ПОДГОТОВКА ПОВЕРХНОСТИ ЗАГОТОВОК

АННОТАЦИЯ

В статье говорится о подготовке поверхности заготовок перед штамповкой, о дефектах, которые могут возникнуть внутри заготовки. Даются методы по устранению этих дефектов перед штамповкой. Даны различные данные для получения требуемой поверхности заготовок при различных марках металлов.

ABSTRACT

The article talks about the preparation of the surface of the workpieces before stamping, about defects that may occur inside the workpiece. Methods are given to eliminate these defects before stamping. Various data are given to obtain the required surface of workpieces for different grades of metals.

Ключевые слова: заготовка, деформация, прокатка,  зажим,  штамп, поковка, ковка.

Keywords: billet, deformation, rolling, clamp, stamp, forging, forging.

Кованые, прессованные и горячекатаные заготовки из трудноде-формируемых материалов, поставляемые по ГОСТ и специальным ТУ, из-за сложности их производства по сравнению с получением проката из углеродистых конструкционных сталей могут иметь как на поверхности, так и внутри заготовки дефекты различного происхождения: металлургического, прокатки, ковки и прессования. Дефекты, как указывалось выше, могут возникать и при разделке металла на мерные заготовки.

Учитывая высокие требования, предъявляемые к получению бездефектных мерных заготовок из труднодеформируемых материалов, и сложность изготовления высококачественных поковок, особое внимание уделяется тщательной подготовке заготовок перед штамповкой. Эта подготовка сводится  в первую очередь к выявлению и удалению поверхностных дефектов: трещин, волосовин, плен, закатов, зажимов, нахлестав и др. Поверхностные дефекты удаляются путем пологой зачистки наждачным кругом на определенную глубину или проточкой и фрезеровкой проката  круглого и квадратного сечения до размеров, допустимых допусками на исходную заготовку под штамповку. Отношение глубины зачистки к ширине зачищаемого участка должно находиться в пределах от 1:5 до 1:10. Если дефекты оказываются более глубокими, то такой прокат и заготовки для штамповки не пригодны и бракуются. Особенно опасно оставлять дефекты  на заготовках, изготовленных из материалов, склонных к трещинообразованию при нагреве и штамповке, если они деформируются с большими степенями деформации, что при дальнейшей кузнечной обработке приводит к образованию более грубых дефектов (углублению их  и раскрытию)[1].  

Дефекты с поверхности заготовки нельзя удалять путем проточки глубокой кольцевой выточки на токарном станке. Если верхний слой прутков или заготовок обезуглерожен или окислен, то его следует снимать проточкой и фрезеровкой. На торцовой и боковой поверхностях заготовок из жаропрочных сталей и сплавов, титановых и алюминиевых сплавов не допускаются трещины, раковины, высверленные углубления от центров, резки переходы от проточки на различные диаметры, грубые следы от резца, острые грани на торцовой поверхности, наличие уступа при проточке заготовок с двух концов и другие дефекты. Острые грани при переходе с боковой поверхности на торцовую должны быть скруглены радиусом не менее 3мм или иметь фаску не менее 3мм 45⁰. В случае штамповки поковок с небольшими припусками под механическую обработку или необрабатываемыми поверхностями исходные заготовки рекомендуется протачивать до параметра шероховатости поверхности не ниже Rz=40÷20 мкм.

Если технология резки прокатки из жаропрочных и титановых сплавов на анодно-механических и абразивно – отрезных станках не обеспечивает получения заготовок без трещин на торцах, то необходимо при резке предусматривать припуск не менее 1,5 мм на каждом торце заготовки, который затем снимается при обточке. Невыполнение этого условия может привести к образованию трещин на поковках. Заготовки из жаропрочных сталей, титановых и жаропрочных сплавов, предназначенные для штамповки лопаток, необходимо точить и шлифовать до параметра шероховатости поверхности Ra=2,5÷1,25мкм или Rz=20÷10мкм. Заготовки из жаропрочных сплавов, предназначенные для штамповки ответственных поковок, подвергают ультразвуковому контролю на выявление внутренних дефектов. Для ультразвукового контроля шероховатость обработки  поверхности заготовок должна быть не ниже Ra=2,5÷1,25мкм или Rz=20÷10мкм. Для выявления наружных дефектов при необходимости заготовки подвергают цветной дефектоскопии или травлению. Заготовки из алюминиевых сплавов также перед штамповкой подвергают  травлению для выявления дефектов и удаления грязи и смазки.

Заготовки из титановых сплавов  обязательно должны быть проточены для удаления малопластичного поверхностного альфированного слоя, который при штамповке на поверхности поковок образует мелкие и глубокие трещины. Съем металла для удаления альфированного слоя должен быть менее 0,6мм на сторону для прутков диаметром 10-30мм и не менее 0,75мм на сторону для прутков больших диаметров. Перед запуском исходных заготовок в производство необходимо проверять их размеры и отсутствие поверхностных дефектов. Контролю заготовок на отсутствие дефектов должны быть подвергнуты, как правило, все заготовки. Контролю по геометрическим размерам, если изготовление поковок производится на молотах и прессах безоблойной штамповкой и выдавливанием, должны быть подвергнуты также все штампуемые заготовки.

Мерные заготовки для безоблойной штамповки и выдавливания должны иметь достаточно жесткие допуски по длине и диаметру (предельные отклонения должны находится в пределах ± 0,5мм). Заготовки с такими отклонениями получают после разрезки калиброванного проката либо штанг круглого или квадратного сечения обычной точности и последующей обработки их боковых и торцовых поверхностей на токарных и фрезерных станках. Параметр шероховатости обработки таких заготовок должен быть не менее Rz=20÷10 мкм. Обязательным требованием является наличие фасок на торцах заготовок, так как при их отсутствии на поковках остаются глубокие следы острых кромок, приводящих при малом припуске под механическую обработку к браку.

На квадратных заготовках фаски дополнительно делаются и на всех четырех вертикальных углах. Отсутствие фасок на углах при безоблойной штамповке и выдавливании из них поковок с круглым фланцем и большой степенью деформации может привести сначала к образованию утяжки в этих местах (углах), а затем при дальнейшей осадке фланца к образованию складок и браку паковок. Диаметр исходной заготовки при выдавливании в цельных и разъемных матрицах после проточки должен быть таким, чтобы заготовку можно было свободно устанавливать в приемник матрицы. В тоже время не допускается и большой зазор (более 2мм на сторону) между заготовкой и приемником и косина торцов, так как это приводит к неравномерному истечению металла в полости ручья. Так, при боковом истечении получаются неодинаковой длины боковые отростки одного и того же поперечного сечения, при обратном истечении - неравномерная  высота по периметру поковки (стакана), при прямом истечении - изгиб стержня.

При выдавливании поковок из пустотелых (трубчатых) заготовок последние для устранения разностенности и получения соосности внутреннего и наружного диаметра обязательно должны обрабатываться еще и по внутренней поверхности. Несоблюдение соосности наружного и внутреннего диаметров приводит к тому, что при штамповке поковки застревают на пуансоне и их с трудом приходится снимать. Это же может произойти и при малом зазоре между прошивником  и отверстием заготовки: этот зазор должен быть не менее 2мм на сторону. При значительно смещенном внутреннем отверстии и отсутствии на торцах фасок может произойти поломка прошивника. 

Обточка круглых сплошных и пустотелых и фрезеровка квадратных заготовок производится перпендикулярно их главной оси,  поэтому при грубой обработке с параметром шероховатости менее Rz=20÷10 мкм на поверхности заготовок остаются гребешки и другие неровности (следы резца и фрезы), что приводит к образованию на поверхности поковок, изготовляемых с большими степенями деформации, мелких складок в виде чешуи. При совсем грубой обработке заготовок на металлорежущих станках на поковках, штампуемых из жаропрочных сталей и сплавов, алюминиевых и титановых сплавов и некоторых марок нержавеющих сталей, образуется трещины, а при изготовлении из легированных конструкционных сталей - грубые поверхностные складки, что в большинстве своем приводит к браку поковок. Опыт штамповки поковок  выдавливанием из специальных сталей и сплавов[2]. показывает, что механическая обработка заготовок с параметром шероховатости поверхности менее Rz=20÷10 мкм ухудшает качество поверхности поковок. Поэтому в некоторых случаях (при отсутствии дефектов), за исключением титановых сплавов, исходные заготовки можно не подвергать механической обработке, поскольку на их поверхности тогда отсутствуют грубые следы от резца, приводящие к снижению качества поверхности поковок.

Проточку поверхности заготовок на токарных и фрезерных станках рекомендуется производить также при изготовлении их из трудно деформируемых сталей (12Х21Н5Т, 12Х17Г9АН4, 13Х11Н2В2МФ и др.) крупных профилей (диаметром или стороной квадрата более 60 мм), когда штанги имеют в сечении вместо круга многогранник, получающиеся в результате пологой зачистки большого количества дефектов, которые появляются на поверхности штанг из-за сложности их прокатки. В остальных случаях, когда при штамповке избыток металла будет вытесняться в компенсаторы штампа (при безоблойной штамповке и выдавливании)или если чертежом поковки предусматриваются увеличенные припуски под механическую обработку, исходные заготовки можно не подвергать обработке на металлорежущих станках, так как в этом случае не требуется выдерживать жесткие допуски (по сечению и длине) на размеры заготовок. Обязательным требованием при этом является перпендикулярность торца заготовки их оси отсутствие заусенцев, острых кромок и искривления конца заготовки[3].

В случае имеющиеся небольшой косины поковки можно штамповать выдавливанием за один переход, но с небольшим степенями деформации (не более 50%). При выдавливании поковок из заготовок с косым срезом за один переход и большими степенями деформации получается неправильная конфигурация выдавливаемых элементов поковок, что приводит их к окончательному браку. Для получения качественных поковок необходимо применять дополнительные операции: осадку заготовок или штамповку производить за несколько переходов. Какой срез у пустотелых заготовок приводит к большой разностенности (более 2мм) поковок, что при малых припусках под механическую обработку является причиной брака пустотелых поковок.

При штамповке поковок из труднодеформируемых материалов на высокоскоростных молотах к исходным заготовкам предъявляются требования, аналогичные тем, что и при изготовлении заготовок для безоблойной штамповки и выдавливания. При изготовлении поковок с необрабатываемыми внутренними или наружными поверхностями к исходным заготовкам предъявляются дополнительные повышенные требования, так как при штамповке дефекты, имеющиеся на заготовках, остаются и на поковках. По этому, все заготовки необходимо протачивать, а шероховатость обработки исходных заготовок должна определиться в зависимости от шероховатости необрабатываемых поверхностей, требуемой чертежом детали.

Список литературы:

1. Аксенов Л.Б. Атрошенко А.П., Богоявленский К.Н. Метод расчета усилий при штамповке низких поковок сложной конфигурации с помощью вычислительной техники. – В кН: Изготовление деталей пластическим деформированием. /Под ред. К.Н., Богоявленского и П.В. Камнева, Л., машиностроение , 1975 , с 185-199.
2. Астафьев А.А., Хазанов М.С., Морозов В.И. и др. Форкамерно –фанельный безокислительный нагрев в проходных печах. - кузнечно – штамповочное производство, 1975, № 1, с.  8-10.
3. Атрошенко А.П. Малоотходная штамповка круглых в плане поковок с клиновой облойной канавкой. – Кузнечно-штамповочное производство, 1961, № 6, с. 4-7.