3.4. Оборудование для горячей объемной штамповки

Инструментом при горячей объемной штамповке (ГОШ) служит штамп, который состоит из двух или более частей, смыкающихся при рабочем ходе и размыкающихся — при холостом. Штамп может иметь от одного до нескольких ручьев. Ручей — совокупность вырезов в верхнем и нижнем штампе, одновременно деформирующих заготовку.

Штамп — инструмент специальный, т. е. предназначен для получения поковки только одного типоразмера. Например, в штампе для рычага педали дорожного велосипеда нельзя штамповать рычаг педали детского велосипеда. Поэтому ГОШ эффективна в массовом и крупносерийном производстве, где высокая стоимость штампов раскладывается на большое количество получаемых заготовок. При применении наладочных штампов (когда при переходе от одной поковки к другой меняют не весь штамп, а только вставку) ГОШ применяется и в серийном производстве. По сравнению с ковкой, подходящей для единичного и мелкосерийного производства, ГОШ позволяет получать поковки более сложной формы со скругленными элементами, конусами, ребрами и обладает гораздо большей производительностью, т. к. при ковке инструмент (бойки) — универсальный, а при штамповке — специальный, приспособленный к определенному изделию. Если при ковке течение металла с боков не ограничено, то при штамповке течение металла ограничивается штампом и размеры горячей поковки определяются размерами окончательного (чистового) ручья. Поэтому при ГОШ припуски, напуски и предельные отклонения размеров меньше, чем при ковке. Напомним, что припуск — это слой материала, добавляемый на те поверхности детали, точность размеров до которых или шероховатость получаются в заготовке хуже, чем требуемые чертежом детали; требуемые параметры достигаются за счет обработки, обеспечивающей их и сопровождающейся снятием припуска. Напуски не нужны по служебному назначению детали, они облегчают (удешевляют) ее изготовление, но увеличивают расход материала и массу поковки. При штамповке напусками являются штамповочные уклоны "У" (рис. 3.7, б), назначаемые на поверхности, перпендикулярные разъему штампа для облегчения извлечения поковки из штампа; напуски выполняются и в отверстиях размером менее 30 мм. Предельные отклонения указывают изготовителю и техническому контролю на границы значений размеров и свойств, обеспечивающих успешную работу изделия.

Материалы, прошедшие ковку, ГОШ и другие процессы обработки металлов давлением, имеют более высокие значения механических характеристик (предела текучести, и особенно, относительного поперечного сужения и удлинения, и ударной вязкости) по сравнению с литыми материалами. Поэтому Госгортехнадзор, ведающий безопасностью работ в промышленности, требует изготовления конструкций, от которых зависит жизнь и здоровье людей (сосуды со сжатыми под большим давлением газами, детали крановых подвесок и др.) из материалов, прошедших обработку давлением: ковку, штамповку, прокатку и менее склонных к хрупкому разрушению, чем литой материал. Можно считать, что при ГОШ точность размеров поковок находится в пределах 14–18-го квалитетов, а шероховатость поверхности не хуже Rz 200 (Rz — средняя высота неровностей профиля).

Сущность ГОШ заключается в том, что берут заготовку чаще постоянного поперечного сечения (прокат квадратный, круглый и др., реже слитки); в массовом и крупносерийном производстве может использоваться периодический прокат переменного по длине сечения. Затем прокат разделяют на заготовки нужной длины, нагревают для уменьшения усилия, потребного на деформирование (а в ряде случаев и для повышения пластичности). Далее, обычно сначала в заготовительных ручьях из заготовки постоянного сечения делают заготовку с переменным сечением, бóльшим соответствующего сечения поковки с учетом необходимого отхода, например, облоя. А затем в штамповочных ручьях поковке (штамповке) придают окончательную форму. В окончательном ручье избыток металла вытекает в облойную канавку, образуя облой, который затем удаляют обрезкой на обрезных прессах (как правило, кривошипных).

На схеме обрезки облоя (рис. 3.7, а) обозначены: 1 — матрица, 2 — поковка, 3 —пуансон, 4 — облой, У — уклон штамповочный.

Изменения заготовки по переходам штамповки показано на рис. 3.10+, б. Здесь 0 — заготовка, 1 — после протяжного ручья (первого), 2 — после подкатного ручья, 3 — после чернового ручья, 4 — после чистового ручья, 5 — поковка после обрезки облоя. Ниже изображена половина штампа с соответствующими ручьями: I — протяжной, II — подкатной и т. д. На рис. 3.8 изображена облойная канавка первого типа.

Рис. 3.7. Схемы обрезки облоя и прошивки

Описанный поперечный облой образуется при штамповке в открытых штамповочных ручьях. После обрезки облой идет в отход, на переплавку. Чтобы избежать отходов в облой, при штамповке простых (например, осесимметричных) поковок применяют безоблойную штамповку в закрытых штампах, не имеющих облойной канавки (рис. 3.9, а). Такая штамповка экономит металл, улучшает заполнение штампа, однако, требует более точной заготовки, т. к. избыточный металл может идти на увеличение высоты поковки или вытекать в зазор Z между штампами (ВШ-верхний штамп, НШ-нижний штамп), образуя торцевой заусенец Т (рис. 3.9, б).

Рис. 3.8. Облойная канавка первого типа

Кроме того, безоблойная штамповка на кривошипных машинах часто требует устройства в штампах компенсаторов для размещения избытка металла. Торцевой облой не обрезается в штампах. Егу высоту можно уменьшить галтовкой в барабане.

Рис. 3.9. Закрытый штамп и торцевой заусенец Т