3.5. Горячая объемная штамповка на молотах

Молоты относятся к кузнечно-штамповочному оборудованию динамического действия (см. 3.2). Основные их недостатки заклю­чаются в передаче сотрясений при ударах на близко стоящее обо­рудование, на конструкции здания кузнечного цеха и окружающих строений, в большом шуме и невысокой точности по­лучаемых поковок. Несмот­ря на эти недостатки моло­ты в настоящее время до­статочно широко применя­ются в промышленности, так как динамическое воздействие на заготовку эф­фективно в случаях штам­повки поковок сложной формы, а также при обра­ботке труднодеформируемых и жаропрочных спла­вов.

Для горячей объемной штамповки в настоящее время применяют паровоз­душные, механические и гидравлические молоты. Наибольшее распростране­ние получили паровоздуш­ные молоты. Ниже подробно разобраны процессы горячей объемной штамповки на молотах, КГШП, ГКМ, как наиболее распространенные в общем машиностроении. От характера работы машины-орудия зависят многие факторы технологического процесса, такие, как способ нагрева, конструкция инструмента (штампа), количество переходов штамповки и т. п. Поэтому в последующих параграфах рассмотрение процессов начинается с описания устройства и работы соответствующего оборудования.

Паровоздушный штамповочный молот двойного действия (рис. 3.12) рабо­тает по тому же принципу, что и ковочный, но имеет некоторые конструктив­ные отличия. Если при ковке получают изделия простой формы, то при штамповке стремятся достичь максималь­ного приближения формы поковки к форме готового изделия, и поковки получаются довольно сложными — с ребрами, высту­пами, полостями и т. п. Поэтому необходимо, чтобы удар был как можно жестче, т. е. максимальная доля энергии удара затрачива­лась бы только на деформирование поковки. Это обеспечивается большой жесткостью падающих частей и большой массой шабота. Масса шабота штамповочного молота в 20 раз больше массы его падающих частей.

.

Рис. 3.12. Схема паровоздушного штампо­вочного молота: 1 – шобот; 2 - нижняя часть штампа; 3 – верхняя часть штампа; 4 – баба; 5 – стойка; 6 – шток; 7 – поршень; 8 – рабочий цилиндр; 9 – золотник

Совмещение осей верхней и нижней частей штампа при штамповке обеспечивается наличием удлиненных регулируе­мых направляющих и креплением стоек молота непосредственно на шаботе. В процессе штамповки кузнец сам управляет молотом, нажимая на педаль или рукоятку. Паровоздушные штамповочные моло­ты изготавливаются по ГОСТ 7024—75 восьми типоразмеров с массой падающих частей от 630 кг до 25 т.

Для штамповки применяются также паровоздушные бесшабашные молоты с двусторонним ударом (рис. 3.13). У этих молотов отсутствует шабот, а бабы дви­жутся навстречу друг другу. В резуль­тате энергия удара почти целиком рас­ходуется на деформацию поковки и вза­имно поглощается бабами, не переда­ваясь на фундамент. Верхняя баба яв­ляется ведущей. Перемещаясь вниз под действием давления пара или сжатого воздуха, она приводит в движение ниж­нюю бабу через механическую или гид­равлическую связь. При гидравлической связи нижняя баба 4 разгоняется силой давления жид­кости в нижнем цилиндре. При движе­нии верхней бабы 1 вниз штоки 3 да­вят па плунжеры 7, толкая их вниз. В результате жидкость (минеральное мас­ло), находящаяся в замкнутом объеме, из боковых полостей корпуса нижней поперечины 10 вытесняется в среднюю и перемещает плунжер 8 вверх, а че­рез шток 6 и нижнюю бабу 4 вверх вплоть до соударения. К моменту удара нижняя баба развивает такую же ско­рость, как и верхняя. В местах соединения штоков с бабами име­ются амортизаторы 2, 5, а гидроудары в жидкости смягчаются компенсаторами 9.

Рис. 3.13. Схема паровоз­душного

бесшаботного моло­та с гидравлической связью баб

Молоты такой конструкции обладают высокой надежностью и изготавливаются с энергией удара до 1 400 000 Дж, что эквива­лентно паровоздушному молоту с массой падающих частей 70 000 кг. Главный недостаток бесшаботных молотов — невозможность штам­повки в многоручьевых штампах, так как затруднено перемеще­ние заготовки из ручья в ручей. Наилучшие результаты полу­чаются при штамповке в одноручьевых штампах тяжелых за­готовок осесимметричпых деталей — шестерен, фланцев, втулок и т. п.

Механические молоты не могут развивать большой энергии удара, в силу чего постепенно выходят из употребления, а гидравлические пока еще не нашли широкого применения.

Молотовой штамп (см. рис. 3.14) состоит из двух полови­нок, которые в процессе работы испытывают динамические на­грузки. Во избежание быстрого разрушения каждая половинка делается в виде монолитного кубика из дорогой хромоникелевой стали. Для крепления к молоту обе половинки штампа имеют ла­сточкины хвосты, с помощью которых они вдвигаются в пазы на бабе и под штамповой подушке молота и (см. рис. 3.12 и 3.13) закреп­ляются шпонками и клиньями.

Количество ручьев штампа зависит от формы поковки. Чем сложнее поковка, тем больше ручьев. Изменение формы заготовки в одном ручье называется переходом штамповки (рис. 3.12, в). После каждого перехода форма заготовки приближается к форме поковки. Поэтому чем сложнее форма поковки, тем больше ручьев должен иметь штамп.

Рис. 3.14. Многоручьевой молотовой штамп для штамповки шатуну плашмя:а — поковка шатуна после обрезки облоя; б — штамп; в — переходы штамповки: 1 — протяжка; 2 — подкатка; 3 — штамповка в предварительном ручье; 4 — штамповка в окончательном ру­чье; г - ручьи штампа; 1 — протяжной; 2 — подкатной; 3 — редвари-тельный; 4 — окончательный

Количество ручьев штампа зависит от формы поковки. Чем сложнее поковка, тем больше ручьев. Изменение формы заготовки в одном ручье называется переходом штамповки (рис. 3.14, в). После каждого перехода форма заготовки приближается к форме поковки. Поэтому чем сложнее форма поковки, тем больше ручьев должен иметь штамп.

По назначению ручьи (рис. 3.14, г) делятся на заготовительные и штамповочные. При штамповке из проката в заготовительных ручьях происходит перераспределение объема металла с целью приближения формы заготовки к форме поковки. В зависимости от характера перераспределения объемов металла заготовительные ручьи бывают протяжные — для протяжки заготовки; пережимные — для пережима, т.е. уменьшения поперечного сечения на малом участке длины заготовки; подкатные— для подкатки, т. е. перемещения объемов металла заготовки вдоль оси с целью созда­ния утолщения на одних ее участках и пережима на других; гибоч­ные— для изгиба заготовки вдоль оси; формовочные — для при­дания заготовке формы, близкой к форме поковки. Вид заготовительных ручьев выбирают в зависимости от формы поковки. При штамповке поковок осадкой в торец заготовительный ручей назы­вается площадкой для осадки.

В штамповочных ручьях происходит окончательное оформление поковки. Штамповочные ручьи бывают предварительные и оконча­тельные. Предварительные (черновые) ручьи применяются при штамповке поковок сложной формы во избежание быстрого износа окончательного (чистового) ручья. В предварительном ручье за­готовка принимает форму поковки с несколько увеличенными раз­мерами, за счет отсутствия облоя. После штамповки в окончатель­ном ручье поковка приобретает заданную форму и размеры и имеет облой (рис. 3.14, в). Канавка для облоя располагается в плоскости разъема штампа по периметру ручья. Окончательный штамповоч­ный ручей располагается обязательно по центру штампа или как можно с меньшим смещением от него. Заготовительные ручьи рас­полагаются по краям штампа и могут быть открытыми или закры­тыми.

Если от одной заготовки штампуют несколько поковок, то на одном из углов штампа предусматривают отрубной ручей для отде­ления отштампованной поковки от прутка.

Положение плоскости разъема штампа должно обеспечивать сво­бодный выем поковки из ручьев. С этой целью ручьи должны иметь наименьшую глубину и наибольшую ширину. Поверхность разъема должна быть плоской и пересекать вертикальные поверхности по­ковки, чтобы можно было легко обнаружить сдвиг одной половины штампа относительно другой. Если поковка несимметричная, то глубокие полости, бобышки, ребра должны располагаться в верх­ней части штампа, так как металл течет вверх лучше.

Чтобы облегчить удаление поковки из штампа, все вертикаль­ные стенки ручьев делаются с уклонами, называемыми штамповоч­ными. Угол наклона к вертикали на наружных поверхностях моло­товых поковок составляет 7°, а на внутренних — 10°. Кроме того, как в штампах, так и на поковках предусматриваются радиусы за­круглений в углах пересечений поверхностей, что предотвращает зажимы металла поковки в углах штампа и разрушение последнего вследствие концентрации напряжений.

Стойкость штампа зависит от массы падающих частей молота, на котором установлен штамп, и определяется количеством поковок, полученных на штампе в пределах допусков между двумя его ре­монтами.

Объем заготовки V_заг при штамповке на молоте представляет сумму объемов поковки V_пок объемов технологических отходов. Вид технологических отходов зависит от способа штамповки (плашмя или осадкой в торец). При штамповке плашмя технологические от­ходы складываются из облоя V_об, клещевины V_кл, и угара V_уг Кле­щевиной называется часть заготовки, предназначенная для захвата губками клещей.

Таким образом V_заг = V_пок + V_об+V_кл+V_уг ,

При штамповке осадкой в торец клещевина в большинстве слу­чаев отсутствует. При штамповке на молоте поковок для кольцевых деталей сквозное отверстие получить нельзя. С целью экономии металла и для облегчения последующей прошивки в поковках де­лают с двух сторон углубления (наметки). Между выступами штампа, образующими углубления (наметки), в поковке остается пленка (см. рис. 3.14, в), объем которой V_кл учитывается в отходах.

В любом случае технологические отходы должны быть по воз­можности минимальными.

Перед штамповкой на молоте применяются различные способы нагрева. Для поковок с соответственно благоприятными размерами применяется безокислительный контактный нагрев. Экономически оправдано также применение пламенного нагрева в методических и полуметодических печах (автотракторная промыш­ленность). В этом случае слой окалины составляет примерно 2 % от объема поковки. В силу динамического воздействия молота на за­готовку окалина при первых ударах отделяется от заготовки и уда­ляется с плоскости разъема штампа сжатым воздухом, что предотвра­щает ее отрицательное воздействие на поверхность штампа и за-штамповку в покозку. Дорогой индукционный нагрев при штамповке на молоте экономически не оправдан.

Штамповкой на молотах получают поковки самой разнообразной формы, преимущественно в открытых штампах, из самых разно­образных металлов и сплавов.