Применение безоблойной штамповки в разъемных и полузакрытых штампах

Кафедра систем пластического деформирования МГТУ «СТАНКИН» проводит ряд экспериментальных исследований, направленных на изыскание новых подходов в части совершенствования технологических процессов объемной штамповки применительно к мелкосерийному и серийному производствам [1-3]. Примером являются экспериментальные исследования по отработке целесообразных технологических процессов штамповки нескольких наименований деталей для предприятия ООО «Сельхозсервис» (г. Мценск), на котором в результате планируется создать участок групповой штамповки [4]. При этом серийность изготавливаемых деталей находится в пределах от 70 до 200 деталей в месяц.

На рис. 1 представлены шестерня и поковка шестерни диаметром 158 мм и массой 4 кг (Сталь 40Х). Поковка получена горячей осадкой из заготовки ø 60 мм, L = 180 мм за две операции при температуре 1150 С. Штамповка велась на гидравлическом прессе силой 2500 кН. На первой операции в связи с малой скоростью перемещения ползуна пресса при рабочем ходе (6 мм/сек) и быстрым охлаждением металла была недоштамповка, и после повторного нагрева поковка была полностью отштампована благодаря свободному течению металла в диаметральном направлении в полузакрытом штампе. Эффект безоблойной штамповки в полузакрытом штампе позволяет снизить технологические силы. По существующей технологии шестерня изготавливается резанием из заготовки ø 160 мм, высотой 60 мм и массой 9,5 кг.

Разработка технологии велась одновременно с анализом результатов компьютерного моделирования, полученных при помощи программы Deform (рис. 2). На основании результатов моделирования был спрогнозирован зажим (рис. 3) и неза-полнение полости матрицы. После проведенного анализа были приняты некоторые конструктивные

Бильчук Мария Викторовна, аспирантка изменения инструмента. Разработанный технологический процесс рекомендуется внедрить с использованием универсального гидравлического пресса силой 5000 кН. При этом штамповка будет выполнена за одну операцию осадки.

Рис. 1. Шестерня и поковка шестерни

Следующим примером штамповки в полузакрытом штампе является разработанная нами технология штамповки фланца с втулочной частью (рис. 4, 5). Технологический процесс состоит из двух операций: обжима исходной трубной заготовкой ø 60 мм с толщиной стенки 14 мм и высотой 96 мм в холодном состоянии до диаметра ø 52 мм на высоте 40 мм [4] и последующей горячей штамповки высадкой фланца.

Использовался эффект высадки без потери устойчивости высаживаемой части трубной заготовки за счет совмещения операции высадки с раздачей конусной частью пуансона [5, 6]. Отношение высоты высаживаемой части, равной 53 мм, к толщине имеет значение 3,78. Этому предшествовал анализ результатов компьютерного моделирования технологии в программе QForm 2D/3D (рис. 6). При деформации на 100% диаметр фланца ø 108 мм был меньше диаметра полости нижней половины штампа, т.е. реализовалась схема штамповки в полузакрытом штампе. Сила штамповки была равна 1700 кН, что примерно на 30-40% ниже по сравнению с расчетной силой потребной при полном контакте торцевой части фланца с вертикальной стенкой штампа.

деформация 30%

деформация 50%

деформация 76%

деформация 80%

деформация 100%

Рис. 3. Зажим на поковке при деформации 76% с обозначением угла складки (Foldingangle)

Рис. 2. Моделирование штамповки поковки шестерни

Рис. 4. Чертеж детали фланца с втулочной частью (пунктиром показан контур поковки)

Результатами исследований по формообразованию фланцев с использованием эффекта высадки без потери устойчивости высаживаемой части трубной заготовки за счет совмещения операций высадки с раздачей конусной частью пуансона послужили основанием для разработки технологии штамповки крупногабаритных поковок типа тройника с фланцем, изготавливаемого на ЗАО «Завод «Знамя труда».

Рис. 5. Фотография поковки фланца с втулочной частью

деформация 65%

деформация 50%

деформация 80%

Рис. 6. Моделирование штамповки поковки фланца с втулочной частью

деформация 100%

На рис. 7 представлена схема формообразования тройника в разъемном штампе. Штамп с вертикальным разъемом полуматриц аналогичен конструкции ЦНИТМАШ разработанного для завода «Энергомаш» (г. Белгород) и имеет новую составную конструкцию пуансона, при этом наконечник пуансона является инструментом одноразового использования [7]. Технология штамповки тройника с фланцем реализуется за два последовательных хода ползуна гидравлического пресса. За первый ход пресса из заготовки диаметром 200 мм выполняется операция горячего обратного выдавливания (правая половина рисунка) и формообразование глубокой полости. Одновременно формируются два отростка диаметром 135 мм и верхняя часть поковки в форме стакана с толщиной стенки 35 мм. После формообразования полуфабриката, второй – высадочный пуансон путем перемещения верхней подвижной плиты штампа устанавливается в рабочую зону штамповки и за второй ход ползуна пресса осуществляет высадку фланца. На втором пуансоне выполнена конусная часть, осуществляющая раздачу, благодаря чему реализуется эффект совмещения растягивающих напряжений при операции раздача и сжимающих напряжений при высадке фланца. Это позволяет увеличить объем металла, идущего на формообразование фланца за счет увеличения отношения высоты высаживаемой стенки «стакана» к ее толщине. После штамповки наконечник первого пуансона (6) изготовленный из стали 45 остается в поковке, подвергается отпуску во время охлаждения поковки и удаляется при механообработке. Использование дешевого наконечника одноразового использования позволяет экономить дорогостоящую нержавеющую сталь (до 20%) и практически обходиться без смазывающих материалов.

Рис. 7. Схема штамповки корпуса ТД13075-100К1 из стали 12Х18Н10Т:

1 – пуансон для выдавливания; 2 – пуансон высадочный; 3 – полуфабрикат; 4 – поковка; 5 – разъемная матрица; 6 – наконечник одноразового использования; 7 – вкладыши

Выводы:

• 1.    Безоблойная горячая штамповка в разъемных и полузакрытых штампах позволяет уменьшить технологические силы при отсутствии или незначительном увеличении припуска.

• 2.    Совмещение операций высадки с раздачей при штамповке фланцевых поковок из трубных заготовок позволяет увеличить объем высаживаемого металла за счет увеличения показателя соотношения высоты к толщине высаживаемой части до 4.