Штамповка выдавливанием в закрытых штампах

Различают выдавливание прямое а, е, обратное б, в, поперечное г и комбинированное д (рис. 22).

Рис. 22. Схема выдавливания: а - прямое; б - обратное;  в - обратное кольцевое; г - поперечное; д - комбинированное прямое и обратное; е - прямое кольцевое Штамповку выдавливанием особенно успешно применяют при производстве поковок из малопластичной стали и сплавов. Штамповка поковок типа стержня с утолщением (головки) - гp. III  (по  табл. 1) Штамповка поковок с полостями глухими и сквозными - гр. IV (по  табл. 1) Штамповка поковок с отростками или двусторонними утолщениями - гр. V (по  табл. 1)

При выдавливании стержня и осаживании головки в закрытом штампе излишек металла идет на увеличение длины стержня, а головка штампуется без заусенца или же с небольшим торцовым заусенцем. В отдельных случаях при более сложной форме головки штамповку производят в открытом штампе и излишек металла вытекает в щелевой поперечный заусенец или же в заусенец, характерный для штамповки в открытых штампах. Щелевой заусенец толщиной примерно 1 мм и высотой 4-6 мм применяют для поковок небольших размеров и несложной формы. Запас энергии маховика должен быть достаточным, чтобы обеспечить необходимую работу деформирования, которую с достаточной для практических целей точностью можно определить по площади диаграммы путь - усилие.

Для установления термомеханического режима штамповки выдавливанием сплошных и полых поковок можно воспользоваться табл. 3.

Таблица 3. Термомеханические режимы прессования профилей и труб из стали

При этом нужно иметь в виду, что при неблагоприятном соотношении скоростей деформации и рекристаллизации, а также при значительном трении на стенках матрицы может произойти разрушение металла, выражающееся часто в появлении на стержне поковки поперечных трещин.

В целях уменьшения усилия выдавливания следует, как правило, нагревать заготовку до допускаемого верхнего предела температурного интервала штамповки.

Для поковок, получаемых штамповкой выдавливанием, припуски на сторону и допуски на размеры поковки определяют в зависимости от формы элементов поковки и их размеров с учетом применяемых в процессе штамповки операций (выдавливание, осаживание, прошивка) по табл. 4.

Таблица 4. Припуски и допуски

Примечание:

1. * Даны минимальные значения припусков и допусков в расчете на последующую обработку шлифованием.
2. ** Даны минимальные значения допусков. При возможных значительных колебаниях объема исходной заготовки следует длину стержневых элементов поковки оговорить замечанием: «не менее», как указано на рис. 26 и др.

Радиусы переходов на элементы, получаемые осаживанием, назначают так же, как и при штамповке поковок гр. II, а на элементы, получаемые выдавливанием, определяются конструкцией матрицы.

При проектировании технологического процесса штамповки выдавливанием следует учитывать следующие особенности:

1. Дно матрицы необходимо выполнять коническим с заходным углом α≤150°. В целях большей гарантии отсутствия мертвых зон входной угол α лучше назначать не более 120°.
   При выдавливании наиболее эффективным является пуансон с коническим торцом с углом 150°. Однако при штамповке сложных головок, если требуется доштамповка головки в следующем ручье, целесообразней применять плоский пуансон.
2. Относительное обжатие δ = F-ƒ/F 100%, где F — площадь поперечного сечения матрицы и ƒ — площадь поперечного сечения очка, меняется в пределах  15—95%.
3. Скорость истечения металла ω — F/ƒ υ м/сек, где υ — скорость движения пуансона в м/сек, определяемая по графику движения ползуна.
   Высоколегированную сталь штампуют при меньших скоростях истечения, чем низколегированную и углеродистую.
4. В зависимости от формы поковки, выбранного технологического процесса и колебаний объема заготовки в результате штамповки выдавливанием можно получить поковки: без заусенца, с торцовым заусенцем, с поперечным заусенцем и с поперечным и торцовым заусенцем  (рис.   23).
   Образование торцового заусенца и его величина зависят от среднего удельного усилия, определяемого при прочих равных условиях коэффициентом
   вытяжки К  =  F/F₁,  где F — площадь проекции головки поковки на плоскость разъема и F_l — площадь сечения стержня.
   При малых значениях К металл легко выдавливается в стержень и головка получается незаполненной..
   При К<7,5÷7,8 выдавливание осуществляется без торцового заусенца на поковке. При К>7,8ч÷15 при выдавливании получается торцовый заусенец. При К> 15 торцовый заусенец настолько велик, что происходит заклинивание пуансона, задиры, быстрый его износ. Практически при К> 15 выдавливание не рекомендуется. Если вместо отношения площадей взять отношение соответствующих диаметров, тогда можно считать, что торцовый заусенец при выдавливании получается при D/D₁< 2,6-7-2,7.
   Если при сложной форме поковки по условиям удаления заусенца более целесообразен поперечный заусенец, предусматривают специальную канавку. При небольшой головке несложной формы эту канавку делают глубиной 1—2 мм и шириной 15—30 мм.
   При штамповке в два или несколько переходов поковок с головками, имеющими выступающие бобышки, необходимо предусмотреть, чтобы торцовый заусенец, образовавшийся при штамповке в закрытом предварительном ручье, был выведен в поперечный заусенец при окончательной штамповке в открытом ручье (рис.  23).
5. Зазор между пуансоном и матрицей принимают в зависимости от выбранного технологического процесса. Если поковку надо получить без торцового заусенца, зазор берут в пределах: для поковок с диаметром головки до 60 мм — 0,05—0,15 мм на сторону, при 60—100 мм — 0,3—0,4 мм. Если предусматривают торцовый заусенец, зазор устанавливают 1,2—1,4 мм на сторону.
6. Осадку заготовки перед штамповкой выдавливанием производят главным образом для снятия окалины, при этом одновременно учитывают преимущества резки заготовок меньшего диаметра и большей длины. Иногда при осадке производят фасонирование заготовок для более удобной укладки заготовки в штамповочный ручей.
7. При оформлении ступенчатых стержней иногда в верхней цилиндрической части стержня наблюдается утяжка. Это происходит при недостаточном перепаде диаметров D₁ и D₂ и относительно малой высоте утолщенной части стержня Н₁. При отладке процесса штамповки выдавливанием, в случае переполнения в стержне, необходимо предусмотреть напуск на D₁ и D₂ (рис. 24).

Рис. 23. Характерные виды заусенца при штамповке выдавливанием: а — торцовый; б — развернутый плоский; в — поперечный с канавкой; . — поперечный с торцовым заусенцем

Рис. 24. К определению размеров ступенчатого стержня Пресс для штамповки выдавливанием надо выбирать с учетом того, что при выдавливании необходима большая штамповая высота, чем при осаживании, а также выталкиватель с большим ходом. Выталкиватель может быть механическим, связанным с прессом, пневматическим, пневмомеханическим или гидравлическим, встроенным в пресс.

Необходимо проверить соответствие усилия штамповки допускаемому усилию пресса на участке хода, соответствующем началу выдавливания.

Определение размеров заготовки. Основные потери металла при штамповке выдавливанием состоят из заусенца торцового или поперечного, удлинения стержня, заусенца на головке, штампуемой в открытом штампе, потери в окалину.

Для определения объема торцового заусенца его толщину принимают для поковок с головкой диаметром:

Объем поперечного заусенца находят по формуле

где D_заус — наружный диаметр заусенца; h — толщина (высота) заусенца.

Потери металла, идущего на удлинение стержня, устанавливают из расчета, что после штамповки он имеет длину на 15—25 мм больше номинальной.

Заусенец у головки поковки определяют, как при штамповке в открытых штампах.

При назначении диаметра заготовки следует учесть следующее:

• чем меньше диаметр заготовки, тем ниже скорость истечения и усилие штамповки и более благоприятны условия для резки заготовок;
• отношение Н_заг/D_заг не должно превышать 2.0—2.5. наиболее благоприятное отношение Н_заг/D_заг=1.5÷1.8:
• заготовка должна удобно, без перекосов укладываться в матрицу. Поэтому диаметр ее целесообразно выбирать не больше чем на 2—10 мм меньше диаметра матрицы.

Если по состоянию поверхности нагретой заготовки и условиям фиксации в штамповочном ручье необходима осадка, то выбирают заготовку того же объема, но меньшего диаметра и большей   высоты.