Технология машиностроения

3. Для чего нужны подкатной и формовочный ручьи штампов ПШМ?

Штампами, как уже было сказано, называются бойки, в которых вырезана форма той детали, которую в них изготовляют. 
Стенки штампа никогда не делаются вертикальными, так как иначе деталь при штамповке будет застревать в штампе и ее будет трудно извлечь из него. Стенки штампа не делаются вертикальными также и потому, что металл плохо заполняет штампы с вертикальными высокими стенками. Поэтому в штампе с вертикальными стенками имеется штамповочный уклон, который делается для наружных поверхностей до 7°, а для внутренних — до 10°. 
Изменение формы поковки происходит, во-вторых, потому, что все острые углы в штампе (а значит, и в штампуемой детали) закругляются: радиус закругления колеблется от 2 до 25 мм в зависимости от глубины выреза в штампе и величины штампуемой поковки.

После исправления чертежа детали решается вопрос, какую-часть детали расположить в верхнем штампе и какую —в нижнем. Как говорят, нужно определить линию (плоскость) разъема штампа. Выбор линий разъема определяется главным образом конфигурацией детали, а также способностью металла заполнять вырезанные в штампе полости (ручьи). При штамповке деталей под молотом металл течет в нижний штамп хуже, чем в верхний, а при штамповке под прессом оба штампа заполняются металлом одинаково. Поэтому более высокие части детали (ребра) при штамповке под молотом располагаются в верхнем штампе. Кроме того, линия разъема должна быть выбрана так, чтобы проще и дешевле можно было изготовить штамп. Предположим, что штамповка ведется под молотом. В этом случае верхнюю высокую часть располагаем в верхнем штампе, а низкую — в нижнем. Вокруг ручья вырезана специальная канавка, куда вытесняется избыток металла, называемый заусенцем (облоем). При такой конструкций штампа заусенец всегда получается при штамповке изделий независимо от формы изготовляемого изделия и желания кузнеца. Если даже возьмем заготовку, вес которой равен весу поковки, то и в этом случае при штамповке детали заусенец вое равно получится, а металла на деталь не хватит и деталь пойдет в брак. Заусенец появится в этом случае потому, что металл прежде всего будет течь в стороны наименьшего сопротивления. Пока верхний и нижний штампы не сошлись, металлу легче выйти в стороны, чем заполнить ручьи штампа. Поэтому при подсчете размеров заготовки для штамповки всегда к объему поковки добавляют некоторый объем на образование заусенца. В зависимости от формы, размера и веса штампуемой детали вес или объем металла, необходимый для заусенца, составляет от 10 до 50% и выше от веса штампуемого изделия, причем чем меньше вес штампуемого изделия, тем больше вес (объем) заусенца. Заусенец, выходя из ручья штампа, охватывает изделие кругом, и если не сделать в штампе специальной канавки (магазина), то верхний и нижний штампы не смогут плотно сойтись, и деталь по высоте не будет равна высоте ручья штампа. Для того чтобы этого не происходило, и вырезают вокруг штампа канавку (магазин) для заусенца. При наличии канавок заусенец заполняет их. Верхний и нижний штампы получают возможность в конце штамповки соприкасаться. В конце штамповки, когда верхний и нижний штампы еще не соприкоснулись, т. е. когда верхний штамп бьет по нагретой заготовке, звук получается глухой. В момент, когда деталь отштампована и плоскости обеих половин штампа соприкоснулись, они ударяют друг о друга с резким металлическим звуком; по этому звуку кузнец узнает о конце штамповки.

Заусенец, выходящий из ручья тонким слоем, остывает быстрее, чем основная масса нагретой штампуемой заготовки. Остывая, он становится прочнее, текучесть его становится хуже, течение металла из ручья в канавку начинает задерживаться, и металл лучше заполняет полость штампа. 
При штамповке в глубоких штампах после вторичного нагрева заготовка неполностью входит в штамп. Между полостью заготовки и дном штампа остается прослойка воздуха, который при нагревании расширяется, а при ударе действует как буфер и выбрасывает поковку из штампа. Для того чтобы заготовка не выбрасывалась из штампа, в штампе устраивают отдушины для выхода воздуха из него.

В рассмотренном примере штамповки шестерни заготовку предварительно ковать не нужно. Отрезанную от прутка круглую или квадратную заготовку нагревают в печи, ставят на торец в центр нижнего штампа и несколькими ударами верхнего штампа штампуют ее в шестерню. 
Иначе производится штамповка деталей, имеющих более сложную форму, например рычага. Если такую заготовку положить сразу в ручей штампа, то рычаг не получится: металл потечет в стороны наименьшего сопротивления, заполнит центральную часть штампа, даст очень большой заусенец, а углы штампа не будут заполнены металлом. Поэтому сначала из исходной болванки куют заготовку, т. е. придают заготовке грубую форму рычага, а затем в штампе штампуют заготовку в форму изделия. 
Когда заготовка штампуется с образованием заусенца, то такой способ штамповки называется штамповкой в открытых штампах. Штамповка производится и в закрытых штампах. При штамповке в закрытых штампах, если объем металла, требующийся для поковки, подсчитан точно, заусенцы не образуются. Поэтому штамповка в закрытых штампах называется безоблойной. 
Штамповка в открытых штампах более распространена, чем штамповка в закрытых штампах. В закрытых штампах производится штамповка деталей весом до 100 кг. В открытых штампах штампуются детали весом до 1 т. Штамповка в открытых штампах производится на молотах и прессах, а в закрытых штампах на прессах и горизонтально-ковочных машинах и, реже, на молотах.

В примере штамповки рычага заготовка для штамповки куется под ковочным молотом. Но можно поступить и так: заготовку сначала отштамповать в так называемом заготовительном штампе (ручье), а затем уже передать ее на окончательную штамповку в чистовой ручей штампа. В приведенном примере изделия штампуются в одноручьевых штампах, в которых вырезана одна форма (ручей). Существуют многоручьевые штампы, т. е. такие, в полостях которых вырезано несколько форм (ручьев). В многоручьевых штампах делается два вида ручьев: 1) заготовительные, предназначенные для подготовки изделия к окончательной штамповке; 2) штамповочные, в которых производится окончательная штамповка. Заготовительные ручьи, в свою очередь, подразделяются на пережимные, гибочные, протяжные и подкатные. Пережимной ручей применяется при штамповке в тех случаях, когда требуется пережать заготовку в тех местах, где сечение изделия должно быть меньше сечения заготовки. Гибочный ручей применяется при штамповке изогнутых изделий. Форма гибочного ручья должна соответствовать форме изгиба изделия. Протяжной ручей применяется в случае, когда требуется протянуть часть заготовки, например, сделать тонкой средину у рычага. Подкатной ручей служит для штамповки изделий, имеющих выступы.

Штамповочные ручьи разделяются на черновые и чистовые. Чистовой ручей применяется только для штамповки несложных деталей, не имеющих больших выступов, ребер и острых углов. В штамп с одним чистовым штамповочным ручьем заготовка поступает сразу же из заготовительных ручьев, и в нем ей придаются окончательные размеры. Черновой штамповочный ручей применяется для образования грубых (неокончательных) форм поковок, причем в этом ручье получается заусенец. Заусенец перед переходом заготовки в чистовой ручей в некоторых случаях удаляется. 
Применять штампы с одним чистовым ручьем не рекомендуется, так как они быстро срабатываются (изменяют свои размеры и выходят из строя). Во всех случаях, даже при изготовлении несложных поковок, лучше перед чистовым (окончательным) ручьем поковку проштамповать в черновом (предварительном) ручье.

Штампы имеют для закрепления хвостовик (ласточкин хвост) и пазы для шпонок. Хвостовик штампа вставляют в пазы бабы (верхняя половина) и штамподержателя (нижняя половина) и закрепляют клиньями. Клин должен быть изготовлен так, чтобы он прилегал к хвостовику всей плоскостью. Пазы штамподержателя и бабы вместе с клиньями удерживают штамп от перемещения в поперечном направлении. Чтобы предотвратить перемещение его в продольном направлении, применяются шпонки, или сухари.

4. Общая характеристика листовой штамповки.

Изготовление плоских  и объёмных тонкостенных изделий из листов, полос или лент с помощью штампов. Исходные материалы: чёрные, цветные сплавы, а также неметаллические материалы. Наиболее высокие пластические свойства необходимы для глубокой вытяжки (сталь с содержанием углерода от 0,05% до 0,15%). Способность металла к вытяжке и другим операциям листовой штамповки определяется его механическими свойствами и технологической пробой. Свойства: относительное удлинение, поперечное сужение, предел прочности. Проба: шарик вдавливается до разрушения. Обычно толщина листа <3,6 мм. При мелкосерийном производстве толщина листа < 2,5 мм. Все виды операций делятся на разделительные и формообразующие. Разделительные: обрезка (полное отделение одной части от другой по замкнутому контуру), вырубка (полное отделение одной части от другой, когда отделяемая часть является изделием), пробивка (получение отверстий). Формоизменяющие: гибка (придание заготовке изогнутой формы без применения или с применением растяжки), профилирование ленты (непрерывное превращение ленты в заданный профиль с последовательной гибкой на роликовых машинах или специальных прессах), вытяжка (без утонения материала и с утонением материала), формовка (изготовление деталей из листа и круглой заготовки посредством пластического деформирования без изменения толщины материала, раздача (образование горловины или увеличение диаметра полой заготовки), отжимка (местное уменьшение диаметра полой заготовки), отбортовка ( образование борта путём расширения ранее пробитого отверстия).

Пример использования  листовой штамповки.

Для деталей, получаемых листовой штамповкой, характерно то, что толщина их стенок незначительно отличается от толщины исходной заготовки. При изготовлении листовой штамповкой пространственных деталей заготовка обычно испытывает значительные пластические деформации. Эти обстоятельства вынуждает предъявлять к материалу достаточно высокие требования по пластичности. Холодная листовая штамповка получила более большое применение, чем горячая. При листовой штамповке чаще всего используют низкоуглеродистую сталь, пластичные легированные стали, медь, латунь, содержащую более 60%Сu, алюминий и его сплавы, магниевые сплавы, магниевые сплавы, титан, и др. К преимуществам листовой штамповки относятся возможность получения деталей минимальной массы при заданных прочности и жёсткости; достаточно высокие точность размеров и качество поверхности, позволяющие до минимума сократить отделочные операции обработки резанием; сравнительная простота механизации и автоматизации процессов штамповки, обеспечивающая высокую производительность (30-40 тыс. деталей в смену с одной машины); хорошая приспособляемость к масштабам производства, при которой листовая штамповка может быть экономически целесообразна и в массовом, и в мелкосерийном производстве. Как правило, при листовой штамповке пластические деформации получает лишь часть заготовки. Различают формоизменяющие операции, в которых заготовка не должна разрушаться в процессе деформирования, и разделительные,в которых этап пластического деформирования обязательно завершается разрушением. При проектировании технологического процесса изготовления деталей листовой штамповкой основной задачей является выбор наиболее рациональных операций и последовательности их применения.

Вытяжка. Вытяжка бывает с утонением и без. Вытяжка без утонения стенки превращает плоскую заготовку в полое пространственное изделие при уменьшении периметра вытягиваемой заготовки. Вытяжка с утонением стенки увеличивает длину заготовки в основном за счёт уменьшения толщины стенки исходной заготовки.

 При вырубке и  пробивке характер деформирования заготовки одинаков. Эти операции отличаются только назначением, вырубкой оформляют наружный контур детали (или заготовки для последующего деформирования), а пробивкой – внутренний контур (изготовление отверстий). Вырубка и пробивка выполняются на прессах для заготовок с толщиной листа <20 мм (вырубка) и толщиной <35 мм (пробивка).

Гибка - изготовление деталей с толщиной до 15 мм на универсальных листоштампах или специальных гибочных прессах. Минимальные радиусы гибки. Минимальные радиусы следует применять только в случае абсолютной конструкционной необходимости. 

5. Виды сварных соединений и швов.

Неразъемное соединение, выполненное сваркой, называется сварным  соединением. В зависимости от взаимного  расположения в пространстве соединяемых  деталей различают соединения:

• Стыковые сварные соединения (Рис. 1, а) – свариваемые элементы располагаются в одной плоскости или на одной поверхности. Устанавливается 32 вида стыковых соединений. Обозначаются С1, С2, С3, С4 и т.д.
• Нахлесточные сварные соединения (Рис. 1, б). Свариваемые элементы расположены параллельно и перекрывают друг друга. Величина перекрытия должна быть в пределах 3-420 мм. Обозначаются Н1, Н2.
• Тавровые сварные соединения (Рис. 1, в). Отличительной особенностью этих соединений является то, что одна из соединяемых деталей торцом устанавливается на поверхности другой и приваривается, образуя в сечении как бы букву Т (отсюда и название – тавровое). Обозначаются Т3, Т6 и т.д.
• Угловые сварные соединения (Рис. 1, г) – сварное соединение  двух элементов, расположенных под прямым углом и сваренных в месте примыкания их краев.

Рисунок 1. Типы сварных соединений.а) стыковое; б) нахлесточное; в) тавровое; г) угловое.

Обозначаются по ГОСТ5264-80 У1, У2, У3 и т.д.

Классификация сварных швов

По виду сварного соединения – стыковые и угловые.

По положению сварного соединения в котором выполняются  сварные швы бывают: «в лодочку» нижние, полугоризонтальные, горизонтальные, полувертикальные, вертикальные, полупотолочные и потолочные.

По конфигурации сварного соединения швы бывают прямолинейные  кольцевые и криволинейные.

По протяженности сварного соединения – сплошные и прерывистые.

По применяемому виду сварки разделяются на швы ручной дуговой сварки, автоматической и механизированной под флюсом, швы дуговой сварки в защитных газах, швы электрошлаковой сварки, электрозаклепочные, контактной, газовой, паянных соединений.

По способу удержания  сварочной ванны: на швы, выполненные без прокладок и подушек, на съемных и остающихся стальных прокладках, на медных, флюса медных, керамических и асбестовых подкладках.

По количеству наложения  швов бывают односторонние, двусторонние, многослойные и многопроходные.

По применяемому для сварки материалу швы сварных соединений подразделяются на швы из углеродистых и легированных сталей, швы цветных металлов, биметалла, винипласта и полиэтилена.