Классификация и тенденции развития ковки Ковку можно классифицировать по следующим методам: 1) Классификация по размещению инструментов и штампов, используемых для ковки. 2) Классификация по температуре штамповки. 3) Классификация по относительному перемещению штамповочного инструмента и заготовок. 1
Классификация ковки Ковку можно разделить на следующие категории в зависимости от размещения используемых инструментов и штампов, см. Таблицу 1-1-1.
Поковку можно разделить на следующие категории в зависимости от температуры штамповки, см. Таблицу 1-1-2.
Ковка в штампах классифицируется по относительному перемещению инструментов и заготовок, см. таблицу 1 -1-3.
2
Тенденция развития ковки 1. Разработка трудоемкого процесса формовки. Преимущество ковки заключается в том, что поковка внутри плотная, структура относительно однородная, а производительность выше, чем у отливок и сварных деталей, но недостатком является то, что она требует большая сила деформации. На протяжении многих лет люди исследуют трудоемкие процессы ковки и разрабатывают трудоемкие инструменты. Основные факторы, определяющие силу деформации F и пути экономии усилий, можно увидеть из следующей формулы: F=KReLA Где K – коэффициент напряженного состояния, также известный как коэффициент связи. Для напряженных состояний противоположных знаков К < 1; для трехосных сжимающих напряженных состояний K > 1, которые могут достигать K=6 и даже выше; ReL — напряжение течения, характеризующее способность материала сопротивляться пластической деформации в конкретных условиях и зависящее от состава, структуры, температуры деформации, степени деформации, скорости деформации и т. д. деформируемого материала; А — проекция площади контакта заготовки и матрицы в направлении действия основной силы. Из приведенного выше анализа видно, что существует три основных способа экономии усилий: (1) Уменьшить коэффициент ограничения K. Фактически на производстве часто используется метод отклонения для уменьшения силы деформации. Например, кольцеобразные заготовки часто используются для точной ковки зубчатых колес. Во время ковки металл заполняет форму зуба наружу. В то же время, поскольку часть металла течет внутрь, во время сжатия удается избежать пикового напряжения в середине сплошной заготовки, что снижает силу деформации, как показано на рисунке {{10}}. При обратном выдавливании цилиндрической детали к середине заготовки добавляется накопительный стержень, чтобы частично выдавить накопительный стержень (см. рисунок 1-1-2), а затем удаляется. Таким образом, сила деформации может быть значительно уменьшена. На рисунке 1-1-3 показано сравнение распределения силы деформации при сжатии с накопительным стержнем и без него. (2) Уменьшите напряжение потока. Способы формования, относящиеся к этой категории, включают сверхпластическую формовку и ковку в жидкой штамповке (т.е. формование в полутвердом состоянии или формование при температуре, близкой к температуре плавления). Первый представляет собой метод формования с более низкой скоростью деформации, а второй — метод формования при чрезвычайно высокой температуре. (3) Уменьшите площадь контакта. 2. Разработка технологии точной формовки. В последние годы появился термин «ковка чистой формы», означающий, что поковки больше не обрабатываются. В настоящее время допуск прецизионных поковок можно контролировать в пределах от 0,01 до 0,05 мм. В Германии достигнута ковка поперечных валов чистой формы (см. рисунок 1-1-4), а также внутренних и внешних дуговых шестерен (см. рисунок 1-1-5) для автомобильных трансмиссий. В некоторых случаях трудно полностью достичь «чистой формы», и существует соответствующий термин «почти чистая форма», поэтому существует «формирование почти чистой формы», ковка почти чистой формы (ковка почти чистой формы). Очевидно, что для достижения точной формовки к пресс-форме предъявляются строгие требования. На рисунке 1-1-6 представлена схема устройства пресс-формы и деталей изделия для экструзии дуговой шестерни. Характеристики этого устройства: 1) Сферическая поверхность пуансона является самоподдерживающейся, чтобы избежать бокового воздействия. 2) Нижняя матрица имеет регулировочное устройство, обеспечивающее концентричность верхней и нижней матриц. 3) Нижняя матрица оснащена гидравлическим зажимным устройством для поддержания центрирующего зажима. Формовка делится на два этапа: теплую предварительную формовку чашеобразной заготовки с внешними зубьями и последующую холодную чистовую формовку (см. рисунок 1-1-7). Анализ методом конечных элементов показывает, что только форма зубьев заготовки является трапециевидной, что является наиболее подходящим. Форма зубьев экструдированного пруткового материала не обрабатывается, а только разрезается на шестерни. 3. Используйте составной процесс. Заготовка для ковки может представлять собой деталь, спеченную порошком, или заготовку, изготовленную методом литья под давлением. На рисунке 1-1-8 показана поковка заготовки, полученной методом литья под давлением.
В последние годы полутвердая формовка сочетает в себе литье и ковку для экономии энергии и получения относительно точных и высокопроизводительных заготовок. Кроме того, полутвердое формование также является хорошим методом формирования композитных материалов с низким содержанием волокон и композитных материалов, армированных частицами. Прецизионная гибка и прецизионная сварка крупных кольцевых деталей. Из-за сложности транспортировки крупных фланцевых деталей диаметром более 8 м Ван Чжунжэнь и другие разработали процесс точной гибки и точной сварки больших кольцевых деталей. Его самым большим преимуществом является то, что он позволяет избежать использования вертикальных токарных станков. Основные процессы этого метода показаны на рисунке 1-1-9: Рисунок a представляет собой кованую квадратную заготовку, длина которой должна быть больше длины каждого сектора, а объем обработки головок на обоих концах должен быть зарезервирован; На рисунке б - участок специальной формы, обработанный портальным строгальным станком, включающий уплотнительную канавку и сварочную канавку, соединенную с цилиндром; Рисунок в — прецизионная гибка; Рисунок г - сварочный паз для стыковой сварки между торцевыми и стыковыми головками, точно обработанный по длине дуги; Фигура е собрана в кольцо; На рисунке f показана сварка фланца и цилиндра, после сварки фланцевого цилиндра уплотнительная поверхность подвергается точной обработке на строительной площадке с помощью простого станка.
Рисунок 1-1-10 — фотография прецизионного изгиба большого фланца. Учитывая, что поперечное сечение будет меняться в ходе реального процесса гибки, для прогнозирования можно использовать метод численного моделирования, а затем форму поперечного сечения можно скорректировать в соответствии с результатами прогнозирования, чтобы определить размер обработки, который должен быть гарантирован на строгальном станке. . Результаты численного моделирования методом конечных элементов изменения размеров изогнутой детали показаны на рисунке 1-1-11.
4. Расширьте область применения моделирования процесса ковки. Поскольку программное обеспечение становится более зрелым, а цены на компьютеры продолжают падать, CAD/CAM используется все более широко. Стоит подчеркнуть, что моделирование процесса ковки позволило успешно оптимизировать конструкцию конструкции матрицы, предсказать такие дефекты, как сгибание и недостаточность, которые могут возникнуть в процессе формовки, оптимизировать параметры формовки, спрогнозировать распределение напряжений в полости матрицы и избежать локального растрескивания. или чрезмерный износ. Численное моделирование перешло от чисто академических исследований к практическому использованию. В настоящее время можно предсказать распределение напряжения и скорость деформации в заготовке, а также, при необходимости, предсказать организацию и характеристики после деформации. На рисунке 1-1-12 показан пример устранения складок, образующихся в процессе ковки, путем оптимизации формы штампа посредством численного моделирования. Как показано на рисунке 1-1-12, причиной складывания поковки является непродуманная конструкция формы штампа. После доработки матрицы верхняя часть заготовки сжимается под зажимом верхней матрицы, что позволяет полностью исключить складывание. 5. Микроформование. Микроформование при переработке пластмасс обусловлено большим спросом на микродетали. Большой спрос на эти микродетали вызван не только миниатюризацией электроприборов. С развитием медицинских приборов, датчиков и оптоэлектронных устройств спрос на микродетали также быстро увеличился. С точки зрения производственных затрат и эффективности производства, метод обработки пластика превосходит технологию трехмерной сверхтонкой обработки (процесс LIGA), которая объединяет глубокую рентгеновскую литографию, гальванопластику и литье микропластика. Так называемая микроформовка обычно означает, что по крайней мере один размер формованной детали составляет менее 0,5 мм. Поскольку размер зерна используемого сырья не сильно изменился, то есть соотношение масштаба микрочастиц к размеру зерна намного меньше, чем отношение масштаба обычных деталей к размеру зерна, поэтому оба параметра не следовать аналогичному закону. К тому же соотношение площади поверхности к объему микродеталей также намного больше, чем соответствующее значение обычных деталей. Соответственно, площадь контакта оказывает гораздо большее влияние на микроформовку, чем на формовку обычных деталей. На рисунке 1-1-13 наглядно показано изменение количества поверхностных зерен по сравнению с общим количеством зерен из-за уменьшения размера. На рисунке λx — коэффициент уменьшения размера.
На рисунке {{0}} показано, что выпуклости на поверхности заготовки легко образуют замкнутую канавку для хранения смазки после правки. Если размер поверхности очень мал, например, при микроформовке, сформировать канавку для хранения смазки непросто. Таким образом, для экструзии двойной чашки, показанной на рисунке 1-1-15, когда диаметр заготовки уменьшается с 4 мм до 0,5 мм, результаты испытаний показывают, что при условии использования экструзионного масла в качестве смазки Сила трения существенно возрастает с уменьшением размеров образца и может достигать 20 раз. На рисунке 1-1-16 показана деталь, выкованная проволокой диаметром менее 0,3 мм. Для сравнения в правой части рисунка помещена спичка. 6. Многоточечная гибкая формовка Многоточечная гибкая формовка — это новый метод формования для изготовления заготовок оболочки большой кривизны, как показано на рисунке 1-1-17. Его суть заключается в разделении нижнего штампа на несколько регулируемых маленьких плашек. Чтобы верхняя часть маленькой матрицы не оставляла вмятины на поверхности заготовки, на отдельную матрицу помещают стальную пластину, чтобы создать непрерывную гибкую поверхность. Верхняя форма состоит из полиуретановых блоков, а обе стороны заготовки покрыты полиуретановыми пластинами. Многоточечная гибкая формовка позволяет в основном изготовить необходимую заготовку, регулируя форму нижней формы. Чтобы учесть влияние отскока заготовки на точность формования, поверхность формы можно откорректировать, регулируя высоту небольшой формы. Этот тип формы успешно использовался для изготовления дуговой пластины усадочного корпуса большой аэродинамической трубы. 7. Формирование композитных материалов Формирование композитных материалов в последние годы быстро развивалось. Для производства длинноволокнистых композиционных материалов в основном используются полутвердые методы. К. Зигерт разработал формовочные детали из композитного материала, армированного углеродным волокном, из сплава AlMg. Как показано на рисунке 1-1-18, температура формирования полутвердого состояния находится между солидусом и ликвидусом, что составляет от 577 до 638 градусов. Его преформа показана на рисунке 1-1-19. Волокна и пластины укладываются поочередно и снаружи оборачиваются алюминиевой фольгой. Для формирования коротковолокнистых композиционных материалов короткие волокна необходимо предварительно спрессовать в заготовку, а затем в зазоры между волокнами под давлением заливать жидкий металл, охлаждать до полутвердого состояния и затем экструдировать. Ху Ляньси и другие провели исследование в этом отношении. Чжан Либинь однажды изучал приготовление композитных материалов PM-SiCp/2A12. Ход процесса показан на рисунке 1-1-20. Горячее прессование капсулированной формы, закрытая высадка и изотермическая горячая обратная экструзия осуществляются на отечественном четырехколонном гидравлическом прессе общего назначения. Композиционный материал PM-SiCp/2A12, обработанный методом изотермической горячей обратной экструзии, обладает хорошими механическими свойствами. По сравнению с растягивающими свойствами при комнатной температуре того же состояния слитка металлургического 2А12 условный предел текучести σ0,2 композиционного материала ПМ-SiCp/2А12, содержащего SiCp15% (массовая доля) и 20% (массовая доля), увеличен в 17,3 раза. % и 24,6 % соответственно, а предел прочности Rm увеличивается на 2,5 % и 10,2 %, соответственно.
