Штамповка литье ковка. Кованые элементы. Виды автомобильных дисков

Перед тем как приступить к изготовлению детали, материал, из которого она должна быть сделана, превращают в заготовки. Заготовки стараются получить такими, чтобы их форма и размеры максимально приближались к формам и размерам готовой детали. Это позволяет сократить расход материалов и электроэнергии, увеличить производительность труда.

В зависимости от характера материала, назначения детали, требуемой точности ее изготовления и т. д. заготовки получают литьем, ковкой, штамповкой, высадкой, прокаткой, волочением и другими способами.

Литье. Расплавленный жидкий металл заливают в специальные формы, после остывания металла и разъема (или разрушения) форм получается заготовка (отливка) заданной конфигурации и размеров.

Заготовки отливают из чугуна, стали, цветных металлов и сплавов различными способами: в песчаные, металлические и оболочковые формы, под давлением, по выплавляемым моделям, центробежным.

Литье в песчаные формы довольно распространено, так как стоимость таких форм значительно меньше, чем при других способах литья. Песчаные формы изготовляют из формовочной смеси, в состав которой входят песок, глина и специальные добавки.

Металл в такую форму можно заливать только один раз, так как после получения отливки форму разрушают. Поэтому такой способ литья малопроизводителен и, кроме того, дает меньшую точность по сравнению с другими способами литья заготовок.

Литье в металлические формы (кокили ) более производительно, так как оно допускает многократную заливку металла в одну форму. При этом обеспечивается более высокий параметр шероховатости поверхности и более точные размеры заготовок.

Литье в оболочковые формы - сравнительно новый способ литья заготовок и деталей из черных и цветных металлов, при котором форму изготовляют из смесей, содержащих термореактивные смолы. Формовочная смесь наносится на поверхность подогретой металлической модели, вследствие чего термореактивная смола оплавляется и на модели образуется предварительно отвердевшая форма (корка) толщиной 5-7 мм. Затем модель со слегка отвердевшей оболочкой помещают в электропечь, где происходит окончательное отвердение формы. После этого форму снимают с модели и направляют для заливки металлом.

Простота изготовления оболочковых форм, значительное уменьшение припусков на механическую обработку, высокая точность размеров отливок сложной конфигурации (±0,2 мм на 100 мм длины) являются основными преимуществами этого способа.

Литье под давлением особенно распространено в производстве электро- и радиоаппаратуры и других подобных изделий. Сущность этого способа состоит в том, что жидкий металл подается в металлическую форму под давлением в специальных литьевых машинах, благодаря чему он хорошо заполняет все ее полости. Литье под давлением используют для получения из цветных сплавов литых заготовок сложной формы с различными выступами, приливами и отверстиями.

Литье по выплавляемым моделям основано на использовании моделей, которые изготовляют в металлических пресс-формах заполнением их парафиностеариновой смесью. Полученные таким образом модели покрывают тонким слоем специальной жидкой массы и мелким кварцевым песком, просушивают и прокаливают в электропечи. При этом парафиностеариновая смесь вытекает из формы, которая затем используется для получения точных металлических деталей.

Этим способом получают весьма точные и чистые отливки. Особенностью такого способа литья является то, что оно позволяет получать не только заготовки, но и готовые детали сложной формы без дальнейшей механической обработки.

При центробежном литье жидкий металл заливают в форму, быстро вращающуюся вокруг вертикальной или горизонтальной оси. Этот способ наиболее эффективен при получении заготовок кольцевидной формы, труб, зубчатых колес и т. д.

Ковка и горячая штамповка. При этих процессах нагретый металл обрабатывают ударом или давлением, пользуясь молотами и ковочными машинами. Если нагретый металл обрабатывают без специальных форм (штампов), то процесс называется свободной ковкой , если же в штампах - горячей штамповкой .

При горячей штамповке на изготовление заготовок затрачивается значительно меньше времени, чем при свободной ковке. При этом заготовки получаются более точные по форме и размерам, с меньшими припусками для дальнейшей механической обработки.

Холодная штамповка. Это процесс получения заготовок и деталей из листового, ленточного и полосового материала способом вырубки, гибки, вытяжки, отбортовки в штампах на прессах.

Способ холодной штамповки очень производителен и широко применяется в различных видах производства. При различных способах получения заготовок припуск на их обработку будет различным.

Ковкой называется обработка металла, находящегося в пластическом состоянии, статическим или динамическим давлением. При ковке изменяется как внешняя форма, так и структура металла. Изделие, полученное ковкой, называют поковкой . Существуют два вида ковки: свободна и в штампах.

Ковка производится либо ударным (динамическим) воздействием на металл, где используется энергия падающих частей молота (механическая ковка), либо медленным (статическим) воздействием, где используется давление пресса.

Свободна ковка

Свободную ковку применяют в условиях серийного и мелкосерийного производства. К операциям ковки относятся вытяжка, осадка, гибка, пробивка, прошивка, рубка и т.д.

При вытяжке длина поковки увеличивается за счет уменьшения ее поперечного сечения. Разновидностью вытяжки является протяжка, при которой заготовку кантуют после каждого удара.

Осадка - операция, обратная вытяжке. При осадке поперечное сечение поковки увеличивается за счет высоты.

Прошивка отверстий производится с помощью пробойника, называемого прошивнем. Прошивкой получают сквозное отверстие или углубление - (глухая прошивка). На рис. 3 7 приведены схемы некоторых операций свободной ковки.

Ковку выполняют на ковочных молотах или гидравлических прессах.

Молоты - машины динамического, ударного воздействия. Продолжительность деформации на них составляет тысячные доли секунды. Металл деформируется за счет энергии, накопленной подвижными (падающими) частями молота к моменту их соударения с заготовкой. Одним из основных типов молотов для ковки являются паровоздушные молоты.

Гидравлические прессы - машины статического действия; продолжительность деформации составляет несколько секунд. Металл деформируется приложением усилия, создаваемого с помощью жидкости, подаваемой в рабочий цилиндр пресса.

Рис.38 . Схемы операций ковки: а - двусторонняя прошивка, б-сквоз-

ная прошивка, в-прошивни, г-отрубка, д-топоры, е-гибка,

ж-штамповка в подкладных штампах, з-протяжка

Штамповка

Штамповкой называют ковку в стальных формах-штампах. Производительность штамповки в десятки раз больше, чем свободной ковки. Кроме того, при штамповке достигается значительно большая, чем при свободной ковке, точность размеров и чистота поверхности. Однако штамповка выгодна лишь в массовом и серийном производстве, потому что затраты на изготовление штампового инструмента оправдываются лишь при изготовлении большой партии деталей. Штамповка бывает горячей и холодной, объемной и листовой.

Горячая объемная штамповка (ковка в штампах). Если при свободной ковке металл, теснимый бойками сверху и снизу, может свободно течь в стороны, то при штамповке течение металла ограничивается поверхностями штампа, и заготовка принимает форму его фасонной полости (ручья).

Припуск на механическую обработку при горячей объемной штамповке примерно вдвое меньше, чем при свободной ковке. Горячая штамповка производится на молотах и ковочных машинах.

Штамповка на молотах - наиболее распространенный способ горячей штамповки. Штамп (рис. 39 ,а )состоит из двух частей: верхней 1 и нижней 2. Нижняя часть крепится на штамподержателе, установленным на шаботе, а верхняя - в бабе; крепление каждой части штампа осуществляется клином и шпонкой. Места крепления выполняют в виде “ласточкиного хвоста”. Обе части имеют полости, составляющие ручей, который соответствует форме поковки.

Рис. 3 9. Штамповка заготовок зубчатых колес в одноручьевом штампе

Для штамповки заготовка нагревается до температуры ковки и помещается в нижнюю полость 2 штампа. Под действием ударов верхней части штампа металл течет и заполняет ручей. Излишек металла выдавливается из ручья в кольцевую полость и образует так называемый облой (заусенец) 3 (рис. 39 ,б ), который способствует лучшему заполнению полости штампа, препятствуя дальнейшему течению металла в полости разъема штампа. Заусенцы обрезают на прессе в специальном обрезном штампе в горячем или холодном состоянии. По количеству ручьев штампы разделяются на одноручьевые и многоручьевые.

Одноручьевые штампы применяют для изготовления простых изделий и для штамповки заготовок, предварительно подготовленных свободной ковкой. Эта подготовка состоит в приближении формы заготовки к форме готовой поковки.

Многоручьевые штампы имеют заготовительные, штамповочные и отрезные ручьи. В заготовительных ручьях выполняются операции вытяжки и гибки, в штамповочных - придания заготовке окончательной формы, в отрезных отделения штамповки от прутка (катанной заготовки).

Заготовительные ручьи располагаются по краям штампа, а штамповочные в середине. На рис. 40 приведен многоручьевой штамп, а также эскизы исходной заготовки, ее деформирование при выполнении последовательных переходов штамповки и готовая поковка. Заготовка поступает сначала в протяжной ручей 4, где протягивается. Затем ее деформируют в прокатном ручье 3 для утолщения на концах, далее передают в гибочный ручей 1, после чего ее штампуют сначала в предварительном ручье 2, а потом в окончательном ручье 5.

Рис. 4 0. Многоручьвой штамп

В последние годы распространяется безоблойная штамповка в закрытых штампах. При этом достигается значительная экономия металла, отпадает надобность в обрезных прессах и штампах, а также в обрезке облоя и повышаются механические свойства поковок. Для горячей штамповки применяют кривошипные прессы, фрикционные и паровоздушные молоты.

Штамповка на горизонтально-ковочных машинах (ГКМ). В отличие от молотов у ковочных машин ползун движется горизонтально, поэтому эти машины называют горизонтально-ковочными. Такие машины применяют для изготовления поковок, имеющих форму полых или сплошных стержней с утолщением (болтов, заклепок и т.п.), а также для изготовления поковок кольцеобразной формы (втулок, гаек, колец).

Эти машины имеют высокую производительность, обеспечивают получение большой точности, чем при штамповке на молотах, и почти не дают отходов.

Рис. 4 1. Схема штамповки кольца на ГКМ

Штамповка на ГКМ обычно сводится к выполнению операции высадки нагретой прокатанной заготовки. Штамп имеет два ручья. В первом ручье проводится высадка для получения наружного контура кольца (рис. 4 1,а ), во втором ручье (рис. 4 1,б ) пуансонП прошивает и выталкивает заготовку. Давление, развиваемое ГКМ, колеблется от 500 до 3000 кН.

Рис. 4 2. Схема вырубки листового материала

Холодная листовая штамповка применяется для изделий из листовой стали, алюминия и его сплавов, меди, латуни и др. Простая штамповка сводится к вырезке, вытяжке и гибке. Сложная штамповка представляет собой сочетание перечисленных операций.

Вырубку применяют для изготовления из листа плоских деталей; форма контура может быть любой: круг, квадрат и т.д. Этим методом могут также пробиваться отверстия. У штампа для вырубки имеются две основные части (рис.42 ): матрица 4 и пуансон 1.

При движении вниз пуансон 1 острыми краями рабочего контура срезает часть заготовки. При обратном движении - остаток заготовки 3 упирается в съемник 2 и снимается с пуансона.

Вытяжкой получают полые изделия из листовой заготовки. Заготовку диаметромD кладут в выточку матрицы (рис. 4 3,а ) и вытягивают пуансоном в стакан (рис.43,б ). Чтобы не срезать заготовку, края пуансона скругляют.

Рис. 4 3. Схема вытяжки из листовой заготовки

Если зазор а между матрицей и пуансоном равен толщине заготовки, то толщина стенок изделия остается такой же; если же этот зазор меньше, то стенки становятся тоньше. Для местного изменения формы, например для получения ребер жесткости, заготовку дополнительно формуют в штампах.

Холодную штамповку производят механическими кривошипными, гидравлическими или фрикционными прессами.

Чтобы снять наклеп, некоторые изделия отжигают. Если штампуют в несколько переходов с большой деформацией, то отжигают многократно.

Способы обработки металлов давлением по производственному назначению подразделяют на два вида.

1. Металлургические , предназначенные для получения заготовок постоянного поперечного сечения (прутков, проволоки, листов и др.), применяемых для изготовления деталей с помощью предварительного пластического формоизменения и обработки резанием. Основными металлургическими способами обработки давлением являются про-катка, волочение и прессование.

2. Машиностроительные , предназначенные для получения деталей или заготовок, имеющих форму и размеры, приближенные к форме и размерам деталей; в машиностроении основными способами по-лучения заготовок обработкой давлением являются ковка и штам-повка.

Прокатка (рис. 3.10, а) заключается в обжатии заготовки 2 между вращающимися валками 1 .

Прессование (рис. 3.10, 6) заключается в продавливании толкате-лем 4 заготовки 2, находящейся во втулке 3, через отверстие матри-цы 1.

Волочение (рис. 3.10, в, г) заключается в протягивании заготов-ки 2 через сужающуюся полость матрицы 1; при этом поперечное сечение заготовки принимает форму поперечного сечения отверстия матрицы.

Штамповкой (рис. 3.10, д) изменяют форму и размеры заготовки с помощью специального инструмента — штампа.

Листовой штамповкой получают плоские и пространственные детали из заготовок, у которых толщина значительно меньше размеров в плане (лист, лента, полоса). При листовой штамповке (рис. 3.10, д ) заготовка 3 деформируется с помощью пуансона 1 и матрицы 2.

Ковкой (рис. 3.10, е) изменяют форму и размеры заготовки 2 пу-тем последовательного воздействия универсальными инструментами 1 на отдельные участки заготовки.

При объемной штамповке (рис. 3.10, е ) на заготовку, являющуюся отрезком прутка 2, воздействуют штампом 1, причем металл заготовки заполняет полость штампа, приобретая ее форму и размеры.

Рис. 3.10. Основные виды обработки металлов давлением: а - прокатка; б - прессование; в,г - волочение; д - листовая штамповка(один из процессов); е - ковка; Р - усилие прижатия прокатных валков; Р тр - усилие трения; Р п - усилие прессования;

Р пр - усилие протягивания; Р к - усилие ковки; Р ш - усилие штамповки.

Ковка — способ обработки металлов давлением, осуществляемый с помощью кузнечного инструмента или штампов, при котором ин-струмент оказывает многократное, прерывистое воздействие на на-гретую заготовку, в результате чего она деформируется и постепенно приобретает заданные форму и размеры. Ковка является единственным способом изготовления крупных поковок (массой до 250 т): валов гидрогенераторов, коленчатых валов судовых двигателей, валков прокатных станов и т.д. Ковку обычно применяют в мелкосерийном или единичном про-изводстве, а также для изготовления крупных поковок.

Ковка может быть свободной или в подкладных штампах, ручной или машинной, осуществляемой на паровоздушных молотах или на ковочных гидравлических прессах. При ручной ковке применяют наковальни, большие и малые мо-лотки (кувалды и ручники), клещи для захвата и поддержания заго-товки, бородки, зубила, подбойники, обжимки (рис. 3.11, а—з), при машинной ковке — бойки, обжимки, раскатки, пережимки, патроны (рис. 3.11, и-п) .

Рис. 3.11. Инструмент для ручной и машинной ковки: а - наковальня; б - кувалда;

в - ручник; г - клещи; д - бородок; е - зубило; ж - подбойник; з - обжимка;

и - плоские бойки; к - вырезные бойки; л - закругленные бойки; м - обжимки;

н - раскатки; о - пережимки; п - патроны.

Основными операциями ковки являются осадка , высадка, про-тяжка, прошивка, отрубка, гибка. Осадкой называют такую технологическую операцию обработки давлением, при которой уменьшается высота исходной заготовки при одновременном увеличении площади ее поперечного сечения (рис. 3.12).

При этом осадка цилиндрического образца может рас-сматриваться без учета трения на торцах (рис. 3.12, а) (идеальный вариант) или при наличии трения на торцах (рис. 3.12, б) (реальный вариант). Для устойчивости при осадке цилиндрических заготовок высо-та заготовки h 0 должна быть не более 2,5 диаметров:

Рис. 3.12. Схемы осадки цилиндрического образца без трения на торцах (а - идеальный вариант) и при наличии трения на торцах (б - реальный вариант):

h o и h 1 - исходный и конечный размеры обрабатываемого изделия; d - диаметр заготовки; d 1 - диаметр детали; Δh - величина осадки; P - усилие осадки.

Высадка является разновидностью осадки. При этом металл оса-живают лишь на части длины заготовки (рис. 3.13, а). Прошивка — операция получения полостей за счет вытеснения металла (рис. 3.13, б) с помощью инструмента — прошивки. Для получения требуемой формы детали используют подкладные штампы (рис. 3.14).

Рис. 3.13. Схемы высадки (а) и двусторонней прошивки (б).

Рис. 3.14. Схема штамповки в подкладных штампах.

Горячая объемная штамповка — это вид обработки металлов давлением, при которой формообразование поковки из на-гретой заготовки осуществляют с помощью специального инструмента, называемого штампом. При штамповке течение ме-талла ограничивается поверхностями по-лостей или выступов в отдельных частях штампа. В конечный момент штамповки металл занимает всю замкнутую полость штампа (ручей) в соответствии с конфигу-рацией поковки. Благодаря этому горячей объемной штамповкой можно получать поковки сложной конфи-гурации с минимальными напусками (или без них) и с меньшими допусками, чем при ковке (рис. 3.15).

Рис. 3.15. Схемы штамповки в открытых (а) и закрытых (б) штампах: h заз - зазор.

По наличию или отсутствию заусенца различают штампы открытые (рис. 3.15, а) и закрытые (рис. 3.15, б).

Штамповку подразделяют на холодную и горячую (в зависимости от температуры нагрева заготовок), формовочное, высадочное, про-шивное и т.д. (по типу операций), молотовое и прессовое (по типу применяемого оборудования).

Основными деталями штампа являются пуансон и матрица. Штампы, предназначенные для молотовых и кривошипно-горячештамповочных прессов, состоят из верхней и нижней частей, на соприкасающихся поверхностях которых имеются ручьи для по-следовательного формообразования изделия. Изготавливают штампы из углеродистых и легированных (в основном хромом) штамповых сталей.

Штамповка в открытых штампах характеризуется переменным зазором между подвижной и неподвижной частями штампа. В зазор вытекает заусенец (облой). По мере уменьшения зазора находящийся в нем металл интенсивно охлаждается, увеличивается предел теку-чести металла и возрастает сопротивление перемещению заусенца. Благодаря этому заполняется вся полость штампа, и только излишки металла вытесняются в заусенцы. Заусенцы впоследствии удаляются в специальных обрезных штампах.

При штамповке в закрытых штампах зазор между подвижной инеподвижной частями штампа достаточен для относительного пере-мещения частей штампа, но не для образования заусенца. Поэтому воизбежание незаполнения углов полости штампа или увеличения высоты поковки необходимо строго соблюдать равенство объемов заготовки металла и поковки.

К штамповке в закрытых штампах можно отнести штамповку вы-давливанием. Горячая объемная штамповка применяется в крупно-серийном или массовом производстве, позволяет получать поковки сложной конфигурации с минимальными напусками и меньшими (по сравнению со стандартными методами) допусками.

Производительность штамповки значительно выше, чем ковки. В то же время штамп — дорогостоящий инструмент, предназначен-ный для изготовления только одной конкретной поковки. Усилия при штамповке больше, чем при ковке одинаковых поковок. Поэтому масса поковок, изготавливаемых объемной штамповкой, редко пре-вышает 20 кг.

Основным оборудованием для ковки и штамповки являются ковочные и штамповочные молоты и прессы. Ковочный молот служит для обработки металлических заготовок ударами падающих частей. По роду привода молоты бывают паровоздушные (рис. 3.16, а), пневматические (рис. 3.16, б), механические, гидравлические.

Рис. 3.16. Принципиальные схемы молотов: а - паровоздушного:1 - баба; 2 - направляющие; 3 - поршень; 4 - цилиндр для подачи пар; 5 - нижний боек; б - пневматического: 1 - рабочий цилиндр; 2 - компрессорный цилиндр; 3 - поршень компрессорного цилиндра; 4 - шатун; 5 - вал; 6,7 - верхний и нижний золотник соответственно;

8 - поршень рабочего цилиндра; 9 - баба молота; 10 - верхний боек; 11 - нижний боек.

Паровоздушные молоты (см. рис. 3.16, а) приводятся в действие паром или сжатым воздухом под давлением 0,7... 0,9 МПа. Перемеще-ние бабы 1 относительно направляющих 2 происходит при движении поршня 3 под действием сжатого пара или воздуха. При подаче пара (или воздуха) в верхнюю полость цилиндра впадающие части пере-мещаются вниз и наносят удар по заготовке, уложенной на нижний боек 5. При подаче пара (или сжатого воздуха) в нижнюю полость цилиндра падающие части поднимаются в верхнее положение.

Пневматические молоты (см. рис. 3.16, б) содержат два цилин-дра: рабочий 1 и компрессорный 2. Поршень 3 компрессорного цилиндра перемещается шатуном 4 от кривошипного вала 5. При этом воздух поочередно сжимается (р = 0,3 МПа) в верхней или нижней полостях цилиндра и при нажатии на педаль или рукоятку, открывающую золотники 6 и 7, поступает в рабочий цилиндр 1. Рабочий цилиндр действует на поршень 8. Поршень вместе с мас-сивным штоком 9 одновременно является бабой молота, в которой крепится верхний боек 10, При перемещении падающих частей вниз верхний боек ударяет по заготовке, уложенной на неподвижный нижний боек 11.

Основание ковочного молота (шабот) имеет массу, в 8 — 15 раз превышающую массу падающих частей. Ша-боты штамповочных молотов еще массивнее — в 20 —30 раз больше массы падающих частей. Это обеспечивает высокий КПД удара (η= 0,8... 0,9) и высокую точность соударения частей штампа. Кроме того, для этой же цели молоты имеют усиленные регулируемые на-правляющие для движения бабы.

По способу работы различают молоты простого и двойного дей-ствия. В молотах простого действия падающая часть (баба) падает свободно под действием собственной силы тяжести, а в молотах двойного действия она дополнительно разгоняется. Скорость бабы высокоскоростных молотов может достигать 25 м/с, а у обычных молотов 3...6 м/с.

Паровоздушные ковочные молоты имеют массу падающих частей 500... 5 000 кг, а штамповочные — 500... 30 000 кг. На ковочных молотах изготовляют поковки массой 20... 2 000 кг, как правило, из прокатан-ных заготовок или из слитков. Максимальная масса штампованных поковок — 1 000 кг.

У бесшаботных паровоздушных молотов шабот заменен нижней подвижной бабой, соединенной с верхней бабой механической или гидравлической связью.

Необходимый молот выбирают на основании расчета или по спра-вочным таблицам.

Кривошипные штамповочные прессы имеют постоянный ход, равный удвоенному радиусу кривошипа (рис. 3.17). Штамповка на кривошипных прессах характеризуется высокой производитель-ностью и точностью заготовок по высоте. Заготовка извлекается из штампа при обратном ходе его верхней части с помощью выталкивателей. Благодаря этому удобно штампо-вать в закрытых штампах выдавливанием и прошивкой.

Рис. 3.17. Схема кривошипного штамповочного пресса:1 - пуансон; 2 - упор; 3 - привод;

4 - электродвигатель; 5 - подвижная матрица; 6 - приводной вал; 7 - главный ползун;

8 - крышка; 9 - кривошипный вал; 10 - кулиса; 11,12 - верхний и нижний бойки.

Кривошипные штамповочные прессы усилием 6,3... 100 МН успешно заменяют штамповочные молоты с массой падающих частей 630... 10000 кг. Однако стоимость кривошипного горячештамповочного пресса в 3 — 4 раза выше стоимости эквивалентного по техно-логическим возможностям молота.

Горизонтально-ковочные машины (ГКМ) (рис. 3.18) имеют штампы, со-стоящие из трех частей: неподвижной матрицы 3, под-вижной матрицы 5 и пуансона 1, размыкающихся в двух взаимно-перпендикулярных плоскостях.

Рис. 3.18. Схема ГКМ

Пруток 4 с нагретым участком, обращенным к пуансону, закладывают в неподвижную матрицу 3. Положение прутка фиксируется упором 2. При включении ГКМ по-движная матрица 5 прижимает пруток к неподвижной матрице, упор 2 отводится в сторону, а пуансон 1 ударяет по выступающей части прутка, деформируя ее. Работа ГКМ поясняется кинематической схемой, приведенной на рис. 3.19.

Рис. 3.19. Кинематическая схема горизонтально-ковочной машины:1 - подвижная

щека; 2 - система рычагов; 3 - ползун; 4 - подвижные кулачки; 5 - шатун;

6 - кривошипный вал; 7 - главный ползун.

Главный ползун 7, несущий пуансон, приводится в дви-жение от кривошипного вала 6 с помощью шатуна 5. Подвижная щека 1 приводится в движение от бокового ползуна 3 системой рычагов 2. Боковой ползун приводится в движение кулачками 4, установленными на конце кривошипного вала 6. Горизонтально-ковочные машины обычно строят с усилием до 30 МН. Основными операциями, выполняемыми на ГКМ, явля-ются высадка, прошивка и пробивка.

Штамповку на ГКМ можно выполнять за несколько проходов в отдельных ручьях, оси которых расположены горизонтально одна над другой. Каждый переход выполняется за один рабочий ход ма-шины.

Действие гидравлического пресса основано на законе гидроста-тического давления Паскаля, который в 1698 г. указал, что «сосуд, наполненный водой, является но-вой машиной для увеличения сил в желаемой степени» (рис. 3.20). Усилие современных гидравлических штамповочных прессов (рис. 3.21) достигает 750 МН.

Рис. 3.20. Схема к объяснению закона Паскаля.

Рис. 3.21. Принципиальная схема гидравлического пресса.

Листовая штамповка предназначена для получения разнообразных плоских и пространственных изделий типа облицовочных автомобильных деталей, деталей самолетов, ракет и других изделий сложной формы. Листовую штамповку применяют в автомобильной, авиационной, электротехнической промышленности, в тракторостроении, приборостроении и др.

Листовая штамповка снижает объем обработки резанием, обеспечивает высокие точность размеров и производительность (до 40 тыс. деталей в смену с одной машины). В качестве заготовок используют лист, полосу или ленту. Толщина заготовок обычно не превышает S ≤ 10 мм.

Как правило, при листовой штамповке пластическую деформацию, обеспечивающую необходимые форму и размеры, получает лишь часть заготовки. Толщина стенок штампованных деталей незначительно отличается от толщины заготовок. Операции, в которых изменяются лишь форма и размеры заготовки без разрушения ее в процессе деформирования, называются формоизменяющими. О перации, обуславливающие разрушение материала заготовки, называются разделительными.

К числу формоизменяющих операций листовой штамповки относят гибку, вытяжку, отбортовку, обжим, раздачу и др. (рис. 3.22).

Рис. 3.22. Операции листовой штамповки: а - гибка; б - вытяжка; в - отбортовка;

г - обжим; д - раздача.

Гибка (рис. 3.22, а) применяется для изменения кривизны заготовки практически без изменения ее линейных размеров. В результате такого деформирования часть заготовки поворачивается относительно другой на определенный угол. Пластическая деформация при гибке сосредотачивается на узком участке, контактирующем с пуансоном.

При гибке не допускается разрушение материала, образование трещин, складок. Наиболее слабым местом является зона деформаций растяжения в наружном слое детали на участке закругления пуансона. При уменьшении от-ношения радиуса закругления R к толщине заготовки S деформация возрастает. Поэтому для предотвращения появления трещин, складок или разрушения заготовки ограничивают минимальные размеры радиуса закругления пуансона: R min = (0,1 ...2) S .

Вытяжка (см. рис. 3.22, б) заклю-чается в протягивании заготовки через отверстие матрицы, причем плоская заготовка превращается в полое изделие, а у пространственной заго-товки уменьшаются поперечные размеры (рис. 3.23). Вытяжка может осуществляться без утонения или с утонением стенки заготовки.

Рис. 3.23. Схема вытяжки:1- матрица с рабочим диаметром D м и радиусом закругления R м ; 2 - полуфабрикат; 3 - прижим; 4 - пуансон с рабочим диаметром D п и радиусом закругления R п ; 5-заготовка под вытяжку диаметром D з и толщиной S .

Формоизменение при вытяжке (рис. 3.23) оценивают отношением диаме-тра D 3 заготовки (типа диска, фланца) к диаметру d полученной детали типа цилиндр, которое называется коэффициентом вытяжки:

К п = D 3 / d

При вытяжке без измерения толщины стенки зазор z между пуансоном и матрицей должен быть больше толщины s заготовки: z = (1,1 ... 1,3)S. При вытяжке с изменением толщины стенки последняя за один переход может быть уменьшена в 1,5 —2 раза, при этом зазор между пуансоном и матрицей должен быть меньше толщины стенки, а удель-ные усилия будут большими. Вытяжку с утонением применяют для устранения опасности складкообразования, а также для получения деталей со стенками, толщина которых меньше толщины донышка.

Усилие вытяжки в момент, когда заготовка полностью охватит скругленную кромку матрицы, может быть определено по формуле:

Р выт = 2πR м SQ р max ,

где Q р max — истинная прочность материала заготовки при полном упрочнении.

При отбортовке часть заготовки, граничащая с предварительно пробитым отверстием, вдавливается в матрицу, при этом размеры отверстия увеличиваются, и этот участок заготовки приобретает цилиндрическую форму (см. рис. 3.22, в). Допустимое без разрушения увеличение диаметра отверстия при отбортовке зависит от механических свойств материала заготовки и ее относительной толщины s/d Q и составля-ет d/d Q = 1,2.,. 1,8, где d Q — первоначальный диаметр заготовки.

При обжиме (см. рис. 3.22, г) полая тонкостенная цилиндри-ческая заготовка подается в отверстие матрицы, в результате чего происходит уменьшение поперечных размеров.

При раздаче (см. рис. 3.22, д) пуансон внедряется в полую тон-костенную цилиндрическую заготовку, и ее поперечные размеры в очаге деформации увеличиваются. При рассмотрении напряженного и деформированного состояний в очаге деформации при анализе операций листовой штамповки обычно пользуются полярной системой координат с полюсом, совпадающим с центром кривизны срединной поверхности заготовки в данный момент деформирования (рис. 3.24).

Рис. 3.24. Схема напряжений при листовой штамповке: R н - наружный радиус заготовки до деформации; Р н - переменный радиус в полярной системе координат; r вн - внутренний диаметр детали; σ - напряжения; ε - деформации; индексы ρ, θ и z относятся

к радиальным, тангенциальным и осевым параметрам, соответственно.

При формоизменяющих операциях листовой штамповки каса-тельные напряжения относительно малы и поэтому принимают, что направления нормальных напряжений σ р и σ θ совпадают с глав-ными направлениями тензора напряжений, т. е. являются главными напряжениями. При r BH /s > 5 принимают ρ п ≈ r BH + s/2.

Деформации на операциях листовой штамповки осуществляют-ся, когда напряжения σ р и σ θ соответствуют предельному состоянию (условию пластичности). В зависимости от условий нагружения заготовки в различных опе-рациях листовой штамповки схемы напряженного состояния и знаки напряжений σ р и σ θ в очаге деформации могут быть различными. В операциях вытяжки и отбортовки напряжения а р растягиваю-щие, а в операциях обжима и раздачи — сжимающие. Напряжения σ θ являются растягивающими в операциях раздачи и отбортовки, а в операциях вытяжки и обжима — сжимающими (рис. 3. 25).

Рис. 3.25. Условия предельного со-стояния при плоском

напряженном состоянии

На рис. 3.25 графически представлены условия предельного со-стояния при плоском напряженном состоянии (в виде эллипса и ше-стиугольника в координатах σ s — σ θ) и приведены схемы операций, деформирование заготовки в которых осуществляется при знаках напряжений, соответствующих определенным квадрантам.

Самый разнообразный дизайн - у литых. Самая прочная - «ковка», а самые дорогие - составные диски. А теперь немного подробнее о каждом типе.

- Штампованные. Самый простой вариант колёс, который сегодня доступен только в бюджетном сегменте. Изготавливаются из стали методом штампования. Из преимуществ - низкая цена, высокая ремонтопригодность, приемлемая прочность. Недостатки - высокая масса (выше расход топлива и износ подвески, ниже динамика и комфорт) и скупость дизайна. Из последнего правила есть немногочисленные исключения - например, 5-лучевые заводские диски для Opel Astra. Также существуют пластиковые колпаки, с тем или иным успехом компенсирующие невзрачный внешний вид «штампов» или даже искусно имитирующие «литьё» - примером последних могут служить заводские колпаки на .

- Литые. Обозначаются словом cast. Самый распространённый вариант: от дешёвого безымянного колеса по цене хорошей штамповки до дисков для машин премиум-класса и элитных тюнинг-колёс. Как правило, изготавливаются из алюминиевых сплавов (намного реже - титановых и магниевых) путём заливки их в специальную форму, последующего охлаждения и мехобработки. Преимущества литых дисков: малая масса у качественных колёс (ниже расход топлива и износ подвески, выше комфорт и динамика), огромный диапазон размерностей, ценовая доступность, разнообразный дизайн, приемлемая прочность. Недостатки - неремонтопригодность (обычно они не мнутся, а раскалываются) и некоторая общая усреднённость характеристик.

Существуют усовершенствованные технологии изготовления литых колёс. Одна из распространённых - литьё под давлением. Залитый в форму расплавленный алюминий подвергается дополнительному давлению, что уменьшает пористость материала и делает его более мелкозернистым, а значит более прочным. Еще один способ сделать алюминий крепче - технология механического раскатывания обода нужной ширины из разогретой заготовки (flow forming). Раскатка даёт высочайшую прочность при низкой массе, так как во многом сродни технологии изготовления кованых дисков. Такое «литьё» существенно дороже обычного.

- Кованые. Самые прочные и лёгкие диски. Используются для спортивного тюнинга и в первичной комплектации дорогих спортивных автомобилей. Обозначаются словом forged. Технология представляет собой штамповку разогретой алюминиевой (реже - из другого сплава) болванки с последующей мехобработкой. Из-за большей сложности производства дизайн «ковки» не так разнообразен, как у «литья», но ведущие бренды научились делать круто выглядящие кованые колёса. Преимущества - максимальная прочность при минимальной массе, а недостатки - высокая цена. Ремонтопригодность относительная: кованые диски могут треснуть, как литые, а могут и погнуться - как повезёт. Но в любом случае, нагрузки они выдерживают намного более высокие, нежели литые.

Существует и альтернативный способ производства кованых колёс - это вырезание диска на станке из болванки. Такие диски получаются менее прочными, чем традиционная «ковка», но всё равно крепче обычных литых. К этой технологии прибегают в основном производители «дизайнерских» кованых дисков, тогда как серьёзные спортивные диски делаются штампованием под огромным давлением. Преимущество такой традиционной технологии состоит в том, что под прессом чудовищной силы алюминиевый сплав приобретает максимальную прочность.

- Составные. Обозначаются как 2-piece или 3-piece. Их ещё называют сборные или комбинированные: это диски, которые состоят из двух или трёх частей. Используются в основном для тюнинга. Центральная часть (спицы и ступица) зачастую изготовлены литым методом (хотя встречается и ковка), поэтому ограничений по дизайну для них практически не существует. А обод - обычно кованый, и значит максимально прочный. Центральная часть крепится к ободу титановыми болтами, и получается вся конструкция лёгкой, ажурной и очень прочной. Да и в случае повреждения ремонт разборного диска обходится дешевле, чем покупка нового.

Правда, за топовые характеристики и отсутствие недостатков приходится платить (дешевые сборные диски - подделка). Сборные диски бывают двух- и трёхсоставными. В последнем варианте обод состоит из внутренней части и внешней, что позволяет производителям очень широко варьировать параметры (вылет, ширина обода, глубина полки). А энтузиасты-любители кастомайзинга заменяют часть компонентов на другие, чтобы собрать уникальные колёса под свои потребности.

На этом варианты конструкции дисков не заканчиваются. Есть ещё, например, спицованные колёса для ретро-техники и композитные диски для суперкаров из карбона или пластика. Но и то, и другое - продукт немассовый, поэтому расскажем о них (а также о сборке кастом-дисков и других колёсных извращениях) в отдельном материале.

Имея желание изменить внешний вид автомобиля, или же просто столкнувшись с необходимостью замены колёс, автовладелец становится перед дилеммой, какому именно типу дисков отдать предпочтение. А поскольку современный рынок буквально переполнен самыми различными моделями именитых и совсем неизвестных производителей, мы попробуем помочь в решении данного вопроса. Итак, какие же диски лучше, и в чём их различие?

Виды автомобильных дисков

Начнём с рассмотрения различных видов автомобильных дисков, надёжность и прочность которых напрямую зависит от материала используемого при их изготовлении, а также метода производства.

Штампованные диски

Бюджетные авто в начальных комплектациях чаще всего оснащаются штампованными колёсными дисками, выполненными из стали. Подобные модели изготавливают из металлических прокатных листов определённой толщины. При этом заготовки для ступицы и обода в горячем состоянии по отдельности подвергают обработке прессом, после чего формирую готовое изделие посредством сварки.
В данном случае использование прокатной стали гарантирует дискам высокую прочность и пластичность, которые и являются основным достоинством подобных моделей. При сильном ударе они не трескаются, а гнутся, что позволяет провести реставрацию или же ремонт, даже без использования специализированного инструмента и оборудования.
Однако однозначно заявить, что штампованные диски безусловно лучше своих дорогостоящих аналогов нельзя, поскольку их небольшой стоимости и ремонтопригодности противостоит значительная масса, повышающая износ подвески, снижающая экономичность и комфорт езды. Именно по этой причине практически все штампованные модели имеют специальные отверстия, позволяющие снизить их вес. Но даже в этом случае стальные колёсные диски в 2-3 раза тяжелее легкосплавных.

Также нужно помнить, что сталь подвержена коррозии, которая способна привести диск в негодность всего за пару лет эксплуатации. Чтобы этого избежать стальные колёса покрывают специальным лаком или грунтовкой, которые, впрочем, не способны создать идеальный защитный слой.
Ну и ещё одним недостатком можно назвать устаревший дизайн, который редко гармонирует с экстерьером современного транспортного средства.

Литые диски

Покупая новое авто следует определиться, каким дискам отдать предпочтение. При этом большинство экспертов рекомендуют выбрать , естественно при наличии финансов.
Легкосплавные модели изготавливаются при помощи классического литья, когда сплав заливают в подготовленную заранее форму. При производстве подобным методом граница между диском и ободом полностью нивелируется, что увеличивает долговечность и надёжность всей конструкции.

Материалом для легкосплавных дисков в большинстве случаев выступает алюминиевый сплав, в состав которого может входить титан или магний. Литые модели значительно превосходят по прочности штампованные аналоги, поскольку их граница деформации находится ощутимо выше. Другими словами, чтобы повредить такое колесо необходимая энергия удара должна быть увеличена в 3–5 раз.
С другой стороны пластичность сплава цветных металлов ниже, чем у стали. А данный аспект провоцирует большие трудности, если необходим . В данном случае подручными средствами не обойтись. Потребуется целый комплекс профессиональных работ, включающий горячую прокатку, аргоновую сварку, вытягивание и т.д.. Необходимое оборудование стоит дорого, а потому и ремонт обойдется не дешево. К тому же при нагреве сплав литых дисков меняет молекулярную структуру. Как следствие колесо теряет прочность, а зачастую вообще становится непригодным для дальнейшего использования.

Литые диски, благодаря тому что имеют небольшой вес, обеспечивают высокий уровень надёжности, безопасности, комфорта и экономичности, не говоря уже о том, что выглядят они великолепно. Кроме того, им не страшна коррозия, за исключением моделей из сплавов с магнием, которые под воздействием влаги постепенно разрушаются, если отсутствует или повреждено многослойное покрытие.
К достоинствам рассматриваемых моделей можно также отнести геометрическую точность изготовления, что улучшает управляемость автомобиля.

Кованые диски

Сразу же отметим, что механическая ковка, посредством которой изготавливают данные изделия, не имеет ничего общего с ручной. Фактически, это та же штамповка, при которой вместо листового железа используют легкосплавные заготовки. Главное отличие от создания стальных дисков заключается в использовании высокой температуры и применении иных форм.

Кованые диски изготавливаются из сплавов цветных металлов, в составе которых, по сравнению с литыми моделями, доля высокопрочных компонентов (титана или магния) значительно выше. В то время, как литье подразумевает нарушение молекулярной структуры металла, вследствие его полного расплавления, при ковке разогретой заготовки этого не происходит. В результате диски становятся более прочными, долговечными и надёжными. Практика показала, что сильный удар, полученный при езде, скорее навредит подвеске автомобиля, нежели целостности кованного диска.

Заметить разницу кованых и литых изделий можно в их массе. Первые будут легче на 10-25%, что позволяет им демонстрировать лучшую топливную экономичность и комфортабельность, а также обеспечивать меньший износ ходовой.
Специалисты считают, что кованые колёсные диски имеют лишь один недостаток, выражающийся в высокой стоимости изделия, которая обуславливается особенностями техпроцесса изготовления.

Что выбрать?

В случае, когда вы живёте в городе и перемещаетесь исключительно по хорошим дорогам, однако не хотите тратить лишние средства – оптимальным вариантом станут литые диски. Тем более, что авторынок сегодня предлагает множество качественных моделей по доступной цене, лучшими из которых являются изделия европейского, российского и южнокорейского производства, а худшими, соответственно, китайского и турецкого.

Тем же, кто обожает скорость и не способен ездить иначе, следует присмотреться к кованым дискам, которые имеют большую прочность и меньший вес. Кроме того, эти изделия обожают ценители тюнинга и люди имеющие высокие доходы.

Что до штампованных стальных дисков, то их зачастую выбирают для езды по дорогам с плохим покрытием, используют как замену литым моделям в зимнее время года, а также применяют для оснащения автомобилей а-ля «рабочая лошадка». Эти диски недорогие, и позволяют произвести ремонт без посторонней помощи даже в полевых условиях.