Горячая объемная штамповка на молотах

Молоты относятся к кузнечно-штамповочному оборудованию динамического действия (см. рис. 3.14). 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. 3.32) работает по тому же принципу, что и ковочный, но имеет некоторые конструктивные отличия.

. Рис. 3.32. 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

. 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. Совмещение осей верхней и нижней частей штампа приштамповке 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 бесшаботные молоты с двусторонним ударом (рис. 3.33). 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.

Рис. 3.33 Схема паровоз­душного бесшаботного молота с гидравлической связью баб: 1 верхняя баба; 2, 5 – амортизаторы; 3 –плунжер; 4 – нижняя баба; 6 –шток; 7, 8 – плунжеры; 9 - компенсаторы; 10 – нижняя поперечина

Верхняя баба 1 является ведущей. Перемещаясь вниз под действием давления пара или сжатого воздуха, она приводит в движение ниж­нюю бабу 4 через механическую или гид­равлическую связь. При гидравлической связи нижняя баба 4 разгоняется силой давления жидкости в нижнем цилиндре. При движении верхней бабы 1вниз штоки 3давят па плунжеры 7, толкая их вниз. В результате жидкость (минеральное масло), находящаяся в замкнутом объеме, из боковых полостей корпуса нижней поперечины 10вытесняется 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. 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.

Ковочные гидравлические прессы. См стр 56 - повтор Действие гидравлического пресса основано на законе Паскаля, по которому давление, производимое на жидкость, передается по всем направлениям одинаково. Принципиальная схема любого гидравлического пресса показана на рис. 3.34. Если два сообщающихся цилиндра наполнить жидкостью и погрузить в нее два плунжера (поршня), один из которых имеет площадь F ₁, а другой F ₂, то небольшим усилием Р ₁, действующим на плунжер 3 насоса с площадью F ₁, можно создать большое усилие Р _2, с которым плунжер 1 рабочего цилиндра пресса с площадью F₂ будет деформировать обрабатываемую заготовку 2. Плунжер 3 насоса оказывает на жидкость давление р =Р ₁ / F ₁. Это давление направлено к основанию плунжера 1 и создает силу Р ₂ =рF ₂. Сила Р ₂ будет во столько раз больше силы P ₁, во сколько раз площадь F ₂больше площади F _1, т. е. Р ₂ =Р ₁ F ₂ / F ₁.

Схема гидравлического ковочного пресса с индивидуальным насосным безаккумуляторным приводом показана на рис. 3.35. Рабочее усилие пресса создается жидкостью (водной эмульсией или минеральным маслом), подаваемой под высоким давлением (20—30 МПа) в рабочий цилиндр 1 от насоса 6 через систему управления 5. Жидкость давит на плунжер 2, который передает усилие на подвижную поперечину 7. Последняя перемещается по колоннам 4, жестко соединенным верхней и нижней неподвижными поперечинами 3 и 9. При опускании поперечины 7 жидкость из возвратных цилиндров 10 вытесняется плунжером 11. Заготовка деформируется бойками 8, которые прикреплены к неподвижной 9 и подвижной 7 поперечинами.

Для подъ­ема поперечины 7 после совершения рабочего хода жидкость под давлением подается в возвратные цилиндры 10,а из рабочего цилиндра 1 вытесняется плунжером 2. Таким образом, поперечина совершает прямой и обратный ход. Прямой ход имеет два участка: ход приближения, при котором рабочий инструмент подводится к заготовке, и рабочий ход, при котором непосредственно деформируется заготовка. Остановка подвижной поперечины для выполнения вспомогательных операций (смены инструмента, перемещения заготовки и т. п.) называется технологической паузой.Конструктивное исполнение гидравлических прессов отличается большим многообразием и определяется их технологическим назначением и развиваемым усилием.

Молотовой открытый штамп для одноручьевой штамповки (рис. 3.36) состоит из нижней 5 и верхней половинок 7, 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 (штамподержатель) молота и закрепляются шпонками 10 и 12 и клиньями 4 и 8.

Шпонки служат для предотвращения относительного сдвига половин штампа. Они устанавливаются в выфрезерованные углубления хвостовиков бабы и штамподержателя. Последний служит для предохранении шабота 1 от износа и закрепляется на нем клином 2. Размеры хвостовиков, клиньев, шпонок должны соответствовать ГОСТ 6039-71. Для перемещения (транспортировки) на боковых гранях половин штампа высверлены отверстия 6 и 11.

В каждой из половин штампа сделаны соответствующие форме поковки углубления, образующие ручей штампа, вокруг которого расположена облойная канавка. Плоскость, по которой соприкасаются половины штампа, называют поверхностью разъема, а линию, проходящую по наружному контуру поковки в плоскости разъема, — линией разъема.

Рис. 3. 36 Молотовой штамп и его крепление к молоту: 1 – шабот; 2,4,8 - клин; 3 – плита; 5- нижний штамп; 6,11 –грузовые отверстия; 10,12 - шпонки

В зависимости от формы поковки поверхность разъема может быть целой плоскостью или состоять из нескольких плоскостей; в последнем случае ее проекция на вертикальную плоскость представляет собой ломаную линию.

Количество ручьев штампа зависит от формы поковки. Чем сложнее поковка, тем больше ручьев. Изменение формы заготовки в одном ручье называется переходом штамповки (рис. 3.37, 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. 3.37, 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 (удлинения) заготовки; пережимные — предназначен для местного увеличения заготовки и незначительного перераспределения металла вдоль оси. Заготовку обрабатывают за один-два удара без кантовки и без перемены положения переносят в черновой или чистовой штамповочный ручей; подкатные— предназначены для местного увеличения площади поперечного сечения заготовки за счет уменьшения площади сечения соседних участков. Подкатку выполняют за несколько ударов с кантовкой заготовки вокруг продольной оси на 90° после каждого удара; гибочные— применяют для изгиба заготовки вдоль оси в соответствии с формой поковки в плане; 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.

Рис. 3. 37 Многоручьевой молотовой штамп для штамповки шатуна плашмя: а — поковка шатунапосле обрезки облоя; б — штамп; в — переходы штамповки: 1 — про-тяжка; 2 — подкатка; 3 — штамповка в предварительном ручье; 4 — штамповка в оконча-тельном ру­чье; г - ручьи штампа; 1 — протяжной; 2 — подкатной; 3 — предварительный (черновой); 4 — окончательный

В штамповочных ручьях происходит окончательное оформление поковки. Штамповочные ручьи бывают предварительные (черноые) 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. Он распологается рядом с чистовым ручьем, не имеет облойной канавки и предназначен для максимального приближения формы заготовки к форме поковки с целью увеличения стойкости чистового ручья, улучшения его заполнения и уменьшения расхода металла. Заготовка из чернового ручья свободно укладывается в чистовой ручей.

После штамповки в окончательном ручье поковка приобретает заданную форму и размеры и имеет облой (рис. 3.37, 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.

Рассмотрим молотовой многоручьевой штамп с более широким набором ручьёв: чистовой ручей (рис. 3.38, а); ч ерновой ручей (рис. 3.38, б), который располагается рядом с чистовым.; заготовительные ручьи: протяжные открытый и закрытый ручьи (рис. 3.38, в, г) предназначены для увеличения длины заготовки или ее отдельных участков за счет уменьшения площади поперечного сечения. Протяжку выполняют за несколько ударов с кантовкой заготовки после каждого удара.

Подкатные открытый и закрытый ручьи (рис. 3.38, д, е)

Пережимный ручей (рис. 3. 38, ж) Формовочный ручей (рис. 3.38, з) предназначен для придания заготовке формы, соответствующей форме поковки в плоскости разъема. Формовку выполняют за один-два удара без кантовки заготовки. Затем заготовку переносят непосредственно в чистовой ручей с кантовкой вокруг оси на 90°.

Гибочный ручей (рис. 3.38, и) Площадка для осадки (рис. 3.38, к) предназначена для осадки заготовок в торец до требуемых высоты и диаметра. Ее располагают обычно в переднем левом углу штампа, ближе к нагревательной печи. Осадку выполняют за один или несколько ударов и применяют для получения поковок, имеющих в плане форму круга или близкую к нему. Иногда для лучшего центрирования заготовки в штамповочном ручье штампа осадку совмеща­ют с выдавливанием или частичной прошивкой заготовки.

Отрубной ручей - нож (рис. 3.38, л) применяют для отделения поковки от прутка и располагают в одном из углов штампа.

 

Для размещения клещевины (конца заготовки), захватываемой клещами, в штампе выполняют выемку, соединяющуюся с тем или иным ручьем. Необходимое число и сочетание ручьев в штампе определяются прежде всего формой поковки: чем она сложнее и больше отличается от формы заготовки, тем большее число ручьев в штампе требуется для ее изготовления. Расстояние между ручьями выбирают с учетом штампа.

Штампы устанавливают на молот, совмещая простроганные на передней и боковой гранях обеих половин штампа две взаимно перпендикулярные плоскости, образующие контрольный угол (см. рис. 3.36). Молотовые штампы из-за ударного характера работы молота изготовляют цельноблочными и реже - с ручьевыми вставками.

Перспективна также штамповка на молотах в закрытых штампах. По сравнению со штамповкой в открытых штампах она позволяет экономить металл за счет устранения отходов на облой и клещевину, выполнять штамповку на молотах с меньшей массой падающих частей, исключить из технологического цикла операцию обрезки облоя.

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 _угКле­щевиной 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,объем которой V_клучитывается 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 заштамповку в поковку. 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.