Способы изготовления отливок. 2 страница

Имеются машины с вертикальной холодной камерой прессо­вания, например 71217, отличающиеся меньшими габаритными размерами, но имеющие более длительный цикл и меньшую про­изводительность. Во многих случаях имеющиеся на заводах вертикальные машины заменяются горизонтальными.

Машины с горячей камерой прессования 4 (рис. 1.12, б ) отли­чаются высокой производительностью. Эта камера находится в тигле с расплавленным металлом 5. Части пресс-формы 11в момент прессования сжаты гидроцилиндром 9 через рычажный механизм запирания 8 между подвижной 10 и неподвижной 12плитами. При движении прессового поршня 2 вниз под действием гидроцилиндра 1 сплав движется по металлопроводу 6, мунд­штуку 7 и заполняет пресс-форму. После затвердевания отливки поршень идет вверх, и остатки сплава сливаются в камеру прес­сования, а сплав из тигля через открывшееся отверстие 3 напол­няет камеру. Подвижная плита отводится влево механизмом запирания машины, отливка выталкивается из пресс-формы. Затем пресс-форма обдувается, смазывается, смыкается и цикл повторяется. Машина-автомат для литья под давлением с горячей камерой прессования 713А05 предназначена для получения отли­вок из цветных сплавов (цинковых, оловянных, свинцовых) в серийном и массовом производстве.

1.6. Литье в металлические формы

Отливки, залитые в металлические формы, имеют большую точность размеров и низкую шероховатость поверхности, чем при литье в песчаные формы. Такие отливки требуют меньшего припуска на механическую обработку. Структура металла получается более мелкозернистой, повышается его прочность. Устраняется необходимость в формовочном и смесеприготовительном хозяйстве, улучшаются технико-экономические показатели производства и санитарно-гигиенические условия труда. К недостаткам способа относятся: большая стоимость изготовления формы; повышенная теплопроводность формы, приводящая к пониженной заполняемости форм металлом вследствие быстрой потери жидкотекучести. В целях получения качественной отливки и удлинения срока службы кокиль в процессе работы поддерживают в нагретом состоянии.

Металлические формы – кокили – являются многоразовыми литейными формами, заполняемыми свободной заливкой. При литье средних по величине отливок чугунные кокили выдерживают 0, 1 – 0, 3 тысячи заливок стали, 1 – 3 тыс. заливок чугуна, 1 – 8 тыс. заливок медных сплавов, десятки тысяч заливок алюминиевых, магниевых, цинковых сплавов. Кокили бывают вытряхные, створчатые, с параллельным разъемом, с несколькими разъемами.

Вытряхные кокили применяются в мелкосерийном и серийном производстве для отливок простой формы. Створчатые кокили состоят из двух полуформ. Они применяются для отливок, форма которых позволяет раскрывать кокиль поворотом полуформы относительно оси.

Самые сложные отливки из черных и цветных сплавов в серийном и массовом производстве позволяют получать кокильные машины. При массовом производстве изделий заготовки получают на автоматических многопозиционных установках. Автоматически выполняются подготовка металлической формы и ее заливка, выбивка, транспортировка к очистным агрегатам и очистка заготовок.

1.7. Центробежное литье

Способ обеспечивает высокое качество исходных заготовок, представляющих собой тела вращения – гильзы, кольца, втулки, трубы, зубчатые колеса. Центробежное литье получают на центробежных машинах в металлической форме, вращающейся относительно горизонтальной или вертикальной оси. Заливаемый металл центробежными силами отбрасывается на периферию формы, что позволяет получать полые отливки без применения стержней. Заготовки имеют высокую плотность по наружной поверхности и более точный ее профиль, но внутренняя поверхность имеет меньшую плотность и более грубая. Преимущества: повышается качество заготовок, уменьшается расход жидкого металла, снижаются трудоемкость и себестоимость последующей обработки резанием. Используются машины литейные центробежные ЛН102А и ЛН104Б, ЦЛ288, ЦЛ269.

2. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ

2.1. Общие вопросы кузнечно-штамповочного производства

В основе кузнечно-штамповочного производства лежит способность материалов деформироваться, т.е. изменять свою форму без разрушения под действием внешних сил. Кузнечно-штамповочное производство позволяет получать фасонные заготовки, отличающиеся лучшими механическими характеристиками материала (особенно пластичности и вязкости) по сравнению с литыми заготовками, что обеспечивает повышенную надежность деталей. В таких заготовках отсутствуют поры и раковины, возможные в литье, но недопустимые в ответственных деталях, от стабильной работы которых зависят жизнь и здоровье людей. В самолете до 80-90 % деталей, а в автомобиле до 85 % деталей – штампованные. Однако подобные заготовки проще по форме и дороже по цене.

В настоящее время из всех видов кузнечных машин, используемых в стране, около 60 % приходится на кривошипные кузнечно-штамповочные машины. Это объясняется их простотой в обслуживании, возможностью организовывать процессы штамповки в автоматическом режиме, длительным сохранением стабильности регулировки и высокими точностными характеристиками штампуемых изделий. Кроме того, современные кривошипные кузнечно-прессовые машины наиболее полно отвечают требованиям эргономики и оказывают минимальное воздействие на окружающую среду.

К методам получения заготовок обработкой давлением относятся ковка, штамповка, прессование.

2.2. Резка и нагрев заготовок

К подготовительным операциям обработки металлов давлением относятся резка заготовок и нагрев металла.

Резка проката и слитков - самая распространенная операция металлообработки. Кривошипные ножницы выполняют резку заготовок сдвигом одной части заготовки относительно другой. Имеются кривошипные ножницы для резки сортового проката (круглого, квадратного, профильного), листового проката и комбинированные. Сортовые ножницы выпускаются с номиналь­ным усилием до 40 МН (модель НА1546), они могут резать круглые штанги диаметром до 320 мм (при s_в = 500 МПа), квадрат со стороной до 300 мм, полосу 450 х 200 мм и совершают 12 ходов в минуту. Мелкие сортовые ножницы могут совершать до 50 ходов в минуту.

Сущность такого способа резки прутков (рис. 2.1, а) состоит в том, что в верхнем положении ножа 4 и прижима 3 пруток 2подается до упора 6, после чего прижим опускается и прижимает пруток к неподвижному ножу 1, затем подгонной нож отре­зает заготовку 5. Длина заготовки меняется регулированием упора.

Резка на кривошипных ножницах высоко производительна и происходит без отходов, вызванных самим процессом резки.

Недостатком является искажение формы заготовки, косина (не­перпендикулярность торцов образующей заготовки), смятие с и утяжины у. Не всегда удовлетворительна и точность резки. Для уменьшения искажений формы заготовки выпускаются нож­ницы (Н1834 и Н1838) для резки с дифференциальным зажимом, при которой пруток и заготовка зажимаются силой Q, пропорци­ональной усилию резки Р. Резку с предварительным подогревом применяют для предотвращения дефектов (трещин), снижения усилия и повышения точности отрезаемых заготовок.

Рис. 2.1 Схема резки заготовок

Разрезка в штампах на прессах позволяет добиться более высокой (чем на ножницах) точности размеров и формы. Применяется также холодная ломка на прессах проката, на который предварительно нанесены канавки – концентраторы напряжений. Точность ломки невысока.

Отрезка заготовок со снятием стружки на отрезных станках отличается высокой точностью и практически отсутствующим искажением сечения заготовки в зоне реза, однако имеет меньшую производительность и сопровождается отходом металла в стружку.

Применяется также газокислородная резка сортового и листового проката.

Для резки листа применяются ножницы кривошипные листовые, которые могут быть гидравлическими, высечными, двухдисковыми и многодисковыми.

Нагрев металла перед обработкой давлением предназначен для уменьшения в 10-15 раз сопротивления металла деформированию и повышения его пластичности. Нагревательные устройства кузнечных и штамповочных цехов делятся на пламенные, электрические и комбинированные. Пламенные печи работают на природном газе или мазуте, такой нагрев универсален и дешев. По характеру распределения температуры в рабочем пространстве печи делятся на камерные (температура одинакова во всех точках рабочего пространства) и методические (температура растет от места загрузки заготовок к месту их выгрузки).

Методические печи могут иметь две, три, четыре зоны с различной температурой. В методических печах (рис. 2.2, а) заготовки 2 перемещаются толкателем 1(транспортером, шагающими балками и др.) по подкладкам 3 от места загрузки к окну для выдачи нагретых заготовок 4, навстречу потоку продуктов сгорания топлива от горелок 5 (для газа) или форсунок (для мазута). В зоне I печи производится предварительный подогрев, в зонеII - нагрев до окончательной температуры, в зоне III температура в разных точках заготовки выравнивается.

а

б

Рис. 2.2. Схемы нагревательных устройств

Электронагрев более дорог, но позволяет достичь более высокой производительности труда, провести полную автоматизацию, улучшить условия труда. Основные виды оборудования для электронагрева: электропечи сопротивления, индукционные нагреватели, установки электроконтактного нагрева.

Паровоздушные ковочные молоты по принципу действия похожи на пневматические, но приводятся в действие паром или подогретым сжатым воздухом давлением 0, 7-0, 9 МПа. Для их работы на заводе требуется наличие котельной или компрессорной. Делятся на арочные 1343А (рис.2.4), мостовые М1547 и одностоечные. Арочные и мостовые молоты имеют массу падающих частей от 1 до 8 тонн.

Рис. 2.4. Арочный паровоздушный ковочный молот

Гидравлические ковочные прессы (рис.2.5) являются машинами статического действия, они характеризуются величиной развиваемого усилия. Усилие создается с помощью водной эмульсии или минерального масла, подаваемых в рабочий цилиндр 6 под давлением 20-30 МПа. Плунжер 5 передает усилие подвижной поперечине 4, несущей верхний боек 2 и перемещающейся по колоннам 3. Нижний боек 1 устанавливается на нижней неподвижной поперечине 12, которая колоннами 3 соединена с верхней неподвижной поперечиной 10, несущей рабочий цилиндр. Подъем подвижной поперечины вверх осуществляется подачей рабочей жидкости в возвратные цилиндры 9, плунжеры 8 которых посредством верхней поперечины 7 и тяг 11 поднимают подвижную поперечину. Выпускают прессы усилием от 5 до 125 МН. Область применения – изготовление крупных поковок из слитков до 400 тонн. Пример маркировки ПБ1341.

Рис. 2.5. Гидравлический ковочный пресс

При ковке в штампах металл ограничен со всех сторон стенками рабочей полости штампа и при деформации приобретает форму, соответствующую этой полости. Способ применяется в массовом и крупносерийном производствах.

Основные средства автоматизации ковки: ковочные краны, ковочные манипуляторы, столы подъемно-поворотные.

Ковочные мостовые краны имеют две тележки: главная пред­назначена для манипулирования изделием (подача слитка под пресс, кантование его в процессе ковки); вспомогательная - для переноса инструмента и поддержки концов заготовки в процессе ковки. Ковочные поворотные краны применяют для обслу­живания молотов с массой падающих частей 0, 5 т и выше: для загрузки печей, подачи заготовок от печи к молоту, манипулиро­вания заготовкой в процессе ковки, удаления поковки от молота. Для передачи заготовок и поковок применяют разнообразные склизы и конвейеры. Посадочные машины подают заготовки к печи, загружают их в печь, выдаютих из печи к прессу.

Ковочные манипуляторы зажимают заготовку клещами, перемещают ее, вращают в горизонтальной плоскости (кантуют) и поднимают ее. Манипуляторы для инструмента подносят и удерживают инструменты в процессе ковки.

Столы подъемно-поворотные применяют для обеспечения за­хвата и перехвата заготовки манипулятором. Из печи заготовки укладывают на стол, находящийся на уровне пола. После подъема стола заготовка может быть захвачена манипулятором. Для пере­хвата заготовки манипулятор кладет ее на стол, который повора­чивают на 180 °, после чего манипулятор берет заготовку за другой конец.

2.4. Штамповка

Штамповка – способ обработки металлов давлением, при котором течение металла ограничено поверхностями полостей и выступов штампа. Штамп - металлическая форма, верхняя и нижняя части которой образуют замкнутую полость по форме изготовляемой детали – штамповки. В зависимости от формы заготовки (лист, прокат и т.д.) и оборудования различают объемную и листовую штамповку, в зависимости от температуры процесса - холодную штамповку и горячую. Прообразом штамповки можно считать чеканку монет. Преимущества метода: в десятки раз производительнее ковки, штампованные детали имеют в 2-3 раза меньшие припуски на обработку, чем кованые, т.е. выше процент использования металла, возможность получать заготовки более сложной конфигурации.

Для горячей объемной штамповки применяются паровоздушные штамповочные молоты, кривошипные горячештамповочные прессы, винтовые прессы, гидравлические штамповочные прессы, горизонтально-ковочные машины.

Паровоздушные штамповочные молоты (ПШМ) (рис. 2.6) конструктивно несколько отличаются от ковочных паровоздушных молотов.

Рис. 2.6. Паровоздушный штамповочный молот

и штамп к нему

При штамповке металл, преодолевая сильное сопротивление, вытекает из штампа, заполняя заусенечную (облойную) канавку. Удары молота в этот момент гораздо жестче, чем при ковке. Поэтому для обеспечения повышенной точности поковок шабот 2 ПШМ и фундамент 1 гораздо массивнее, чем у ковочных молотов, стойки 4 установлены непосредственно на шаботе и связаны подпружиненными болтами во избежание разрыва болтов при жестких ударах. ПШМ имеют регулируемые направляющие 3 бабы 5 для установки необходимого зазора. Парораспределительным золотником 7 посредством педали 9управляет сам штамповщик (а не подручный, как при ковке). При ненажатой педали криволинейный рычаг 5, воздействуя на парораспределитель, заставляет бабу качаться в верхнем положе­нии, так как пар попеременно поступает в поршневую и штоковую полости рабочего цилиндра 6. ПШМ - машины динамического действия и их главной энергетической характеристикой является масса падающих частей. Изготовляются ПШМ с массой падающих частей от 0, 63 до 25 т.

Инструментом при штамповке на ПШМ служит штамп, ниж­няя половина которого показана на рис. 2.6, б. Штамп может иметь от одного до нескольких ручьев (на рисунке - 4). Ручей - совокупность вырезов в верхнем и нижнем штампе, одновременно деформирующих заготовку. Штамп - инструмент специальный, предназначенный для получения только одного типоразмера поковки. Вследствие ударного характера работы ПШМ, верхний и нижний штампы - массивные монолиты из дорогой легированной штамповой стали для горячего деформиро­вания (например, 5ХНВ, 5ХГМ, 5ХНМ или др.). Их обработка производится на копировальных станках или станках с ЧПУ, она длительна, трудоемка и дорога. Однако по сравнению с ковкой штамповка обеспечивает значительно более высокую производи­тельность, позволяет получать более сложные, приближенные по формам и размерам к детали поковки, требующие меньшего объема обработки резанием за счет меньших припусков.

Суммируя достоинства и недостатки штамповки на ПШМ, можно сказать следующее. ПШМ позволяют получать поковки с большой разницей площадей поперечных сечений по длине без привлечения другого оборудования. Вследствие отсутствия вы­талкивателей в штампах уклоны на поковках значительны. ПШМ требуют для своей работы наличия котельной для производства пара или подогрева сжатого воздуха, получаемого в компрессорной; остальное штамповочное оборудование имеет электрический (в наше время - универсаль­ный) привод. Штамповка на ПШМ требует хорошей подготовки рабочего. Резкие удары ППМ могут сильно мешать работе сосед­него оборудования, сотрясая его, поэтому ПШМ часто устанавли­вают на амортизаторы-виброгасители. Ударный характер работы приводит к повышенной опасности для работа­ющих, требует от них повышенного внимания и ведет к повышен­ной утомляемости, однако делает ПШМ предпочтительными для получения поковок с относительно высокими ребрами.

Кривошипные горячештамповочные прессы (КГШП) (рис. 2.7) приводятся от электродвигателя 1. Через передачи вращение передается на шестерню 5, свободно сидящую на криво­шипном валу 4. При нажатии штамповщиком педали фрикционная муфта 6 соединяет шестерик 5 и вал 4, кривошип поворачивается и связанные с ним шатун 3 и ползун 7 движутся в направля­ющих вниз, деформируют заготовку и, пройдя нижнюю мертвую точку, возвращаются. В верхнем положении ползуна муфта 6выключается и тормоз 2 останавливает кривошипный вал 4. Верхняя плита блока 8 крепится к ползуну и ходит по двум направляющим колонкам 13.

Рис. 2.7. Кривошипный горячештамповочный пресс

Штамповые ручьи располагаются во вставках 9 и 10, имеющих выталкиватели 14 и в закрепленных в верхней 8 и нижней 11 плитах блока. Стандартный блок имеет три пары вставок. Клин 12 позволяет регулировать штамповую высоту.

Скорость движения ползуна КГШП (около 0, 8 м/с) примерно в 10 раз меньше, чем у ПШМ, т. е. его воздействие на заготовку близко к статическому, и главной характеристикой КГШП яв­ляется развиваемое им усилие, которое может быть от 6, 3 до 125 МН. Считается, что при штамповке 1 (одна) тонна массы падающих частей ПШМ эквивалентна 10 МН усилия КГШП.

Неударный характер работы КГШП влечет за собой некоторые последствия. Хуже заполняются тонкие глубокие полости в штампе вследствие отсутствия действующих на металл инер­ционных сил. Хуже чем на ПШМ отделяется окалина, что делает необходимым введение механической очистки или гидроочистки либо применение безокислительного и малоокислительного на­грева. Штампы изготовляются сборными. Фундаменты КГШП не столь мощны, как у ПШМ, здания прессовых цехов могут быть более легкими и дешевыми, сотрясение при работе КГШП значительно слабее и поэтому не так вредно сказывается на работе окружающего оборудования, как сотрясе­ние при работе ПШМ. Отсутствие шума и сотрясений снижает утомляемость работающих. Работа на КГШП более безопасна и требует менее высокой квалификации, чем на ПШМ. Верхний и нижний штампы КГШП имеют выталкиватели, что позволяет уменьшить уклоны на поковках, тем самым экономя металл и уменьшая стоимость обработки резанием. Точность поковок КГШП выше, чем поковок ПШМ. Стоимость КГШП приблизительно в 3 раза больше, чем у соот­ветствующего ПШМ, производительность больше на 30 %, КПД - в 3 - 4 раза выше, чем у ПШМ. Источник энергии для КГШП (электроэнергия) - самый современный и универсальный (не требуется строительства котельных, как для ПШМ).

Винтовые прессы (ВП) имеют в начале деформирования достаточно большую скорость ползуна (3-4 м/с), поэтому их иногда относят к молотам. Однако технологически они ближе к прессам. Поэтому ВП характеризуются развиваемым ими усилием. ВП просты по конструкции, в наладке и обслуживании. Обеспечивают стабильную точность поковок. Широко применяются в мелкосерийном и серийном производстве для точной штамповки турбинных лопаток, дисков, шестерен.

Гидравлические штамповочные прессы имеют усилие до 750 МН и применяются для штамповки крупных заготовок, штамповки из малопластичных материалов и выполнения операций, требующих большого усилия на протяжении большого хода.

Горизонтально-ковочные машины (ГКМ) – кривошипная машина, траектория ползуна которой лежит в горизонтальной плоскости. Позволяет получать заготовки, приближенные по форме и размерам к готовым деталям, экономит металл, уменьшает трудоемкость последующей механической обработки, снижает себестоимость деталей. Заготовками для штамповки на ГКМ служат различные (чаще круглые) прутки или трубы. На ГКМ получают заготовки от 0, 1 до 100 кг средней сложности в серийном и массовом производстве.

Для обеспечения более высокой чистоты поверхности, большей точности размеров изделия применяют холодную штамповку для изготовления небольших деталей массой до 1 кг. Применяются прессы чеканочные кривошипно-коленные КВ8334, автоматы холодновысадочные АГ1216, А1221А, АВ1919Б.

Прессы чеканочные кривошипно-коленные КВ8334... К504.003.844 (усилие последнего - 25 МН) имеют привод на ос­нове кривошипно-шатунной системы 1 (рис. 2.23, а), позволяю­щей развивать большие усилия при небольшом ходе ползуна 2.

Автоматы холодновысадочные двухударные с цельной матри­цей АГ1216... А 1221А (последний производит изделия с наиболь­шим диаметром стержня 12 мм) применяются для холодной вы­садки из калиброванного материала заклепок и заготовок болтов и винтов. Производительность до 300 шт./мин.

Рис. 2.8. Схемы кривошипно-коленного пресса (а),

плоскостной (б) и объемной (в) калибровки

Автоматы холодноштамповочные четырехпозиционные для кре­пежных изделий стержневого типа АВ1919Б... АБ1924 (послед­ний для изделий со стержнем диаметром до 24 мм) имеют (рис. 2.9) позицию отрезки и четыре позиции штамповки (I - IV ) с пуансонами 6, ма­трицами 4 с выталкивателя­ми 3 (5 - изделие). На по­зиции отрезки пруток 1 по­дается валками 2 до упора 7. Заготовка 8 необходимой длины отрезается сдвигом ножа 9 относительно отрез­ной матрицы 10. Затем заго­товка автоматически перено­сится по позициям штам­повки. Производительность 40 - 220 шт./мин.

Автоматы холодноштамповочные многопозиционные гаечные АА1617... АВ1823 применяют для получения гаек и аналогич­ных им деталей.

Холодное накатывание резьб, червяков, шлицев, зубьев и дру­гих элементов (рис. 2.10, где 1 - изделие, 2 - инструмент) по сравнению с резанием позволяет достичь экономии металла, повысить производительность труда, увеличить долговечность изделий, сократить производственные площади. Оно может осу­ществляться методами копирования (профиль инструмента копи­рует профиль впадины между зубьями, выдавливаемой в заго­товке) и огибания (в процессе накатывания имитируется зацеп­ление накатываемой шестерни с накатником, т. е. происходит обкатка шестерни накатником, что и дало второе название этому методу - метод обкатки).

Рис. 2.9. Схема четырехпозиционного

холодновысадочного автомата

Рис. 2.10. Схема накатывания профилей

Листовая штамповка – способ получения тонкостенных изделий плоской или пространственной формы. Заготовкой служит лист, полоса или лента. Тонколистовой материал (до 4 мм) штампуют без нагрева, толстолистовой – с нагревом. Для выполнения операций листовой штамповки выпускаются кривошипные прессы усилием от 63 до 50000 кН, листоштамповочные автоматы. Могут также применяться электромагнитные, гидравлические, пневматические и винтовые прессы.

Для выполнения операций листовой штамповки (а также об­резки заусенца после горячей штамповки) выпускаются кривошипные прессы, составляющие подавляющую часть оборудования цехов листовой штамповки. В зависимости от числа ползунов кривошипные прессы могут быть: простого (один ползун), двойного (два ползуна), тройного (три ползуна) действия, по числу кривошипов, приводящих в дей­ствие ползун: однокривошипные, двухкривошипные, четырех­кривошипные. Прессы (рис. 2.11) могут быть наклоняемыми (а) и ненаклоняемыми (б). На рисунке обозначены: 1 - стол, 2 - ползун, 3 - планка выталкивателя, 4 - наклоняемая часть. Наклон пресса при работе на штампе с выталкивателем позволяет уда­лить изделие из штампа в тару скольжением по наклонной плос­кости под действием веса. Стол ненаклоняемых прессов может быть непередвижным и передвижным. Последний позволяет уста­навливать на прессе штампы разной высоты без применения под­кладных плит. У наклоняемых прессов столы непередвижные. У открытых прессов (рис. 2.11, а) доступ в рабочую зону возмо­жен с трех сторон (спереди, справа, слева), что создает удобства в эксплуатации. У за­крытых прессов (рис. 2.17, б), обладающих повышенной жест­костью, доступ в рабочую зону возможен спереди и сзади, од­нако в боковых стойках часто выполняются окна 5 для работы с автоматической подачей ленты. У одностоечных прессов станина выполнена в виде единой стойки, у двустоечных (рис. 2.17, б) меж­ду стойками имеется простран­ство, через которое могут уда­ляться изделия и отходы.