрузочному графику по длине хода являются гидравлические прессы. Значительным преимуществом гидравлического пресса является независимость допустимой силы от Положения ползуна (пуансона). Это позволяет применять как вертикальные, так и горизонтальные гидравлические прессы для выдавливания удлиненных деталей, в том числе ступенчатых валов длиной до 1 м и более, массой до 10 кг и более.

Характерным также является жесткость пресса, простота наладки штампа, надежность и простота ограничения хода ползуна в зависимости от заданных значений допустимых сил и высотных размеров пресс-остатка (перемычки и т. п.). В ряде случаев необходимость снижения скоростей деформирования вызвана физической природой металла и технологическими особенностями процесса. При определенных условиях, зависящих от физической природы металла, активных и реактивных сил трения и соотношения поперечных размеров и толщины перемычки, процесс пластической деформации при холодном выдавливании прекращается, и наступает срез. Наибольшую опасность это яв-

ление представляет при совмещением выдавливании заготовок, форма которых образована полым и сплошным стержнем и полостью, если диаметр полости равен или несколько больше диаметра стержня. Снижение скоростей деформировения создает условия для стабилизации процесса, так как сила выдавливания уменьшается по сравнению с силой при штамповке на автоматах не менее чем на 8-10%, а максимальная деформация сдвига соответственно увеличивается.

Снижение скорости деформирования дает положительный эффект также при заполнении различных элементов полости штампа путем радиального и бокового выдавливания. При выдавливании полостей глубиной более диаметра заметно повышается стойкость пуансонов. Однако обычные гидравлические прессы имеют малую производительность, механизация транспортных операций затруднена, вследствие чего их применяют только при мелкосерийном производстве. С учетом технологических преимуществ гидравлических прессов освоено производство быстроходных прессов (скорость деформирования до 4 мм/с и более, число ходов в минуту до 25- 30). Конструкция таких прессов предусматривает возможность установки многоместных и многопозиционных штампов с универсальными блоками и механизацию транспортных операций.

Многопозиционные штампы устанавливают на специализированные прессы для холодного выдавливания (обычно механические, реже - гидравлические). Исходные заготовки получают в штампе для точной отрезки. В некоторых случаях при крупносерийном и массовом производстве отрезка заготовок, их калибровка и предварительное фасонирование проводятся на однопозиционном прессе-автомате (при диаметре заготовки до 22-25 мм). После этого заготовку подвергают РТО, очистке от окалины и загрязнений, покрытию носителем смазочного материала и смазыванию. В зависимости от сложности формы готовой детали и деформируемости заготовки проводится штамповка на одной или двух машинах. В некоторых

случаях на пресс устанавливают штамп с числом позиций 8-12, часть из которых используется для первой, а остальные для второй штамповки, а также два синхронно действующих механизма загрузки (бункера). При штамповке на многопозиционных штампах номенклатура деталей как по штампуемости материала, так и по форме и размерам значительно расширяется. Обеспечивается возможность штамповки деталей из сталей с повышенной прочностью (стали 35, 45, 40Х и др.), с диаметром до 100 мм и более и длиной до 1 м и более. По сравнению с однопозиционной штамповкой на прессе достигается более высокая механизация процесса и производительность, отсутствует резкое ограничение числа операций. Иногда в конструкции многопозиционных штампов предусматривают позиции для дополнительного смазывания заготовки по переходам. Таким образом, многопозиционная холодная объемная штамповка на прессах сочетает универсальность и -высокие показатели механизации, автоматизации, а соответственно и высокую производительность, j

Для обеспечения высокой и стабиль-нон стойкости инструмента и качества деталей, [итампуемых на прессах, плоские поверхности и оси исполнительных механизмов машины должны быть ортогональными и сох-ранягь ортогональность, плоскостность и прямолинейность в течение всего цикла, включая вспомогательный ход до момента начала штамповки, рабочий ход и возвращение всех механизмов в исходное положение. Точность размеров штампованных заготовок по высоте увеличивается, стойкость рабочих частей штампов, особенно пуансонов для выдавливания глубоких полостей, уменьшается с увеличением продольной жесткосги станины и пресса в целом.

Точность направляющих и поперечная жесткость станины - важнейшие характеристики качества пресса, определяющие отклонения осей заготовки н частей штампа. Стол и ползун пресса должны быть достаточно жесткими против изгиба, иметь точные направляющие практически без зазоров.

К конструкции пресса, рассчитантюго на возможность установки многоно-зидионного штампа, предъявляются дополнительные требования, исключающие взаимное влияние позиций штампа. Поперечная жесткость исполнительного механизма пресса для многопозиционной штамповки должна обеспечивать заданную точность позиционирования, исключать боковое смещение ползуна вследствие асимметрии нагрузки, определяемой как технологией, так и возможностью отсутствия заготовок на некоторых позициях штампа.

Технологический процесс изготовления штампованных заготовок и готовых деталей холодной объемной Штамповкой состоит из разделительных, формоизменяющих и других операций (термической обработки, химической, электрохимической и механической обработки иоверхиости, гибки и пр.). В зависимости отфпзико-механических свойств и штампуемости материала заготовки, формы, размеров, назначения и объема выпуска деталей, типа и параметров применяемых прессов и штампов одни операции могут повторяться несколько раз, а другие, кроме формоизменяющих, - отсутствовать. Формоизменение осуществляется за Одну или несколько операций, в каждой из которых могут быть использованы как простые, так и комбинированные процессы.

Технико-экономическая эффективность и успешное освоение процессов производства деталей, основанных на применении холодной объемной штамповки, определяются правильностью проектирования процесса. Технологический процесс проектируют поэтапно.

1. Анализ технологичности конструкции детали и ее отдельных элементов (форма, абсолютные размеры; материал, механические свойства, точность размеров, шероховатость поверхности и другие показатели качества) и разработка чертежа штампованной заготовки. Чертеж штампованной заготовки - основной исходный документ при проектировании технологического процесса. Однако при анализе предварительных и отработке окончательного вариантов тех-

пологий технолог совместно с конструктором , должны откорректировать чертеж детали, если это позсоля-ет улучшить технологичность детали, а соответственно упростить и сократить технологический (шкл; увеличить стабильность процесса; сократить расходы на инструмент и повысить его стойкость; повысить уровень механизации и автоматизации выдавливания, предварительных, промежуточных и доделочных операций и т. п.

В процессе разработки чертежа штампованной заготовки технолог изучает условия работы детали, требования к ней и анализирует существующий процесс изготовления, на основании чего определяет целесообразность разработки и внедрения новой технологии. Если деталь изготовляют впервые, то необходимо сравнить различные варианты ее изготовления с обработкой резанием, горячей штамповкой, литьем и т. д. Основными технико-экономическими показателями при предварительном обосновании являются: коэффициент использования материала, объем выпуска и тру-дое.чкость изготовления деталей.

2. Расчет объема заготовки по чертежу заготовки, выбор формы и размеров исходного материала (пруток. Лист и т. д.) по сортаменту, выпускаемому промышленностью.

3. Определение технологических операций подготовки материала (травление, обдирка, правка, термическая обработка и т. п.).

4. Выбор способа ра.зделения исходного металла на заготовки (отрезка в штампе на прессе или ножницах, резка на пилах и т. д.).

5. Выбор технологии подготовки заготовки к выдавливанию (калибровка, образование фасок, термическая обработка, подготовка поверхности и т. д.), составление технических условий на заготовку.

6. Разработка технологического процесса формоизменения с определением числа операций, целесообразности их совмещения или последовательного проведения, расчет переходов с определением единичных и суммарных деформаций, удельных и полных технологических сил на основе использования диаграмм пластичности и

кривых упрочнения. Особое внимание необходимо обратить на равномерность деформации в различных элементах и объемах поковки и соответственно возможность концентрации на-, пряжений, значение дополнительных растягивающих напряжений, что может привести к ухудшению качества продукции (короблению, неоднородности структуры, снижению прочности, появлению микро- и макротрещин).

При разработке технологических процессов штамповки деталей сложной формы рассматривают целесообразность применения совмещенного и других комбинированных процессов (высадки и редуцирования и др.), анализируют возможные варианты кинематики движения инструмента и течения металла и регулирования напряженного состояния в очаге деформации с целью улучшения качества детали и характеристик технологической деформируемости. При штамповке на прессах необходимо стремиться к уменьшению числа переходов, снижению нагрузок на инструмент путем оптимизации кинематики движения инструмента и течения металла, а также напряженного состояния в очаге деформации, отсутствию промежуточных операций.

На основании результатов разработки процессов фор.моизменения уточняются: а) профиль, сортамент, способ получения заготовки и необходимость ее калибровки (прокатки, прессования, волочения), состояние (горячекатаное, холоднотянутое, отожженное и т. д.) и показатели качества (механические свойства; наличие поверхностных дефектов в виде накладов, плен, волосовин и пр.) исходного материала; б) способ разделения исходного материала на заготовки; в) необходимость и режимы проведения предварительной, промежуточной и окончательной термической обработки, калибровки заготовок, очистки поверхности и ее подготовки к выдавливанию, а также других вспомогательных операций; г) технические условия на исходную заготовку (размеры и их допуски, механические свойства, наличие фасок, калибровка торцов и т. п.).

7. Выбор конструкции и расчет размеров рабочих деталей инструмента для штамповки (пуансонов, матриц, оправок); особое внимание уделяется форме, точности размеров, шероховатости поверхности деформирующих частей рабочих деталей; разработка технического задания на проектирование штампа. Для успешного внедрения процесса холодной объемной штамповки необходимо, чтобы все работы по проектированию, изготовлению и отладке штампа проводились при непосредственном участии и руководстве технолога, разрабатывающего технологический процесс штамповки и sa-дание на проектирование штампа.

8. Разработка технологических требований к оборудованию для формоизменения (сила и график нагрузки, величина хода, наличие и сила выталкивателей, длина и конструкция направляющих и т. д.), а также для проведения предварительных, промежуточных и доделочных операций; выбор необходимого оборудования согласно типажу, выпускаемому промышленностью; разработке технического задания на средства механизации, автоматизации процессов и охраны труда при штамповке и других операциях, а также мероприятий по охране окружающей ереды. Необходимо отразить важнейшие направления научно-технического прогресса: разработку и внедрение гибких производственных систем (гибкой технологии), автоматизированных систем управления технологическими процессами, использование промышленных роботов.

Однако при организации новых специализированных участков и цехов для холодной объемной штамповки, особенно для производства деталей с повышенными размерами (диаметр 50-100 мм и более) и массой (1-3 кг и более), необходимо создавать технологические комплексы, а при крупносерийном и массовом производстве - автоматы и автоматические линии, удовлетворяющие современным требованиям технологии, механизации и автоматизации, охраны труда и охраны окружающей среды, а не выбирать их по каталогам ранее созданных видов оборудования.

3. Примерные относительные затраты (%) при различных видах штамповки

9. Расчет технико-экономической эффективности перехода от существующего процесса производства детали к холодной объемной штамповке. Сравнительная оценка эффективности ра.зличнь!Х способов производства заготовок.

При сравнительной оценке эффективности различных способов производства заготовок основными характеристиками обычно служат:

коэффициент использования материала (КИМ), который при холодной объемной штамповке в среднем составляет 0,9-0,98, полугорячей штамповке 0,8-0,9, горячей штамповке (с учетом технологических отходов) 0,5-0,75, обычных способах литья 0,6-0,75, точном литье 0,8-0,9, обработке резанием 0,3-0,6;

производительность, которая по сравнению с обработкой резанием при холодной объемной штамповке на прессах больше в 10-15 раз, горячей прокатке (поперечно-винтовой, поперечно-клиновой, поперечной) - в 8-12 раз, полугорячей штамповке - в 5-10 раз, горячей штамповке - в 3-5 раз. Примерные относительные затраты при различных способах штамповки заготовок приведены в табл. 3.

Важными критериями оценки эффективности являются также расход инструмента и эксплуатационные свойства детали (прочность, пластичность,

4. Относительная эффективность (%) различных видов штамповки (при оптимальных областях их использования)

Показатель

Штамповка

холодная

горячая

полугорячая

Материал

Трудоемкость штамповки Инструмент

Расход энергии на обработку Срок службы детали

60-20 30-5

180-

80 180-

110- 70 70-40

250-

150 300-

Св. 125

70-201 60-20i

200-

100 200-

При сравнении с литьем эффективность дополнительно увеличивается.

Эффективность обработки резанием принята равной 100 %.

ударная вязк(х;гь, герметичность и др.) Последние, как правило, не учитываются, хотя вследствие повышения эксплуатационных свойств деталей, снижения их металлоемкости фактическая эффективность от улучшения эксплуатационных характери-

стик может не уступать значимости других основных, а иногда и превосходить все характеристики, вместе взятые. Наилучшие показатели (табл. 4) имеет холодная объемная штамповка, возможности которой особенно широки при сочетании е термической обработкой.

При сравнительной оценке необходимо учитывать расход энергии не только при данном виде производства заготовок, но и на воспроизводство металла из образующихся отходов. Расход энергии в зависимости от способа производства заготовок приведен в табл. 5, Расход энергии при изготовлении заготовок горячей штамповкой принят по нижнему пределу, а КИМ при горячей штамповке и обработке резанием - по верхнему. Несмотря на это, суммарный расход энергии с учетом КИМ при холодной и полугорячей штамповке значительно ниже, чем при горячей штамповке и особенно при обработке резанием.

Методику подсчета экономической эффективности процессов холодной объемной штамповки и других способов производства точных заготовок необходимо совершенствовать е учетом расходов не только в машиностроении но и в металлургии и при эксплуатации машии.

Наряду с холодной, теплой и полугорячей объемной штамповкой на основе применения различных схем формоизменения и регулирования напряженно-деформированного состояния ке-

5. Примерный расход энергии в зависимости от способа производства заготовок

талла в полости штампа, значительным резервом расширения технологических возможностей холодного объемного деформирования является поиск, разработка и внедрение процессов с принудительной локализацией деформации, при которых поверхность контакта инструмента и металла уменьшена в 2-3 раза и более.

К числу наиболее перспективных процессов о принудительной локализацией деформации относятся:

ротационное выдавливание, при котором осуществляется деформация вращающейся заготовки шариковым или роликовым инструментом; можно получать тонкостенные детали с широким интервалом диаметров и длин из сплавов цветных металлов, углеродистых и легированных сталей;

обкатка, при которой осуществляется деформация неподвижной заготовки, инструмент совершает поступательное движение и одновременные движения обкатки (качения), перемещаясь по верхнему торцу заготовки; можно обкатывать боковые поверхности стержневых и полых ступенчатых деталей диаметром до 250 мм и более длиной до 3000 мм;

поперечно-клиновая прокатка и раскатка; можно получать ступенчатые детали, детали с резьбой, шлицевыми и зубчатыми конструктивными элементами; торцовая раскатка штучных заготовок и непосредственно из труб и прутков позволяет совмещать обработку нескольких поверхностей заготовки, получать крупногабаритные детали, производство которых на основе высадки и выдавливания практически невозможно; осуществлять процесс о весьма значительными деформациями (до 95 %) даже из труднодеформируе-мых материалов, совмещать формоизменение и отделение штампованных заготовок от исходного проката, сокращая расход металла на 25 % и более;

деформирование качающимся инструментом, которое позволяет получать детали типа дисков, шайб с буртами, зубчатых колес, осуществлять вытяжку с утонением и выдавливание глубоких полостей при значительном сокращении нагрузок на инструмент.

Сочетание процессов с принудительной локализацией деформации и холодной, а также теплой и полугорячей штамповки позволяет дополнительно расширить размеры, массу и толщину стенки детали, увеличить сложность наружного и внутреннего контуров.

3. ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ СХЕМЫ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ

ПРОЦЕССОВ, ОСНОВЫ

ИХ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПРИ

ШТАМПОВКЕ НА ОДНО-

И МНОГОПОЗИЦИОННЫХ

АВТОМАТАХ

В промышленности применяют две основные схемы технологических процессов.

Процесс производства деталей по первой схеме состоит из четырех основных этапов: 1) разделка проката на мерные заготовки; 2) разупрочня-ющая термическая обработка заготовок; 3) подготовка поверхности заготовок; 4) штамповка. Штамповка при первой схеме осуществляется, как правило, на вертикальных прессах с установкой одно- или многопозиционного штампа.

Процесс производства деталей по второй схеме состоит из трех основных этапов: 1) разупрочняющая термиче-I екая обработка проката; 2) подготовка * поверхности проката; 3) штамповка. Штамповка при второй схеме прово- дится на одно- или многопозиционных ; автоматах, на которых прокат подвер-: гают правке и подают на позицию отрезки, а затем мерную заготовку нередают на штамповку.

В зависимости от конкретных условий производства (объема выпуска, размеров и сложности формы детали, деформируемости заготовок) схемы можно упрощать и усложнять, совмещать и применять последовательно.

Штамповка на автоматах так же как и на прессах, может быть однопо-зиционная и многопознционная.

Однопозиционные автоматы, совмещающие отрезку и одну штамповочную позицию, применяют для получения деталей простой формы, как