МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНДУСТРИАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Е.И. Семёнов
КОВКА И ГОРЯЧАЯ ШТАМПОВКА
УЧЕБНИК
Рекомендовано Учебно-методическим объединением вузов по университетскому политехническому образованию в качестве учебника для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению 150700 «Машиностроение»
Москва 2011
УДК 621.73 (075.8)
ББК 34.623
СЗО
Рецензенты:
А.М. Дмитриев, д.т.н., проф., чл.-корр. РАН (МГТУ им. Н.Э. Баумана);
Н.В. Коробова,, д.т.н., проф. (МГТУ им. Н.Э. Баумана)
Семёнов Е.И.
СЗО Ковка и горячая штамповка: учебник. - М.: МГИУ, 2011. - 414 с.
ISBN 978-5-2760-1817-1
В учебнике приведены основы технологии ковки и горячей объемной штамповки металлов и сплавов.
Освещены вопросы штамповки на молотах, прессах, горизонтальноковочных машинах, горячештамповочных автоматах, приведены прогрессивные методы производства. Уделено внимание малоотходной и сберегающей технологии, САПР, проектированию участков цехов, автоматизации и механизации.
Для студентов, обучающихся по программам университетского политехнического образования бакалавров техники и технологии направления 150400 «Технологические машины и оборудование», и студентов, обучающихся по направлению 150200 «Машиностроительные технологии и оборудование» специальности 150201 «Машины и технологии обработки металлов давлением».
Представленный материал может быть полезен технологам в области ковки и горячей штамповки.
УДК 621.73 (075.8)
ББК 34.623
ISBN 978-5-2760-1817-1
©МГИУ, 2011
© Е.И. Семёнов, 2011
Оглавление
Введение..............................................6
Глава 1. МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ КОВКИ И ГОРЯЧЕЙ ШТАМПОВКИ 1.1. Исходные материалы, применяемые для ковки и горячей штамповки..................................9
UL Разделка исходного материала на заготовки.....13
Глава 2. ТЕМПЕРАТУРНЫЙ РЕЖИМ КОВКИ И ГОРЯЧЕЙ ШТАМПОВКИ
2.1. Температурные интервалы ковки и горячей штамповки...................................26
2.2. Нагрев слитков, прутков и заготовок.........30
Глава 3. КОВКА
3.1.	Характеристика процесса ковки. Основные кузнечные операции..............................50
3.2.	Осадка......................................53
3.3.	Протяжка....................................69
ЗА. Прошивка, отрубка, скручивание, гибка, кузнечная сварка............................93
3JL Разработка чертежа кованой поковки..........109
3.6.	Разработка технологического процесса ковки.114
Глава 4. ШТАМПОВКА НА МОЛОТАХ 4JL Характеристика процесса штамповки...........134
4.2.	Оборудование для объемной штамповки........139
4.3.	Разработка чертежа штампованной поковки....141
4.4.	Особенности штамповки на молотах...........151
4.5.	Ручьи молотовых штампов....................160
4.6.	Технология штамповки на молотах............182
42L Конструкция и проектирование молотового штампа.....................................210
4JL Штамповка на молотах в закрытых штампах и их конструкции...........................226
Глава 5. ШТАМПОВКА НА КРИВОШИПНЫХ ГОРЯЧЕШТАМПОВОЧНЫХ ПРЕССАХ
5.1.	Технология штамповки на кривошипных горячештамповочных прессах.................232
5.2.	Конструкции прессовых штампов и их проектирование........................241
5.3.	Штамповка выдавливанием................245
5.4.	Методы мало- и безоблойной штамповки...253
Глава 6. ШТАМПОВКА НА ВИНТОВЫХ ПРЕССАХ
6.1. Технология штамповки на винтовых прессах.......258
6J2^ Конструкции штампов для винтовых прессов.......260
Глава 7. ШТАМПОВКА НА ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ПРЕССАХ
7.1. Технология штамповки на гидравлических прессах.266
7.2. Конструкции штампов для гидравлических прессов.273
Глава 8. ШТАМПОВКА НА ГОРИЗОНТАЛЬНО-КОВОЧНЫХ МАШИНАХ И ГОРЯЧЕШТАМПОВОЧНЫХ АВТОМАТАХ
8.1.	Технология штамповки на горизонтально-ковочных машинах....................................280
8.2.	Конструкции штампов ГКМ и их проектирование....299
8.3.	Горячештамповочные автоматы и особенности штамповки на них...........................303
Глава 9. ОТДЕЛОЧНЫЕ ОПЕРАЦИИ ПОСЛЕ ГОРЯЧЕЙ ШТАМПОВКИ
9.1. Обрезка облоя и пробивка перемычки.....313
9.2. Конструкции штампов для обрезки облоя и пробивки перемычки....................317
9JL Калибровка, правка и очистка поковок............321
Глава 10. ИЗГОТОВЛЕНИЕ ПОКОВОК МЕТОДАМИ ПРОКАТКИ
10.1.	Изготовление поковок поперечной и поперечно-винтовой прокаткой..............328
1OJL Изготовление поковок поперечно-клиновой прокаткой...............................332
TILL Раскатка кольцевых заготовок...........334
10.4.	Штамповка обкатыванием................337
10.5.	Изготовление вальцованных заготовок и поковок.... 341
Глава И. СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ СПОСОБЫ ШТАМПОВКИ
11.1. Штамповка на горизонтально-гибочных машинах... 347
11.2. Штамповка радиальным обжатием..........351
ГЕЛ. Высадка на электровысадочных машинах....358
ГЬЕ Технология изготовления рессор и пружин..361
Глава 12. ЭКСПЛУАТАЦИЯ И РЕМОНТ ШТАМПОВ
12.1.	Материал штампов и заготовки..........367
Эксплуатация штампов....................369
12.3.	Стойкость штампов.....................372
12.4.	Ремонт и возобновление штампов........373
E2JL Организация штампового хозяйства.......373
Глава 13. МЕТОДЫ ТЕХНИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ ПОКОВОК T3JL Общие положения........................376
13.2.	Виды брака и контроль качества кованых поковок .. 377
13.3.	Виды брака и контроль качества штампованных поковок........................381
Глава 14. АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
14.1. Общие положения.......................385
14.2. Системы автоматизированного проектирования технологической подготовки горячештамповочного производства.............................385
Глава 15. ПРОЕКТИРОВАНИЕ УЧАСТКОВ КУЗНЕЧНО-ПРЕССОВЫХ ЦЕХОВ
15.1.	Эффективность технологических процессов ковки и штамповки...........................390
15.2.	Основы проектирования участков кузнечно-прессовых цехов....................393
15.3.	Компоновка оборудования на участке....399
15.4.	Гибкие производственные системы.......406
Заключение......................................410
Список литературы...............................413
Приложение 1....................................414
Приложение 2....................................415
Введение
Ковкой и горячей штамповкой называют виды обработки металлов давлением. При ковке формоизменение металла происходит за счет течения металла в стороны, перпендикулярно движению деформирующего инструмента - бойка. Благодаря инструменту при ковке не создается интенсивное сопротивление течению металла в стороны, что и отличает ковку от других видов обработки металлов давлением. При горячей штамповке формоизменение заготовки происходит в полости инструмента, называемого штампом. Течение металла встречает сопротивление стенок полости и металл заполняет всю полость.
В современной металлообрабатывающей промышленности кузнечно-штамповочное производство является одним из основных способов изготовления заготовок и деталей. Ковкой и горячей штамповкой изготовляют заготовки и детали массой от десятков граммов до сотен тонн с размерами от сантиметров до десятков метров.
Детали, полученные ковкой и горячей штамповкой, обладают высокой прочностью, ударной вязкостью и стабильностью свойств. Поэтому наиболее нагруженные детали машин делают коваными или штампованными.
Горячую штамповку отличает высокая производительность.
При производстве автомобилей большое значение имеет горячая штамповка, с помощью которой производят заготовки деталей двигателя, шасси и рулевого управления. Ковку на автомобильных заводах применяют в изготовлении поковок для ремонта оборудования, режущего и мерительного инструментов.
Ковку и горячую объемную штамповку применяют при производстве самолетов, транспортных средств (вагонов), станков, сельскохозяйственных машин, а также в энергетическом и тяжелом машиностроении. Как и другие виды обработки металлов давлением, применяют для изменения формы заготовки, максимального приближения ее к форме готовой детали при высоком качестве поковок. Это формоизменение обусловлено пластично
стью, т.е. способностью металлов к формоизменению без нарушения сплошности, целостности детали. Чем выше пластичность, тем более сложную форму можно получить в конечной заготовке из простой начальной ее формы. Пластичность, или пластическая деформация, происходит в основном за счет внут-рикристаллических сдвигов. Внутрикристаллические сдвиги образуются внутри отдельных кристаллитов (зерен металла), из которых состоит металл.
Пластической деформации всегда сопутствует упругая деформация, которая и вызывает потребность в приложении сил для деформирования. Пластическая деформация происходит при постоянном объеме. Объем тела до пластической деформации и после нее практически не меняется. Увеличение плотности металла вследствие заварки внутренних пор чрезвычайно мало и в технологических расчетах не учитывается. Однако эта заварка в металле повышает его прочность. Металл может получить различную пластическую деформацию в зависимости от условий ее проведения. Пластичность зависит от химического состава металла (количества примесей), температуры, скорости деформирования и схемы приложения внешних сил.
Наряду с высокой пластичностью стремятся получить возможно меньшее сопротивление деформированию, что приводит к уменьшению потребных сил для деформирования. Поэтому во многих случаях представляет интерес получение не максимальной пластичности, а максимальной ковкости, в понятие которой входят как пластичность, так и сопротивление деформированию. Ковкость улучшается с повышением пластичности и уменьшением сопротивления деформированию. Хорошая ковкость облегчает проведение обработки давлением.
Для увеличения ковкости, повышения пластичности и снижения сопротивления деформированию заготовки перед ковкой и штамповкой нагревают до ковочной температуры.
С повышением температуры технического железа от 800 до 1200°С временное сопротивление (предел прочности) падает от 43 до 20 МПа, а для стали 45 соответственно от 110 до 22 МПа.
Однако пластичность при нагреве стали от 20 до 300.. .400°С несколько понижается.
При дальнейшем нагреве до температуры 1200°С происходит повышение пластичности, но затем с ростом температуры наступает так называемый перегрев и пережог, когда пластичность уменьшается, металл становится хрупким, бракуется и идет на переплавку.
Ковку и горячую штамповку выполняют на прессах, молотах и других машинах. Их устанавливают в отдельных зданиях или помещениях, образующих кузнечные или кузнечноштамповочные цехи. Однако могут быть и отдельные заводы, которые состоят в основном из кузнечно-штамповочных цехов. Такие заводы выпускают заготовки для последующей обработки резанием, для получения из них деталей машин.
Ковка и горячая штамповка являются металлосберегающими и энергосберегающими видами обработки металлов. Ковку применяют в единичном и мелкосерийном производстве, а горячую штамповку - в серийном и массовом производстве.
Глава 1
МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ КОВКИ И ГОРЯЧЕЙ ШТАМПОВКИ
1.1. Исходные материалы, применяемые для ковки и горячей штамповки
Для ковки и горячей штамповки применяют различные деформируемые металлы и сплавы, к числу которых относятся углеродистые, легированные и высоколегированные стали, жаропрочные, алюминиевые, магниевые и титановые сплавы.
Деформируемые металлы и сплавы характеризуются относительно высокими пластическими свойствами, которые, в первую очередь, определяются относительным поперечным сужением и относительным удлинением при разрыве и ударной вязкостью в интервале ковочных температур.
Для ковки и горячей штамповки применяют в основном стали углеродистые обыкновенного качества; углеродистые качественные конструкционные; легированные конструкционные, а также высоколегированные коррозионно-стойкие, жаропрочные, жаростойкие и инструментальные (углеродистые, быстрорежущие, легированные).
Углеродистые стали содержат примеси: марганец от 0,25 до 0,80%, кремний до 0,35%, серу до 0,05%, фосфор не более 0,04%. К числу легирующих элементов относятся кремний (более 0,35%), никель, кобальт, марганец, хром, вольфрам, молибден, ванадий и титан.
В зависимости от содержания углерода углеродистые стали подразделяют на низкоуглеродистые (до 0,25% С), среднеуглеродистые (0,25.. .0,60% С) и высокоуглеродистые (свыше 0,60% С).
Низко- и среднеуглеродистые и низко- и среднелегированные стали не обнаруживают хрупкого состояния в широком интервале температур, обладают большим запасом пластичности и относятся к высокопластичным металлическим материалам.
Стали высокоуглеродистые и высоколегированные относятся к материалам средней пластичности.
Исходными стальными заготовками для ковки и горячей штамповки служат слитки, сортовой прокат, заготовки, получаемые на машинах непрерывной разливки, прокат профильный и периодический и прессованные прутки и профили.
Слиток является заготовкой для крупных кованых поковок, масса которых исчисляется в тоннах, а минимальная площадь наибольшего поперечного сечения превышает 1200 см2. Слитки редко применяют для горячей штамповки.
В зависимости от габаритов и конструкций изделий слитки из конструкционной стали можно изготовлять массой 1,8-140 и даже до 300 т. Из легированной стали слитки отливают меньшей массой. Форма слитков обычно усеченная пирамида с отношением длины к среднему поперечному размеру от 2 до 3. Поперечное сечение многоугольное (8-, 12-, 16-угольное).
Слитки, предназначенные для ковки, отливают широким концом кверху, чтобы усадочная раковина располагалась в прибыльной части (рис. 1.1).
Для изготовления поковок используют только здоровую часть слитка, в которой нет усадочной раковины и рыхлости. Диаметр этой части колеблется от 500 мм для слитка массой 1,8 т и до 1800 мм для слитка массой 100 т, при длине части соответственно 1800 и 3900 мм.
Масса прибыльной части составляет 18...20%, а масса донной части 3.. .5% массы слитка.
Для легированной стали отход на прибыльную и донную части значительно больше и составляет соответственно примерно 30 и 5...8%.
Кроме обычных слитков, в промышленности применяют слитки удлиненные, полые, малоприбыльные, с повышенной конусностью, укороченные с двойной конусностью, а также слитки электрошлакового переплава и вакуумно-дугового переплава круглого поперечного сечения в виде усеченного конуса.
Слитки электрошлакового переплава (например, АО «Ижорские заводы») делают массой от 10 до 60 т, с годной частью от 15,3 до 49,8 т, с головной и донной частей отрезают дисковые
отходы - обрези (вместо прибыльной и донной частей). Диаметр слитка средний от 1100 до 1600 мм.
Слитки вакуумно-дугового переплава (АО «Ижорские заводы») имеют массу от 10 до 43 т, с годной частью (после обдирки и обреза) от 7,5 до 32 т. Диаметр слитка после обдирки от 580 до 1250 мм.
Имеются также слитки плазменно-дугового переплава, электронно-лучевого переплава, электронно-лучевой плавки и слит-
ки, отливаемые в вакууме [3].
Рис. 1.1. Изложница (а) и строение слитка (б): 1 - надставка; 2 - корпус изложницы;
3 - поддон; 4 - усадочная раковина;
5 - усадочная рыхлость; 6 - поверхностный мелкокристаллический слой; 7 - слой столбчатых кристаллитов;
8 - зона разноосных кристаллитов;
9 - донная часть слитка
Слитки обладают неоднородностью механических характеристик по сечению и по длине. Это является следствием неоднородности макростроения слитка (рис. 1.1,6) и его химической неоднородности, в частности неравномерности распределения углерода.
После заливки при кристаллизации вначале образуется поверхностная корка металла с мелкими равноосными кристаллитами 6. Затем получается зона столбчатых кристаллитов 7. В конце остывания жидкого
металла в середине слитка возникают крупные неориентированные кристаллиты 8. Вверху образуется усадочная раковина 4 и под ней усадочная рыхлость 5. В слитках может быть значительное количество дефектов: усадочная рыхлость, плены, ликваци-онная зона, трещины, поясные трещины, газовые пузыри и неметаллические включения.
Сортовой прокат (рис. 1.2,а,б) является заготовкой для подавляющего большинства штампованных поковок. Его применяют также при изготовлении мелких кованых поковок, площадь
Рис. 1.2. Катаный металл, применяемый для ковки и штамповки:
Лздг - сторона квадрата; D3!a- диаметр заготовки; I - длина периода заготовки
наибольшего поперечного сечения которых лежит в пределах от 20 до 130 см2. Поперечное сечение проката круглое или квадратное. Прокат круглого сечения имеет диаметр от 6 до 250 мм (ГОСТ 2590-88), а сторона квадратного Лиг от 5 до 200 мм (ГОСТ 2591-88). Квадратное сечение со стороной квадрата до 100 мм выполняют без закруглений на углах, а свыше 100 мм - с радиусами, равными 0,15 стороны
квадрата.
Длина сортового проката обычно от 2 до 6 м.
Прокат квадратного сечения (см. рис. 1.2,а) с
размерамиЛзаг - 150...450 мм [3] называют болванкой обжатой.
Кроме сортового проката, для горячей штамповки используют профильный прокат (рис. 1.2,в), прокат периодического профиля (рис. 1.2,г) и полосовую заготовку (ГОСТ 103-76). Толщина полосы колеблется от 4 до 60 мм, а ширина от 11 до 200 мм.
Заготовки, получаемые на машинах непрерывной разливки, регламентированы ТУ 14—1-3348-82. Они имеют прямоугольное или квадратное поперечное сечение толщиной 200...300 мм и шириной 950... 1850 мм. Длина заготовок 2,0... 12 м.
Для ковки и штамповки используют также цветные металлы и сплавы (алюминиевые, медные, никелевые и титановые). Цветные металлы и сплавы поступают обычно в виде прессованных профилей [4]. Алюминиевые слитки непрерывно литые делают круглыми диаметром 100.. .800 мм и длиной до 6 м, а также прямоугольные толщиной 100...400 мм, шириной 400... 1500 мм и длиной до 6 м.
1.2. Разделка исходного материала на заготовки
На поверхности слитков и проката бывают различные местные дефекты (плены, трещины, коррозия, закаты, подрезы, расслоения и риски). Кроме этого, прокат может быть изогнутым. Перед разделкой металла местные дефекты удаляют, а изогнутый прокат правят. Дефекты удаляют вырубкой пневматическим молотком (зубилом), зачисткой абразивным кругом, газопламенной обработкой в холодном (углеродистые стали) или подогретом (инструментальные стали) состоянии. Если имеется большое количество дефектов, то производят обдирку по всей поверхности на обдирочных или фрезерных станках. Выбор способа очистки зависит от исходного металла (слиток, отливка, прокат), марки металла, вида и размеров дефекта, формы и размеров сечения заготовки. Для пластичных сталей обычно дефекты вырубают пневматическими молотками или газопламенной обработкой без подогрева.
Менее пластичные стали обрабатывают пневматическими молотками или газопламенной обработкой с подогревом 180°С или 300°С (менее пластичные).
Для сталей высокоуглеродистых, инструментальных и высоколегированных применяют удаление дефектов фрезерованием (обработка резанием) или шлифовальными кругами.
Зачистка пневматическими молотками в 2,5...3 раза дешевле, чем шлифовальными кругами. Газопламенная зачистка без подогрева дешевле обработки пневматическими молотками на 30...40%, а при подогреве обе зачистки равноценны. Слитки и прокат подготавливают к ковке или штамповке по-разному. Слитки обычно подлежат разделке в процессе самой ковки, когда специальным инструментом - топорами выполняют отрубку донной и прибыльной частей (см. гл. 3).
Катаный металл разделывают на заготовки следующими основными способами:
1)	отрезкой на пресс-ножницах и в штампах на прессах;
2)	резкой пилами;
3)	ломкой в хладноломах;
4)	газопламенной резкой.
В последнее время применяют также отрубку на машинах «МИР», а для труб и прутков диаметром до 60 мм используют обкатку клиновым инструментом, а для толстостенных труб -разрезку кручением. Новыми видами разделки являются плазменно-дуговая и лазерная резка.
Отрезка на пресс-ножницах и в штампах является основным способом разделки прутков из стали. Пресс-ножницы представляют собой эксцентриковые прессы различной конструкции, на которых режут прутки диаметром от 15 до 200 мм.
Схема отрезки на пресс-ножницах показана на рис. 1.3. Два ножа 1 и 4 закреплены в гнездах ползуна и станины ножниц. По упору 5 устанавливают длину заготовки 2, а прижим 3 прижимает пруток к нижнему ножу. Это резка с активным поперечным зажимом.
Возникающая пара сил вначале поворачивает пруток на угол ср от первоначального положения, несмотря на наличие прижима. Отрезаемая часть поворачивается в процессе резки больше, чем остальной пруток и к моменту окончания имеет угол фп.
Повороту прутка препятствует сила прижима Q, поэтому угол (р невелик.
Силы Рв и Рн являются равнодействующими неравномерных напряжений сжатия, действующих по торцам ножей, вблизи режущих кромок.
Кромки ножей сминают металл и
срезают его на глубину С, причем образуется блестящий поясок, перпендикулярно которому действует пара сил Т (рис. 1.4). Внедрение ножей сопровождается утяжкой соседних участков металла. На левую часть прутка действует сила /*н и сила Q прижима, которые препятствуют повороту этой части прутка, в то время как на правую действует сила Рв, поворачивающая отрезаемый конец на угол ф„. Поэтому ф„ > ф. Эти углы характеризуют
Рис. 1.3. Схема резки прутка на пресс-ножницах
большее смятие металла нижним ножом Е, чем верхним Е'. С учетом силы Q и массы прутка силы, действующие со стороны верхнего и нижнего ножей, неодинаковы и /*н > Рв.
Рис. 1.4. Окончание процесса отрезки прутка и торцы среза:
1 - зоны смятия металла Е, Е (проекция на диаметральное сечение);
2 - зоны скола металла от развивающихся трещин; 3 - зоны внедрения ножей и среза металла на высоту С (блестящий поясок); 4 - зоны утяжки металла
В последний момент среза, ввиду большой концентрации напряжений, от кромок ножей образуются идущие навстречу друг другу трещины, происходит скалывание и заготовка отделяется от прутка. Трещины сходятся в одну только при определенном, оптимальном зазоре между ножами А.
При зазоре, меньшем оптимального, трещины не сходятся, заходят друг за друга и образуется новая трещина, соединяющая концы предыдущих, а на поверхности образуются так называемые козырьки, которые при дальнейшей штамповке или ковке могут дать зажимы на поверхности поковки. Большой зазор А приводит к большой утяжке и заусенцам. То же происходит при затуплении ножей. Практически рекомендуется делать зазор А в пределах 2...4% толщины (диаметра) разрезаемого прутка. Фактический зазор в момент среза будет больше, так как ножи распираются в стороны силами Т= (0,1.. .0,35)^.
В японской промышленности принимают зазор А в зависимости от ов разрезаемого прутка. Для стали с ов - 1000 МПа принимают А = (0,006...0,008)£>заг, при ов = 600 МПа А - (0,045.. .0,048)£>заг и при ов = 300 МПа А - (0,075.. .0,08)£>заг.
При правильной резке максимальная толщина зоны смятия (см. рис. 1.4) не должна превышать (0,15...0,2)£)заг. Большое значение при резке имеет правильная конструкция ножей. Габарит
ные размеры ножей устанавливают соответственно размерам ножевого пространства пресс-ножниц или штампа. Толщина ножей практически равняется (0,4.. .0,5)£)заг.
Конструирование рабочих выемок и различные конструкции ножей указаны в справочнике [3].
Отрезку в штампах, устанавливаемых на прессах, применяют для стального проката диаметром до 60 мм. Штампы имеют различные конструкции.
Простейший штамп показан на рис. 1.5. Пруток вставляют в нож-втулку 1 и открытый подвижный нож 2 в форме пластины с полуцилиндрической выемкой отрезает заготовку. Нож-втулка играет роль пассивного зажима, так как не дает прутку поворачиваться сверх имеющихся во втулке зазоров. Отрезка открытым ножом приводит к изгибу отрезаемой части. В результате заготовки получаются с малой геометрической точностью. Торец заднего конца заготовки менее точен, чем переднего, так как в заготовке, слева от места разрезки, имеет место упомянутый изгиб, а справа пруток находится в нож-втулке.
2 Г~П 1
Рис. 1.5. Штамп для отрезки заготовок
Резку стальных прутков из низкоуглеродистой или низколегированной стали при ов < 600 МПа и диаметре меньше 150 мм производят в холодном состоянии. Среднеуглеродистые и легированные стали перед резкой предварительно подогревают
до температуры 45О...53О°С, так как в противном случае, ввиду пониженной пластичности этих сталей, появляются торцовые трещины. Такой же нагрев проводят и для малоуглеродистой стали при диаметре больше 80 мм, если сила ножниц недостаточна и желательно ее снизить.
Преимуществом резки на пресс-ножницах и в штампах является высокая производительность. При холодной резке прутка диаметром 65 мм производительность колеблется от 1000 до 200 штук в час при длине заготовок от 100 до 1500 мм.
Силу резки Р, кН, необходимую для резки ручьевыми ножами, соответствующими профилю проката, рассчитывают по формуле [3]
Р = 10'3 • i  ов • s,
где s - площадь сечения разрезаемого металла, мм2; ов - временное сопротивление разрезаемого металла при температуре резки, МПа; i - коэффициент, равный для стали 0,6...0,9. Коэффициент учитывает замену напряжения среза оср на ов и другие факторы. Приближенно Р = (0,7.. .0,8)ов  s.
В технических характеристиках ножниц обычно указывают максимальное допускаемое сечение разрезаемого проката с временным сопротивлением разрыву ов = 450 МПа. Допускаемое сечение стали с временным сопротивлением, отличным от 450 МПа, пересчитывают по формуле
450 S -	^450’
°в
где S450 - максимально допускаемая для данных ножниц (по паспорту) площадь сечения проката (с временным сопротивлением 450 МПа), мм2.
Недостатком отрезки на пресс-ножницах и в штампах является малая точность заготовок по массе. Допуски на длину заготовки до 300 мм при диаметре 40.. .50 мм составляют ±0,9... 1 мм при отрезке в штампах и при отрезке на пресс-ножницах ±1,0... 1,5 мм. Влияют также допуски и на размеры поперечного сечения проката.
При обычном прокате круглого сечения неточность при отрезке по объему только за счет колебаний диаметра прутка мо
жет достичь 5...6% при больших и средних диаметрах и 13... 17% при малых диаметрах сечений [3].
Такая точность обычно достаточна для штамповки в откры
тых штампах.
Для повышения точности при отрезке заготовок можно применять калиброванный прокат, который дороже горячекатанного и он лимитирован по сечению (не более 100 мм).
Точность можно повысить также за счет редуцирования прутка перед отрезкой или использования дозированной отрезки, когда применяют специальные устройства - дозаторы.
С помощью дозатора изменяют размеры сечения, объем или массу единицы длины прутка и по результатам измерений определяют необходимую длину заготовки для отрезки и корректо-руют положение упора штампа (ножниц) или шаг подачи прутка. Дозирующие устройства описаны в [3].
Резкой на пилах производят разделку прутков из цветных
металлов и сплавов, а также стали.
Цветные металлы и сплавы нельзя резать на пресс-ножницах вследствие получающегося большого смятия и трещин. Резку на
пилах применяют также для разделки прутков из высокоуглеро-
б)
Рис. 1.6. Дисковые пилы: а - сегментная;
б - со вставными зубьями
диетой, или легированной стали и при крупных профилях из конструкционной стали. Пилы бывают дисковые и ленточные. Дисковые пилы имеют диаметр диска 300...2000 мм толщиной 2-15 мм. При диаметре дисков 800 мм можно производить резку прутков диаметром до 300...350 мм. На ленточных пилах можно резать сразу несколько прутков, в результате чего увеличивается производительность. Форма зубьев дисковых пил показана на рис. 1.6, а ленточных пил на рис. 1.7. Резку на пилах кузнечных заготовок выполняют в холодном состоянии. Охлаждение при резке проводят эмульсией.
Торец получается ровный и перпендикулярный к оси заготовки. Качество резки на пилах получается более высоким по сравнению с другими видами резки. Допуски на длину заготовки до 300 мм при диаметре до 50 мм составляют ±0,8 мм. Производитель
ность резки на пилах ниже, чем на пресс-ножницах. Например, заготовку из стали с ов - 450.. .600 МПа при диаметре 100 мм разрезают за 75 с, а при диаметре 200 мм за 130 с.
При резке на дисковых пилах получается отход металла на пропил толщиной
Рис. 1.7. Ленточные пилы: а - для сталей; б - для цветных металлов
от 2 до 15 мм, что соответствует толщине диска.
На ленточных пилах пропил не превышает 2,2 мм.
Анодно-механические пилы применяют при резке никелевых
сплавов типа нимоник и некоторых других пластичных и проч-
ных сплавов. Эти пилы имеют электроды-диски без зубьев, глад-
кие или с гофрами (рис. 1.8).
К диску подводится электрический ток, а в зону пропила подается электролит - водный раствор жидкого стекла. При резке в зазоре между диском (катод) и разрезаемым металлом (анод) происходит термическое и электрохимическое разрушение металла. Кроме дисковых анодномеханических пил, бывают также ленточные. Сила тока 45...80 А, напряжение 28.. .30 В.
Электроэрозионную (электроискровую) резку осуществляют
Рис. 1.8. Диск из низкоуглеродистой стали со штампованными гофрами
дисковым или ленточным инструментом в ванне с жидким диэлектриком (керосин, вода). В электросхему включен конденсатор, который обеспечивает возникновение в зазоре между инструментом и заготовкой часто повторяющихся импульсов элек
трического разряда, которые и разрушают металл (плавление, сгорание и испарение).
Ломку на штампах-хладноломах (холодную ломку) применяют для разделки прутков из стали при крупных профилях диаметром 100... 150 мм, в особенности для крупных профилей из легированной стали. Штампы-хладноломы устанавливают на кривошипных или гидравлических прессах. Имеются специаль-
ные горизонтальные гидравлические прессы-хладноломы.
Схема ломки на штампах-хладноломах показана на рис. 1.9. Разделяемый на заготовки пруток обычно укладывают на нож и на него нажимают опоры, закрепленные к ползуну пресса. Может быть и обратная схема, с креплением ножа к ползуну. На ло-
Рис. 1.9. Схема получения заготовок ломкой маемом прутке нужно сделать надрез глубиной
10... 15 мм. Более точно глубину надреза h можно получить по формуле h - K^D3ar , где Озаг - высота или диаметр сечения, мм;
К = 1...2 - коэффициент, зависящий от прочности сталей (для хрупких К = 1).
Надрез можно сделать любым способом, например, резкой на пилах или газовой резкой. Ширина надреза Ь, получаемого пилой или ножовкой, зависит от инструмента (3...5 мм). Надрез газовым резаком имеет ширину b = 5...8 мм. Пруток устанавливают на нож таким образом, чтобы надрез находился прямо напротив ножа, с противоположной стороны. При нажатии, вследствие высокой концентрации напряжений, в месте надреза появляется трещина и происходит хрупкий излом. Торец заготовки при ломке получается довольно ровным, иногда с наклоном. На торце остается ступенька от надреза перед ломкой, что ухудшает установку заготовки в штампе при штамповке осадкой в торец. По виду излома можно контролировать качество металла.
Рис. 1.10. Схема кислородной резки:
1 - канал для кислорода;
2 - канал для ацетилена;
3 - наружный мундштук;
4 - внутренний мундштук;
5 - подогревающее газовое пламя;
6 - струя режущего кислорода;
7 - разрезаемый металл; 8 - шлак
При ломке можно получать относительно короткие заготовки	до 0,8). Формулы для силы ломки указаны в [3].
Ввиду ударных нагрузок при отделении заготовки от прутка необходимо предусматривать ограждение.
Производительность при ломке на штампах-хладноломах высокая и приближается к производительности при резке на пресс-ножницах.
Газопламенную резку применяют для разделки прутков из стали. Разделке подлежат преимущественно крупные профили со стороной квадрата до 300 мм. Металл сжигается в струе кислорода. Подогрев металла до температуры воспламенения получают за счет сжигания горючего газа. Высокое качество резки получают только при горении металла в твердом состоянии, без оплавления. Газопламенную резку подразделяют на кислородную и кислородно-флюсовую.
Схема кислородной резки показана на рис. 1.10. Ацетилен 2 подается через наружный мундштук 3. Пламя 5 направляется в первоначальную точку реза на заготовку 7 и быстро нагревает металл до температуры его горения. Затем через центральное отверстие 1 внутреннего мундштука 4 подается кислород 6 и металл сгорает. Шлак 8 расплавляется и выдувается из полости реза.
Для газовой резки необходимы определенные свойства металла, которыми обладают малоуглеродистые, среднеуглеродистые и низколегированные стали, а также титановые сплавы. Кроме ацетилена, можно применять бензин, керосин и
различные горючие газы с высокой теплотворной способностью.
Производительность ацетиленовой резки сравнительно невелика. Например, квадрат сечением 100x100 мм режется за одну минуту. При других видах топлива производительность еще ниже.
При резке сгорает слой металла толщиной 2,5... 10 мм, что составляет отход.
Кроме резаков для ручной резки, существуют машины и автоматы.
Кислородно-флюсовая резка отличается от кислородной тем, что вместе с кислородом в зону реза вводят железный порошок (флюс), который сгорает и дает дополнительное повышение температуры в зоне реза. Железный порошок подается из флю-сопитателя в резак, имеющий устройство для подвода флюса в зону реза. Этот вид резки применяют для высоколегированных, хромистых, хромоникелевых и вольфрамовых сталей, а также алюминиевых и медных сплавов.
1 2	3	4	5
Рис. 1.11. Схема машины «МИР» для импульсной отрубки
Отрубка на машинах «МИР» выполняется для разделки заготовок в холодном или горячем состоянии. Разделение производится внедрением движущихся навстречу друг другу клинообразных ножей. Скорость в начале удара составляет 30 м/с.
Схема отрубки показана на рис. 1.11. В камере сгорания 1 сгорает смесь газа с воздухом, подача которой регулируется блоком управления 6. Из камеры 1 горючие газы поступают в соседнюю камеру и действуют на торец штока 2. На штоке 2 и на шаботе 5 закреплены ножи 3 и 4. При движении штока 2 навстречу ему движется шабот 5, который связан колоннами с блоком цилиндров камеры сгорания 1 и штока 2. Ножи 3 и 4 внедряются в заготовку 7 и происходит отрубка.
Обкатка клиновым инструментом является также безотходным способом разделения прутков и труб на длинные заготовки из металлов средней и высокой твердости. Схемы разделения представлены на рис. 1.12. Пруток или трубную заготовку зажимают в патроне токарного станка и вращают вместе с ним.
К прутку подводится ролик (показаны два ролика), нажимает на заготовку и делает в ней V-образную канавку. Затем нажимом на консольный конец отрезаемой части прутка отделяют последнюю разру
Рис. 1.12. Схемы разделения проката и труб обкаткой клиновым роликом (а), обкаткой и разрушением (б)
шением по надреза.
Разрезка используется
плоскости
кручением для разде-
ления на заготовки толстостенных труб и реже для прутков из
среднеуглеродистых и низколегированных сталей и титановых сплавов. Схема разрезки кручением дана на рис. 1.13. Пруток 1 и отделяемая часть зажимаются в зажимы 2 и 3. На поверхности
прутка предварительно наносят по плоскостям раздела
V-образные канавки, служащие концентраторами напряжений
при скручивании. Зажим 3 может поворачиваться вокруг оси и
перемещаться вдоль нее по направлению N. При повороте зажи
ма 3 с зажатой заготовкой происходит отрезка кручением. Заго-
товки, отрезаемые от прутка, должны иметь длину более диаметра, а от труб - более трех диаметров. При отрезке от труб можно применить вставки и получить отрезаемую длину до 0,8 от внешнего диаметра трубы.
Рис. 1.13. Схема разрезки кручением
Рис. 1.14. Схема плазменно-дуговой резки
Плазменно-дуговую резку выполняют струей плазмы, т.е. струей сильно ионизированного газа при температуре 10000...30000°С. Схема плазменно-дуговой резки представлена на рис. 1.14. Катод 1 подключен к минусу электрической цепи, а заготовка к плюсу. Между катодом и заготовкой возникает электрическая дуга б, проходящая через сопло 5. Через со
пло 5 по каналу 2 поступает газ (азот, аргон, водород или их смеси), который сжимает электрическую дугу и выходит вместе с ней на заготовку в виде плазмы. От перегрева корпус сопла предохраняет водяное охлаждение (канал 4). Между корпусами катода и сопла установлен изолятор 3.
Плазменно-дуговая резка более экономична, чем резка пилами. Можно резать любой металл толщиной до 300 мм. Наибольший эффект получается при резке высокопрочных туго
плавких сталей и сплавов, а также медных и алюминиевых спла
вов. Производительность резки зависит от толщины металла. При толщине 300 мм она составляет 150 м2 в минуту.
Лазерная резка представляет собой резку лазерным лучом (лазер на СО2), который расплавляет, испаряет металл и разделяет его в экзотермической реакции с использованием кислорода в
качестве режущего газа.
Лазерной резкой можно резать сталь и титановые сплавы, которые имеют относительно низкую теплопроводность. Толщина разрезаемого металла до 10 мм. Преимуществами являются высокая точность (до 0,05 мм), узкая прорезь (0,13...0,38 мм), малая зона термического воздействия (0,1...0,2 мм), высокая скорость резания (до 15 м/мин), а также гладкая поверхность реза. Недостатками являются ограниченная толщина разрезки (до 10 мм), а также высокая стоимость и сложность установки.
Отходы при отрезке от прутков заготовок можно подразделить на четыре вида: концевые обрезки, прорезка, некратность и опорные концы.
Концевые обрезки представляют собой отходы при удалении дефектных концов прутка. При резке в штампах и на пресс-ножницах длина концевых обрезков составляет > OJSA^D^, где Лзаг (Озаг) - высота или диаметр сечения. Это наименьшая длина, так как в противном случае на торце заготовки могут появиться дефекты при отрезке слишком короткого концевого обрезка.
Прорезка является отходом на прорез при резке пилами (толщина пилы), а также при других видах резки, кроме резки в штампах, на пресс-ножницах, в хладноломах, при обкатке клиновым инструментом и при отрубке на машине «МИР», где отходы на прорезку равны нулю.
Некратность является отходом, вызванным колебаниями длины исходного прутка и немерностью последней заготовки. Длину некратности можно определить по формуле £н = 0,5£заг, где L3ar - длина отрезаемой заготовки. Некратность бывает в случае прутков немерной длины. Если прутки (штанги) поставляют кратной мерной длины, то некратности не будет.
Опорный конец представляет собой отход, равный концевому отрезку прутка, необходимому для поперечного зажима при отрезке последней заготовки. Его длина L0K = (0,8... 1,0)£>заг.
Если этот отрезок окажется меньше, чем необходимая минимальная длина для поперечного зажима, то его увеличивают на длину заготовки и отход металла в опорный конец возрастает.
Глава 2
ТЕМПЕРАТУРНЫЙ РЕЖИМ КОВКИ И ГОРЯЧЕЙ ШТАМПОВКИ
2.1. Температурные интервалы ковки и горячей штамповки
При определенных температурах сталь и другие деформируемые металлы и сплавы обладают высокой пластичностью и низким сопротивлением деформированию. Эти температуры имеют нижний и верхний пределы, между которыми лежит температурный интервал ковки-штамповки, т.е. область температур, при которых целесообразно проводить ковку или горячую штамповку.
Установление температурного интервала ковки связано с именем Д.К. Чернова, который в 1868 году указал, что сталь следует ковать при определенных температурах, при которых получается хорошее качество металла поковок. При этом нижний предел температур ковки определяется температурой фазовых превращений.
Температурный интервал ковки-штамповки зависит, главным образом, от химического состава металла и от определяемых этим составом свойств. Температурный интервал определяют комплексом испытаний. Различают допустимый и рациональный интервалы ковки. Допустимый интервал - это универсальная характеристика данной стали (сплава) для обработки давлением. Он не зависит от размеров и формы поковки, процесса, операции и оборудования.
Для определения оптимального или допустимого температурного интервала ковки целесообразно рассмотреть, как изменяются механические характеристики в зависимости от температуры (рис. 2.1).
При температурах выше 1470°С и вблизи температуры плавления находится зона хрупкости металла - зона пережога. При пережоге кислород диффундирует внутрь металла и окисляет границы зерен, которые при этом оплавляются, так как окислы
железа имеют меньшую температуру плавления, чем сам металл. Ковка при пережоге приводит к браку. Таким образом, верхняя граница температурного интервала ковки должна находиться ниже температуры пережога.
При температурах, близких к пережогу, наблюдается большой рост зерна и крупнозернистое строение металла. Возникает перегрев металла. Крупнозернистое строение не всегда можно размельчить ковкой или штамповкой, что приводит к крупнозернистому, менее качественному строению металла в поковке. Поэтому необходимо устанавливать верхнюю границу температурного интервала ковки ниже температуры, при которой резко увеличивается рост зерна. Из рис. 2.1 видно, что при температурах 750...800°С сопротивление деформированию остается примерно постоянным, а пластичность уменьшается.
Рис. 2.1. Изменение <зьи 8 в зависимости от температуры
Это объясняется фазовыми превращениями, происходящими в металле. Температуру фазовых превращений и структуру стали при различных температурах легко определить по диаграмме состояния (рис. 2.2). Наиболее пластичной структурой является структура аустенита. При наличии двухфазной структуры пластичность падает. Для низкоуглеродистых и углеродистых сталей при температурах порядка 1100...1200°С структура чисто аустенитная и температуру 1200°С можно принять как верхний предел температурного интервала ковки для углеродистой стали
исходя из однофазности и повышенной пластичности. У высокоуглеродистой стали при t - 1100°С структура двухфазная: аустенит и цементит, причем цементит образует хрупкую сетку по границам зерен. С целью повышения пластичности стали необходимо эту цементитную сетку раздробить деформированием с тем, чтобы цементит образовал отдельные зерна в металле поковки. При этом твердость и прочность металла останутся высокими. Верхний предел температур ковки для высокоуглеродистой стали целесообразно принять в 1100°С, а ковку проводить с предосторожностями, учитывая, что пластичность понижена ввиду двухфазной структуры. Температуру нагрева углеродистых сталей можно определить по диаграмме.
Диаграмма состояния железоуглеродистых сплавов (см. рис. 2.2) помогает также выбрать нижний предел температур ковки, который должен лежать выше температур фазовых превращений.
Рис. 2.2. Диаграмма состояния железоуглеродистых сплавов с температурными интервалами ковки: I - жидкий сплав и кристаллический аустенит; II - аустенит и твердый 8-раствор; III - аустенит; IV - аустенит и цементит; V - феррит и аустенит; VI - феррит и перлит;
VII - перлит и цементит;
1	- верхний предел температур ковки для скоростного нагрева;
2	- верхний предел температур ковки для слитков; 3 - верхний предел температур ковки
для крупных прутковых заготовок; а, б, г - нижний предел температур ковки для доэвтектоидной стали;
а, б, в — допустимая температурная область конца ковки для низкоуглеродистой стали;
г, д, е — область конца ковки для заэвтектоидной стали
Низкоуглеродистые стали можно ковать и при структурах феррит плюс аустенит, ввиду относительно высокой пластичности. Заэвтектоидные стали имеют нижний предел температур ковки в зоне аустенит плюс цементит. Эта температура должна быть по возможности более низкой, с тем чтобы не образовалась цементитная сетка.
При установлении нижнего предела температур ковки необходимо учитывать массу поковки, наличие или отсутствие последующей термообработки и способ охлаждения. Например, при большой массе поковки и высокой температуре окончания процесса ковки или штамповки поковка будет остывать медленно и размельченное деформацией зерно может вырасти снова. При малой массе поковки (до 100 кг) температура конца ковки может быть более высокой, но ввиду быстрого охлаждения зерно не успеет вырасти и останется измельченным.
Следует учитывать, что ковка сталей при температурах ниже 723°C приводит к наклепу. У некоторых металлов и сплавов нет фазовых превращений. В этом случае нижний предел температур ковки определяется именно наклепом. В справочниках и нормалях приведены данные о допустимых температурных интервалах ковки и горячей штамповки. Эти пределы температур являются рекомендуемыми. Они могут быть изменены в конкретных случаях. При разработке технологического процесса ковки и его освоении по допустимому температурному интервалу ковки устанавливают рациональный температурный интервал ковки. Рациональный температурный интервал ковки должен учитывать конкретные условия данного кузнечного цеха, форму и размеры данной поковки, ее технологию, режим термообработки и требования - ТУ на поковку. Рациональный температурный интервал ковки - это откорректированный допустимый температурный интервал ковки, полученный на основании опыта освоения технологического процесса ковки конкретной поковки в данном цехе.
Нагрев слитков и заготовок из цветных металлов и сплавов имеет свои особенности. Температурные интервалы ковки и штамповки значительно отличаются от нагрева стали. Например, алюминиевые сплавы Д1 и АК8 имеют температурный интервал
от 470...440 до 400°С, магниевые сплавы MAI, МА2, МА8 от 430...420 до 340...300°С, медные сплавы Л68, Л63 от 850 до 700°С, титановые сплавы ВТ1-О, ОТ4-1 от 1000 до 800°С. На поверхности слитков и заготовок имеется много дефектов, которые перед нагревом удаляются (обычно обтачивается вся поверхность). Нагрев производят в печах электросопротивления. Конкретные оптимальные интервалы ковки стали и сплавов даны в справочнике [3].
2.2. Нагрев слитков, прутков и заготовок
Рис. 2.3. Камерная печь:
1 - механизм подъема заслонки;
2 - заслонка; 3 - под
сунки (на рис. 2.3 не показаны).
Для нагрева заготовок используют различные нагревательные устройства, простейшими из которых являются печи, внутри которых сжигают топливо. На рис. 2.3 показана камерная печь. Внутри печи имеется рабочее пространство, которое называют камерой. Пол камеры называют подом, а потолок - сводом печи. В стенках печи расположены горелки или фор-Заготовки загружают в камеру
печи через окно. В это время заслонка печи поднята вверх. После укладки заготовок заслонку опускают и окно закрывается. В
своде или поде печи имеется отверстие, которое связано с трубой. Через это отверстие выходят из печи продукты сгорания. Топливо подают в камеру печи через горелки (природный газ) или форсунки (мазут), к которым подводится также воздух. Го
рение происходит в камере, непосредственно над нагреваемыми заготовками.
Типы нагревательных устройств и способы нагрева различны для ковки и горячей штамповки.
При ковке используют камерные или двухкамерные печи (рис. 2.4) и печи с выдвижным подом. В камерных печах, в зависимости от их размеров и конструкции, нагревают мелкие и средние заготовки, а также слитки. В печах с выдвижным подом производят нагрев слитков, их подогрев и повторный нагрев.
При горячей штамповке нагревательные устройства и способы нагрева более разнообразны. Преимущественно используют полу-методические печи и индукционный электронагрев токами повышенной частоты. Полуметодические печи имеют два окна.
Одно окно служит для загрузки, а другое - для выемки нагретых заготовок.
Рис. 2.4. Двухкамерная печь:
1 - горелка; 2 - камера; I - шамотный кирпич; II - диатомовый кирпич;
Ш - тальковый кирпич; IV - бетон
Для нагрева коротких мерных заготовок применяют камерные печи с закрывающимися окнами, а для нагрева прутков и длинных мерных заготовок - камерные щелевые печи, у которых окно выполнено в виде щели. Существуют также карусельные и конвейерные печи, в которых нагревают мерные и прутковые заготовки.
Индукционный электронагрев токами повышенной частоты применяют для заготовок с диаметром до 150.. .200 мм.
Нагрев в пламенных печах. Нагрев должен обеспечить получение необходимой температуры заготовки без каких-либо пороков, равномерное распределение температуры по поверхности и по сечению, и минимальный отход металла на окалину, а также требуемую производительность. Различают технически возможную скорость нагрева и допустимую скорость нагрева.
Технически возможная скорость нагрева - это максимально возможная скорость нагрева. Допустимая скорость нагрева обуславливается термическими напряжениями и механическими свойствами (пластичностью) нагреваемого металла.
Теплоту Q, подводимую к нагреваемой заготовке, можно подсчитать по формуле теплопередачи
Q = аобщ (?п — ^заг ) V ’
где аобщ - коэффициент теплопередачи; ta - температура печи, °C; ^заг - температура заготовки, °C; Fo6uj - площадь нагреваемой поверхности заготовки, мм2; Т - время нагрева, ч.
Теплопередача происходит в кузнечных пламенных печах, главным образом, излучением. Теплопередача конвекцией имеет преобладающее значение при температуре печи 600...700°С. Чем выше температура печи, тем быстрее нагрев. Разницу между температурами печи и заготовки называют температурным напором. Превышение температуры печи над температурой нагрева называют окончательным температурным напором.
Возможные значения температуры печи зависят от типа огнеупора кладки печи и обычно не превышают 1450...1500°С, причем в большинстве случаев Гп = 1300... 1350°С.
При увеличении температуры печи растет скорость нагрева, но растет и перепад температур между поверхностью и сердцевиной заготовки, так называемый температурный градиент. С увеличением размеров заготовки также увеличивается температурный градиент. Максимальный температурный градиент наблюдается в зоне температур фазовых превращений.
На нагрев влияет также расположение заготовок в печи. Оно определяет интенсивность нагрева излучением от стенок печи и возможность для нагрева конвекцией, что определяет степень неравномерного нагрева и время нагрева.
Форма и размеры нагреваемых заготовок оказывают влияние на нагрев. Чем короче заготовка, тем быстрее она греется, сказывается влияние торцов. Если £заг > ЗОзаг, то длина заготовки на скорость нагрева практически не влияет.
Чем больше площадь нагреваемой поверхности Fo6ni, тем больше, в соответствии с формулой теплопередачи, теплоты пройдет в заготовку и быстрее будет нагрев.
Чем больше размеры заготовки, тем больше время нагрева, ввиду того, что площадь поверхности, приходящаяся на единицу объема нагреваемой заготовки, будет меньше.
Для мелких заготовок (£)заг < 100 мм) при нагреве до tn время нагрева растет примерно пропорционально диаметру заготовки. При наличии окончательного температурного напора время нагрева растет интенсивнее, чем увеличение диаметра заготовки.
На нагрев влияет коэффициент теплопередачи аОбщ. Коэффициент теплопередачи - это количество теплоты, которое поступает на единицу площади в единицу времени при перепаде температур в 1°С.
Темная заготовка нагревается быстрее, чем блестящая. Однако очень сильно влияет температура печи и связанное с ней излучение.
Коэффициент теплопередачи падает с увеличением температуры металла и растет при увеличении температуры печи.
Теплопроводность, теплоемкость и плотность заготовки влияют на нагрев.
Коэффициент теплопроводности X определяется удельным тепловым потоком, передаваемым на единицу длины при температурном перепаде в 1 К в единицу времени, Вт/(м2 • К).
Чем больше теплопроводность, тем быстрее теплота отводится с поверхности и передается внутрь заготовки.
Чем меньше теплопроводность, тем больше температурный градиент (перепад) в заготовке. С целью уменьшения температурного градиента нужно принимать специальные меры для выравнивания температур.
Теплопроводность зависит от химсостава и температуры. Чем больше в стали углерода, тем она менее теплопроводна. Все легирующие добавки уменьшают теплопроводность (отсюда медленнее нагрев).
Удельная теплоемкость С - это количество теплоты, которое требуется для нагрева единицы массы заготовки на 1 К, Дж/(кг • К). Чем больше теплоемкость, тем больше потребное время нагрева. Теплоемкость, в зависимости от температуры, меняется незначительно.
Чем больше плотность заготовки р, кг/м3, тем больше теплоты нужно на единицу объема, а площадь поверхности по отношению к единице массы будет меньше. У сталей плотность меняется
незначительно (углеродистые стали - 7,85 кг/дм3, никелевые -8 кг/дм3) и влияние ее изменения на нагрев не учитывается. Плотность цветных металлов и сплавов указана в литературе.
Коэффициент температуропроводности а является комплексным показателем для оценки скорости нагрева. Он определяется следующей формулой:
а =	м2/с.
рС
Температуропроводность оценивает прогреваемость металлов, ее следует учитывать при нагреве.
При нагреве возникают термические и структурные напряжения, которые могут приводить к разрушению металла. Если металл достаточно пластичен при данных температурах, то в местах наибольших термических напряжений происходит пластическая деформация и разрушения не происходит.
Чем выше пластичность металла, тем выше может быть скорость нагрева. Пластичные металлы и сплавы можно нагревать быстро, несмотря на низкую теплопроводность и большой температурный градиент. Пластичность стали увеличивается по мере нагрева и при температуре выше 600...700°С сталь можно греть с высокой скоростью.
При нагреве стали происходит окисление или окалинообра-зование и обезуглероживание поверхности заготовки.
При высоких температурах (выше 700...800°С) окислителями стали являются кислород и углекислый газ СО2, вода и особенно, если присутствует в топливе сернистый газ SO2. Восстановителями являются угарный газ СО и водород Н2. При горении с избытком воздуха в печи окисление идет быстрее, чем обезуглероживание и после удаления окалины обезуглероженного слоя не будет. При нагреве средне- и высокоуглеродистых сталей и при слабоокислительной атмосфере в печи (недостаток воздуха) окалина образуется в меньшей степени и под ее слоем возникает обезуглероженный слой. Науглероживающими газами являются оксид углерода и метан.
На окисление влияет температура нагрева металла. За одно и то же время большее количество окалины образуется при более высо
кой температуре. При температуре ниже 650°С окисления практически не происходит, хотя светлая поверхность заготовки темнеет.
Увеличение времени нагрева также увеличивает количество окалины. Поэтому для уменьшения окалины необходимо увеличивать скорость нагрева, т.е. сокращать время нагрева.
При нагреве мелких заготовок угар составляет 1,0...2,0% массы нагреваемого металла, при нагреве слитков 3%, при повторном нагреве - дополнительно 1,5%. Подробные данные о величине угара имеются в литературе [3].
Для уменьшения образования окалины применяют:
1)	увеличение скорости нагрева, скоростной нагрев или электронагрев;
2)	защитный газовый слой в печи;
3)	нагрев в защитной атмосфере. Такой атмосферой служит атмосфера с содержанием окиси углерода СО более 16%. Можно указать также на нагрев в атмосфере с добавлением карбоната лития Ы2СОз;
4)	защитные покрытия на заготовках (коллоидные растворы стекла в изопропалоне и др.), которые служат как смазка.
Если предупредить образование окалины при нагреве невозможно, то нагретые заготовки при необходимости можно очищать от окалины. Очистка проводится разными способами. Применяют скребки, окалиноломатели и гидроочистку. Конструкция установки для гидроочистки описана в литературе [3].
Ранее было указано, что чем меньше тепло- и температуропроводность, тем больше температурный градиент, т.е. больше неравномерносгь прогрева и больше термические напряжения. Поэтому загружать в печь с высокой температурой холодные заготовки из металла с плохой температуропроводностью, а также крупные заготовки (слитки) нельзя и в этом случае их загружают в сравнительно холодную печь и постепенно повышают температуру вместе с печью.
В основном температурный градиент зависит от температурного напора и от температуры печи. Температурный градиент имеет наибольшее значение в зоне критических температур t (фазовых превращений). Большая величина термических напряжений может привести к появлению макро- и микротрещин при
нагреве, если пластичность материала невысокая или слишком велики размеры слитка.
Однако слишком медленный нагрев приводит к большому окалинообразованию и низкой производительности печей. Исходя из факторов снижения температурного градиента и минимального окалинообразования были выработаны оптимальные режимы нагрева.
Установлено, что заготовки диаметром менее 100 мм из всех марок конструкционной и низколегированной стали можно сажать в горячую печь и греть с технически возможной скоростью, которую обеспечивает печь при конечном температурном напоре в 1ОО...15О°С. Для быстрорежущей стали и высоколегированных, хрупких сталей требуется предварительный подогрев. Заготовки под горячую штамповку поступают в печь в холодном состоянии.
Слитки в зависимости от начальной температуры перед нагревом делят на четыре группы:
1.	«Горячие» слитки и заготовки, поступающие в процессе ковки на повторные нагревы = 700...800°С; Гц = 9ОО...1ООО°С, ГСр = 800°С, где Гпов - температура поверхности, гц - температура в центре и гср - средняя температура).
2.	«Теплые» слитки и заготовки (Гпов = 45О...75О°С; Гц = 800...950°С, Гер = 600...800°С).
3.	«Захоложенные» слитки (Гср = ЗОО...6ОО°С).
4.	«Холодные» слитки (гср < 300°С).
«Холодные» слитки и крупные заготовки нагревают за два этапа (рис. 2.5). Первый этап - нагрев до t = 700°С (начало фазовых превращений). При этой температуре сталь обладает пониженной пластичностью, а температурный градиент в этом интервале имеет максимальное значение. Поэтому первый этап должен проходить медленно и тем медленнее, чем более легирована сталь и чем больше размеры заготовки. При t = 800°С делают выдержку для выравнивания температуры по сечению слитка, с тем чтобы фазовые превращения происходили при минимальном температурном градиенте (переход в аустенит). На втором этапе трещины не возникнут, так как пластичность высокая, и поэтому нужен нагрев с максимальной скоростью для уменьшения окалинообразования.
«Горячие» и «теплые» слитки и заготовки нагревают с максимальной скоростью. Их нагрев аналогичен нагреву «холодных» слитков на втором этапе. В печи при посадке слитков может быть ковочная температура. В конце нагрева необходима выдержка. Конечный температурный перепад допустим при 50...100°С по сечению слитков из углеродистой и легированной стали и 30.. .40°С для слитков из жаропрочной стали.
«Захоложенные» и «холодные» слитки целесообразно помещать в печь для горячей консервации и нагревать до 700...750°С, после чего перемещать в печь для нагрева и нагревать по режиму «теплых» или «горячих» слитков.
Время нагрева заготовок и слитков небольшого сечения (до диаметра 300...350 мм) до 1200°С при температуре печи 1300°С можно определить по формуле Н.Н. Доброхотова:
Т = ^Аагз/^заг »
где Т - время нагрева, ч; Dw - диаметр или меньшая сторона сечения нагреваемой заготовки, м.
Рис. 2.5. Схема режима нагрева:
1 - температура печи; 2 - температура поверхности слитка;
I - время выдержки при температуре посадки; П - медленный нагрев;
Ш - время выдержки при температуре 800°С; IV - время выдержки для выравнивания температуры слоев перед ковкой; V - время выдержки для выравнивания температуры перед ковкой; VI - 40% всего времени нагрева;
VII - 60% всего времени нагрева
Эмпирический коэффициент К следует принимать для катаной и кованой заготовки: К - 12,5 для углеродистых и низколегированных сталей; К = 25 для высокоуглеродистых инструментальных сталей. Для холодных слитков из углеродистой и низколегированной сталей К - 20; из среднелегированной К - 24; из высоколегированной 28.. .30.
При нагреве за два этапа необходимо провести разбивку общего времени нагрева по двум периодам. Для углеродистой стали время нагрева делится примерно пополам по периодам. При нагреве легированной стали время нагрева первого периода выбирают равным
Т\ = 2/37",
а для второго периода
Т2 = 1/ЗТ,
где Т\ - время нагрева от 0 до 850°С (первый период); Т2 - время нагрева от 850 до 1200°С (второй период). Иногда делят время нагрева на три периода [3]. Примерно время нагрева «горячих» и «теплых» слитков можно подсчитать по эмпирической формуле
Т = 10Дсл,
где Т - время нагрева, ч; £>сл - диаметр слитка, м.
Для низколегированных сталей это время следует увеличить на 10%, а для среднелегированных сталей на 20%.
Приведенные формулы дают минимальное потребное время нагрева. На заводах его определяют по таблицам [3]. Для углеродистой и инструментальной среднелёгированной сталей время нагрева увеличивают на 25...50%, для высоколегированной на 50... 106%. При определении времени нагрева, кроме табличных параметров, следует учитывать и относительную длину заготовки (нагрев через торцы).
Наглядное представление о зависимости времени нагрева заготовок из низкоуглеродистой стали от их диаметра и температуры нагрева при температуре печи 1300°С дает диаграмма на рис. 2.6.
Рис. 2.6. Зависимость времени нагрева от диаметра заготовки при газовом нагреве (на кривых показана температура нагрева сердцевины)
Теоретические расчеты и опытные данные показывают, что величина термических напряжений для мелких по диаметру заготовок оказывается сравнительно небольшой даже при больших скоростях нагрева и высокой температуре печи (1400°С и выше).
Вместе с тем, практика выдвинула требование по
высить скорости нагрева с целью увеличения производительности. В России работами по скоростному нагреву занимались ученые Доб
рохотов Н.Н., Копытов В.Ф. Эти работы показали, что скоростной нагрев имеет следующие преимущества: 1) большую производительность; 2) небольшие размеры печи; 3) снижение отхода на окалину. К недостаткам скоростного нагрева относятся: 1) опасность перегрева заготовок ввиду высокой температуры печи, что требует автоматизации процесса загрузки и выгрузки из печи и наличия автоматического выключателя печи; 2) необходимость
применения огнеупоров высшего качества.
Индукционный нагрев.
При индукционном нагреве поток электромагнитной энергии проходит через нагреваемую заготовку, превращаясь в ней в теплоту. Электромагнитный поток получают с помощью индуктирующих катушек - индукторов цилиндрической (рис. 2.7, п. 1) или плоской формы, сделанных из мед
Рис. 2.7. Заготовка в цилиндрическом индукторе 1: А - эффективная глубина проникновения тока
ной водоохлаждаемой трубки. Индукторы подключены к генераторам переменного напряженный различной высокой частоты. В заготовке внутри индуктора возникает переменный электрический ток и нагревает заготовку.
Применению высоких частот для индукционного нагрева металла свойственно явление «поверхностного эффекта», т.е. явления, характеризуемого распределением электрического тока и магнитного потока по поверхности сечения нагреваемого металла. Наибольшая плотность тока по сечению заготовки возникает на ее поверхности и уменьшается по экспоненциальной зависимости к центру заготовки. Теплота в основном (до 90%) выделяется в заготовке в наружном, так называемом эффективном слое глубиной А (рис. 2.7). Эффективная глубина проникновения электрического тока А, м (см. рис. 2.7) в металл может быть определена по формуле Штейн-метца:
А = .—• у ицо
где о - удельная электрическая проводимость среды, См/м; ц - магнитная проницаемость металла, Гн/м; ц = цотн  Цо (Мо™ - относительная магнитная проницаемость, Цо = 4л • 10'7 Гн/м); со = частота, Гц).
Рис. 2.8. Принципиальная схема индукционной нагревательной установки: A,V,W, ср - измерительные приборы
В процессе нагрева удельная электрическая проводимость и магнитная проницаемость падают, что приводит к увеличению глубины проникновения тока. Схема индукционной нагревательной установки показана на рис. 2.8.
Трехфазный электродвигатель 2, подключаемый к сети 50 Гц контактором 1, приводит во вращение генератор - преобразователь частоты 3, к которому через со
гласующий силовой трансформатор 4 подключен индукционный нагреватель 5. Для компенсации реактивной мощности индукционного нагревателя параллельно ему подключена конденсаторная батарея б. Наряду с электромашинными генераторами в качестве источников питания установок индукционного нагрева широко применяют тиристорные статические преобразователи частоты. С увеличением частоты тока сопротивление заготовки возрастает, выделяется больше теплоты и электрический КПД - Т|эп увеличивается. Однако с увеличением частоты уменьшается толщина активно нагревающегося слоя и относительно большая часть заготовки нагревается только за счет теплопроводимости. Для углеродистых сталей оптимальную частоту тока определяют по формуле
с _ 34000
опт у-^2
^"заг
где £>заг - диаметр заготовки, мм.
По аналогичной формуле построена зависимость от заготовок из низколегированной конструкционной стали с диаметрами от 10 до 200 мм (рис. 2.9).
Рис. 2.9. Зависимость оптимальной части тока при нагреве от диаметра заготовки из конструкционной стали (по М.Г. Лозинскому)
а)	$
Рис. 2.10. Нагрев прямоугольных, круглых и квадратных заготовок (стрелками показано мгновенное направление тока в индуктирующем проводе и нагреваемых заготовках)
Рис. 2.11. Индуктор для сквозного нагрева цилиндрических заготовок
Заготовки в индукторе можно нагревать как продольным (рис. 2.10,а), так и поперечным магнитным полем (рис. 2.10,6). При нагреве в поперечном магнитном поле время нагрева возрастает в 1,5.. .2 раза.
Основным элементом индукционной установки служит индуктор. На рис. 2.11 показана конструкция индуктора для сквозного нагрева цилиндрических заготовок. Индуктирующий токопровод 1 выполнен в виде много-витковой катушки, изготовленной из медной водоохлаждаемой трубки прямоугольного сечения. Витки катушки изолированы друг от друга и стянуты между собой двумя асбоцементными плитами б при помощи специальных латунных шпилек с гайками. Индуктирую
щий токопровод 1 защищен изнутри слоем специальной тепловой изоляции 2, а снаружи - кожухом 3. Через патрубки 5 и 4 осуществляют подачу и слив охлаждающей воды. Для защиты теплоизоляционного слоя от повреждения при перемещении нагреваемых заготовок внутри индуктора смонтированы водоохлаждаемые направляющие 7 из жаропрочной стали.
Удовлетворительный нагрев достигают при следующих геометрических соотношениях размеров индуктора и заготовки: внутренний размер (диаметр, сторона) сечения индуктора должен быть в 1,5...2 раза больше диаметра или стороны перпенди
кулярного сечения заготовки, а длина катушки индуктора должна превышать длину одной заготовки или суммарную длину нескольких заготовок на один-два диаметра (стороны сечения) нагреваемого металла.
Толщина тепловой изоляции индуктора 10...40 мм может быть выбрана в зависимости от диаметра нагреваемой заготовки.
Диаметр заготовки, мм 5	60...125 130...170 170 и более
Толщина тепловой изоляции, мм	10... 15 15....20 25...35	35...40
Некоторые данные о параметрах индукторов и режимах нагрева стальных заготовок приведены ниже. Например, при обычном нагреве заготовку диаметром 65 мм, длиной 700 мм, массой 18,1 кг нагревают в индукторе с внутренним диаметром 130 мм и длиной обмотки 760 мм, числом витков индуктора 40, в индукторе одна заготовка, частота тока 2500 Гц, напряжение 750 В, средняя мощность генератора 160 кВт, время нагрева заготовки 140 с, производительность 460 кг/ч. Заготовку диаметром 25 мм, длиной 140 мм, массой 0,54 кг нагревают в индукторе с внутренним диаметром 80 мм и длиной обмотки 475 мм, число витков 28, в индукторе 3 заготовки, частота тока 8000 Гц, напряжение 750 В, средняя мощность генератора 80 кВт, время нагрева одной заготовки 36 с, темп выдачи 12 сек, производительность 165 кг/ч.
При ускоренном нагреве заготовку диаметром 70 мм, длиной 140 мм, массой 4,2 кг нагревают в индукторе с внутренним диаметром 120 мм и длиной обмотки 1680 мм, числом витков индуктора 40, в индукторе 12 заготовок, частота тока 2500 Гц, напряжение 1000 В, средняя мощность генератора 540 кВт, время нагрева заготовки 108 с, темп выдачи 9 с, производительность 1680 кг/ч.
В индукционных нагревательных установках индуктор устанавливают горизонтально или с небольшим наклоном. Вертикальное расположение оси индуктора нежелательно из-за значительного угара металла (до 3%) ввиду большого притока воздуха из окружающего пространства в индуктор.
Безокислительный индукционный нагрев получают в индукторах, снабженных у входного и выходного концов камерами или полностью помещенных в камеру. Камеры заполняют защитным инертным газом (аргон).
Для работы при напряжении 127 В индуктор подключают через понижающий трансформатор.
Применяют индукционные нагреватели периодического и методического принципа действия.
Схема нагревателя периодического действия показана на рис. 2.12,а). В индуктор 1 толкателем 2 загружают только одну заготовку 3, которую при достижении заданной температуры нагрева выталкивают с помощью следующей нагреваемой заготовки, загружаемой в индуктор. В дальнейшем процесс периодически повторяют.
На рисунке 2.12 изображена схема, поясняющая работу индукционного нагревателя методического действия. Мерные заготовки 2 с постоянной скоростью или через интервалы времени перемещают внутри индуктора 1 с помощью пневматического или гидравлического механизма 3. В индукторе одновременно находится несколько заготовок. Длину индуктора, число заготовок в нем и скорость их перемещения выбирают таким образом, чтобы заготовки на выходе из индуктора имели ковочную температуру и определенный перепад температур между поверхностью заготовки и ее центром. Рекомендуется в индукторе размещать не менее трех заготовок, что обеспечит практически неизменность электрического режима работы нагревателя в момент загрузки холодной заготовки. Продолжительность нагрева одной заготовки в методическом нагревателе т = «тпрот. (п - число одновременно находящихся в индукторе заготовок; Тпрот. - время проталкивания одной заготовки через индуктор).
Методические нагреватели по сравнению с нагревателями периодического действия имеют более высокий КПД (на 10... 15%) и производительность.
Индукторы для сквозного нагрева заготовок обладают низким коэффициентом мощности (cos ср). Для его увеличения параллельно каждому индуктору к источнику тока подключают батарею конденсаторов, реактивная мощность которой
в 10... 15 раз больше активной мощности индуктора. Для методических нагревателей изменение емкости батареи конденсаторов в процессе нагрева не требуется.
б)
Рис. 2.12. Схема индукционного нагревателя: а - периодического действия; б - методического действия
В периодических нагревателях и в нагревателях с секционированными индукторами возникает необходимость изменения емкости конденсаторной батареи в разные периоды нагрева заготовок, что выполняют с помощью регулятора коэффициента мощности.
Энергоснабжение нескольких индукционных нагревателей током повышенной частоты можно обеспечивать одним из следующих способов: каждый нагреватель снабдить своим преобразователем частоты (индивидуальный способ питания); все нагреватели подключают к общим шинам; к этим же шинам подключают один преобразователь большой мощности или несколько маломощных преобразователей (централизованное питание).
Выбор способа питания нагревателей в конкретном случае должен быть обоснован технико-экономическим расчетом.
Время нагрева можно определить по графикам на рис. 2.13. Для сравнения на рисунке показана пунктиром зависимость для газового нагрева заготовок до 1200°С.
Рис. 2.13. Зависимость минимально допустимого времени Т нагрева заготовок индукционным способом от диаметра заготовки D^ при температурном перепаде между ее поверхностью и серединой, равном 100°С: 1 - при частоте тока 1000 Гц;
2 - при частоте 2500 Гц;
3 - при частоте 8000 Гц;
4 - при газовом нагреве
Индукционный нагрев обладает рядом преимуществ: 1) высокая скорость нагрева; 2) снижение отходов металла на окалину; 3) повышение стойкости штампов за счет меньшей окалины, оказывающей абразивное действие на штамп; 4) легкость автоматизации работы индукционной установки; 5) улучшение условий труда; 6) повышение качества нагретых заготовок ввиду стабильности режима нагрева; 7) отсутствие необходимости очистки от окалины перед штамповкой; 8) компактность установок и, в особенности, небольшая занимаемая ими площадь.
К недостаткам индукционного нагрева относятся: 1) высокая стоимость установки
(окупается в массовом производстве); 2) большой расход элек-
троэнергии на единицу массы нагреваемого металла (0,4...0,5кВтч/кг); 3) необходимость иметь и менять индукторы при изменении размеров заготовки в относительно узких пределах (диаметр заготовки должен быть больше чем 0,6 от внутреннего диаметра индуктора); 4) необходимость в специальных индукторах для нагрева фасонных заготовок (например, с квадратным отверстием для нагрева квадратных заготовок).
Охлаждение заготовок и поковок. Охлаждение заготовок начинается сразу после выдачи их из печи и продолжается как при транспортировании их к штамповочному или ковочному агрегату, так и в процессе штамповки или ковки.
Режим охлаждения после обработки давлением имеет такое же значение для ее качества, как и режим нагрева. Скорость охлаждения влияет на величину термических напряжений, которые в случае быстрого охлаждения могут приводить к наружным трещинам. При переходе через критический интервал температур (фазовые превращения) возникают структурные напряжения. Кроме этого, в легированных сталях есть опасность поверхностной закалки при быстром охлаждении, результаты которой трудно устранимы даже при необходимом в этом случае отжиге. Чем более легирована сталь и чем больше размеры поковки, тем медленнее должно быть охлаждение. Низкоуглеродистые и низколегированные стали при малых размерах поковок не требуют предосторожностей при охлаждении. Поковки из углеродистой конструкционной стали диаметром до 300 мм охлаждают на воздухе и в штабелях, при больших диаметрах охлаждение проводят более
медленно, а поковки из крупных слитков охлаждают вместе с пе
чью. Поковки из легированной стали диаметром свыше 50 мм охла-ждают в ящиках с песком или окалиной, а также в неотапливаемых колодцах (в закрытой яме), а поковки диаметром свыше 150 мм нужно охлаждать вместе с печью по специальному режиму. На рис. 2.14 показана конструкция неотапливаемого колодца для охлаждения заготовок после ковки.
Режимы охлаждения для различных заготовок из сталей нормализованы [3].
Рис. 2.14. Конструкция неотапливаемого колодца для охлаждения заготовок после ковки
Время охлаждения поковок при ковке и на воздухе играет большую роль при выборе числа нагревов и подогревов при ковке и корректировке температурного интервала ковки и штамповки. Продолжительность охлаждения определяет возможную длительность процесса ковки в интервале заданных температур. Скорость охлаждения, подобно скорости нагрева, зависит от массы поковки, температуры окружающей среды, теплопередачи в окружающую среду и других факторов. Так как теплопередача при ковке больше, чем при охлаждении на воздухе, ввиду плотного контакта металла заготовки и инструмента, то скорость охлаждения на воздухе значительно меньше.
Для увеличения производительности при ковке сокращают число подогревов и увеличивают объем и время ковки за один нагрев. Это достигают путем теплоизоляции частей заготовки, которые отковывают в последнюю очередь. Наиболее эффективной является теплоизоляция при ковке сравнительно длинных поковок. Теплоизоляцию выполняют в виде стальных кожухов с асбестовой прокладкой внутри. Этим способом удлиняется время охлаждения до 1,5...5 раз.
Термическая обработка стальных поковок. Термообработка влияет на качество поковок. Ее подразделяют на два вида: предварительную и окончательную.
Предварительная обработка служит для улучшения обрабатываемости металла при изготовлении деталей, для подготовки структуры металла к окончательной термообработке (получение однородной мелкозернистой структуры), для снятия наклепа и улучшения комплекса механических свойств.
Окончательная термообработка придает металлу требуемые механические свойства. Ниже рассмотрены некоторые виды термообработки стальных поковок.
Промежуточный отжиг применяют при ковке крупных поковок диаметром свыше 500 мм, когда ковку выполняют за несколько нагревов. Он необходим для предохранения от образования внутренних дефектов (флокенов) и для размельчения зерна.
Отжиг снимает остаточные напряжения в стали. Заготовку вначале охлаждают до 650°С, затем следует выдержка. Отжиг
проводят при t = 850°С, затем выдержка и охлаждение до 700°С, далее выдержка с последующим нагревом под ковку.
Гомогенизационный отжиг применяют при нагреве слитков при t - 1200°С для выравнивания структуры по всему сечению. При этом легирующие элементы диффундируют по всему сечению и распространяются более равномерно.
Отжиг полный проводят путем нагрева поковок до температуры Aci + (ЗО...5О°С) или 770...800°С, затем дается выдержка и медленное охлаждение вместе с печью.
После ковки и штамповки проводят также отжиг неполный, отжиг изотермический и другие виды термообработки.
После горячей штамповки поковок из углеродистых и низколегированных сталей проводят нормализацию, т.е. нагрев до температуры 75О...95О°С с охлаждением на воздухе, что улучшает обрабатываемость. Поковки из легированных сталей подвергают нормализации и отпуску.
Глава 3
КОВКА
3.1. Характеристика процесса ковки. Основные кузнечные операции
Ковка является одним из видов обработки металлов давлением. Как и любой вид обработки металлов давлением, ковку применяют для формоизменения исходной заготовки, поэтому характер формоизменения определяет вид обработки металлов давлением. При ковке формоизменение происходит за счет течения металла в стороны, перпендикулярные движению деформирующего инструмента - бойка, причем это течение ограничивается лишь касательными напряжениями т, действующими по контактным поверхностям (рис. 3.1) и иногда формой инструмента. Основной применяемый при ковке инструмент не создает
интенсивного сопротивления течению металла в стороны при деформировании, что и отличает ковку от других видов обработки давлением.
Ковкой получают различные заготовки для последующей об-
Рис. 3.1. Схема ковки:
1 - верхний плоский боек; 2 - нижний плоский боек; 3 - заготовка
работки резанием. Эти заготовки называют поковками или коваными поковками. Поковки чрезвычайно разнообразны по форме и по размерам. Крупные поковки имеют массу до 200 т и более. К ним относят поковки валов гидротурбин, барабанов котлов высокого давления, турбинных дисков, коленчатых валов судовых двигателей, валков прокатных станов и крупных штамповых кубиков. Средние поковки имеют массу от 50 до 400 кг.
Это поковки коленчатых валов крупных дизелей, вагонных осей, различных шестерен, маховиков и дисков.
Мелкие поковки массой менее 50 кг очень разнообразны, к ним относятся, например, все поковки, изготовляемые в ремонтных целях. Ввиду большого разнообразия поковок при ковке используют обычно универсальный инструмент. Определенный набор инструмента обеспечивает изготовление различных поковок. Применяя последовательно различный инструмент и деформируя соответствующим образом заготовку, можно получить необходимую форму поковки.
Всякий технологический процесс ковки можно подразделить на ограниченное число основных операций и некоторое число вспомогательных и отделочных операций, сопутствующих определенным основным операциям.
К основным операциям ковки относят: 1) осадку, 2) протяжку, 3) прошивку, 4) отрубку, 5) гибку, 6) скручивание, 7) кузнечную сварку. С помощью основных кузнечных операций выполняют главное формоизменение при ковке, в то время как вспомогательные и отделочные операции служат для подготовки и доделки перед или после основных операций.
Ковку применяют в единичном и мелкосерийном производстве мелких и средних поковок и при изготовлении крупных поковок, которые штамповкой изготовить нельзя ввиду больших необходимых сил деформирования.
При единичном и мелкосерийном производстве ковка оказывается выгоднее штамповки, так как расходы на инструмент значительно ниже. Однако ковка имеет относительно низкую производительность, большой расход металла и большую трудоемкость.
Ковку подразделяют на ручную и машинную. Ручную ковку выполняют с помощью кувалды и наковальни. Ниже рассмотрена машинная ковка.
В качестве машин - орудий для ковки - применяют ковочные пневматические молоты, ковочные паровоздушные молоты двойного действия и ковочные гидравлические прессы.
Ковочные пневматические молоты применяют при ковке мелких поковок массой 0,5...20 кг, они характеризуются массой па
дающих частей и энергией удара. Номинальная масса падающих частей 50... 1000 кг. соответственно энергия удара 0,8.. .30 кДж.
Ковочные паровоздушные молоты двойного действия арочного и мостового типа используют при ковке мелких и средних поковок массой 20...350 кг из проката и мелких слитков. Номинальная масса падающих частей составляет 1000.. .8000 кг.
Ковочные гидравлические прессы предназначены для изготовления поковок массой до 62 т и более. Номинальная сила пресса 800... 150000 кН. Наибольший ход ползуна от 900 до 4000 мм. Другие данные имеются в справочнике [4].
Широкое использование ковки при производстве заготовок объясняется рядом преимуществ по сравнению с другими видами производства заготовок.
К главным преимуществам ковки относят следующие:
1.	Ковка позволяет получать высокое и стабильное качество металла с повышенными характеристиками пластичности по сравнению с отливками.
2.	Возможность получать крупные поковки, масса которых исчисляется десятками и даже сотнями тонн, а длина до десятка метров. Получение таких заготовок с высоким качеством металла другими способами невозможно или нецелесообразно.
3.	Для изготовления крупных по массе и размерам поковок требуются сравнительно небольшие силы, так как обработку производят обжатием отдельных, небольших участков заготовки, а давления невелики ввиду относительно свободного течения металла в стороны. В результате требуются прессы и молоты сравнительно небольшой мощности.
4.	Применение универсальных машин и в особенности универсального инструмента позволяет резко снизить затраты, связанные с оборудованием и инструментом при изготовлении единичных поковок или небольшого числа одинаковых поковок. В единичном и мелкосерийном производстве ковка в ряде случаев оказывается экономически наиболее выгодной.
Однако кроме преимуществ ковка имеет следующие недостатки:
1.	Низкая производительность по сравнению с горячей штамповкой. В последние годы стремятся механизировать про
цессы ковки и повысить производительность, однако она остается низкой.
2.	Большие напуски на поковках, что приводит к большой последующей обработке резанием. Сложные поковки делают с большими напусками для упрощения процесса ковки.
3.	Большие допуски и припуски, исчисляемые десятками миллиметров при крупных поковках, что также приводит к большой последующей обработке резанием.
4.	Большой расход металла, обусловленный значительными технологическими отходами, напусками, допусками и припусками.
Как видим, ковка имеет крупные недостатки. Поэтому применять ковку нужно только там, где это диктуется экономической или технической целесообразностью.
3.2.	Осадка
Каждая основная ковочная операция определяется характером формоизменения и применяемым инструментом.
Осадкой называют операцию ковки, при которой увеличиваются размеры поперечного сечения исходной заготовки за счет уменьшения ее высоты (рис. 3.2). При осадке заготовку устанавливают вертикально и деформирование происходит вдоль оси заготовки.
Осадку применяют в следующих основных случаях:
1.	Для получения поковок с большими поперечными размерами из заготовок меньшего поперечного сечения (поковки фланцев, шестерен, дисков).
2.	Как предварительную операцию перед прошивкой для выравнивания торцов и увеличения диаметра при изготовлении полых поковок, например поковок типа колец, барабанов и муфт.
3	Как предварительную операцию перед протяжкой для наибольшего разрушения литой дендритной структуры в слитке и для уменьшения неравномерности свойств в поперечном и продольном направлениях.
4.	Для повышения уковки, если площадь наибольшего поперечного сечения выбранного слитка не обеспечивает требуемой уковки. (Уковка - изменение поперечного сечения.)
5.	Вместе с протяжкой для деталей типа шестерен и дисков.
6.	Для повышения механических свойств в тангенциальном и радиальном направлениях в поковках типа шестерен.
7.	Вместе с протяжкой для равномерного распределения и измельчения карбидов в сталях карбидного класса (быстрорежущие, высокохромистые), что повышает износостойкость получаемых из них изделий.
При осадке плоскости бойков должны полностью перекрывать торцы заготовки от начала до конца осадки (см. рис. 3.2).
Цилиндрические заготовки при осадке принимают форму в виде одинарной бочки (см. рис. 3.2).
Бочка получается при осадке заготовок при соотношении fj
—— < 2,5, если осадку выполняют под прессом или под доста-^заг
точно мощным молотом, дающим большую степень деформации за каждый удар.
Если осаживать нецилиндрическую (квадратную) заготовку, то в процессе осадки искажается форма не только вертикальных, но и горизонтальных сечений заготовки.
Искажение формы тем больше, чем больше степень осадки, причем квадрат (и вообще любое по форме поперечное сечение заготовки) стремится перейти в круг.
Основной причиной искажения формы являются силы трения т на контактных поверхностях (бойка и заготовки) (см. рис. 3.2). Силы трения вызывают бочкообразность тем в большей степени, чем больше коэффициент трения ц. При ц = О цилиндр должен оставаться цилиндром, а квадратное сечение квадратным. При горячей обработке давлением |1 = 0,3...0,4,
причем считают, что для молота ц несколько меньше, чем для
пресса (влияют скорость и время контакта).
При горячей деформации, кроме сил трения на торцах, на бочкообразность влияет также подхолаживание торцов заготовки ввиду плотного контакта с бойками. Силы трения и подхоло-женные торцы создают возможность образования зон затрудненной деформации.
В общем случае различают три зоны [3]. Зоны 1 являются упомянутыми зонами затрудненной деформации (рис. 3.3), в которых напряженное состояние представляет собой всестороннее неравномерное сжатие. Эти зоны как бы расклинивают зону 2, которая интенсивно деформируется в осевом и в радиальном направлении. Зона 3 деформируется менее интенсивно, чем зона 2.
Рис. 3.3. Зоны деформаций в заготовке при осадке цилиндра
Здесь наблюдается деформация растяжения кольцевой зоны 3.
При резком уменьшении отношения —5511 наблюдается
^заг
слияние зон 1 и 2 в одну зону - зону затрудненной деформации, причем равномерность формоизменения увеличивается и бочко-образность уменьшается.
Расчет диаметра заготовки проводят без учета бочкообразное™. Исходя из постоянства объема заготовки до и после осадки имеем (см. рис. 3.2):
F Н =F Н * загхл заг л поклл пок ’
ти£)2 лО2 Ju^3ar тт _	tj
“заг	“пок’
откуда Dn0K = D
V “пок
Практически удобнее замерять высоту и определять не Dn0K, ^пок*
Степень деформации при осадке (степень осадки) определяется выражением
g _ ^заг ~ ^пок _ TJ	TJ
п заг	п заг
Степень деформации при осадке может меняться от 0 до 1 (в пределе). Средняя степень деформации по диаметру при осадке меньше, чем по высоте.
Величину деформации при осадке определяют также отношением высоты заготовки к высоте поковки. Это отношение называют величиной осадки
„ _ л заг _ ^пок
4 Н Г>2
п пок Ь*заг
Основные правила осадки:
1.	Нагрев под осадку ведут до максимально допустимой температуры нагрева (для конструкционной углеродистой стали - 1200°С, для крупных слитков - 1250°С). Это обусловлено тем, что осадка является одной из самых тяжелых операций (максимальная сила в конце относительно большая). Если в технологическом процессе есть осадка, то машину-орудие подбирают по осадке. Нагрев должен быть равномерным, иначе (особенно для слитков) возможен увод в сторону менее качественной осевой зоны. Нагрев близок к перегреву, но процесс идет быстро, даются большие деформации и происходит быстрое охлаждение. Поэтому рост зерна мал.
2.	У исходной заготовки отношение —— не должно быть ^заг
больше 2,5:
Я ,аг <2,5.
^заг
jj
При больших отношениях —— возможен продольный из-^заг
гиб и такую заготовку трудно осаживать (рис. 3.4).
Рис. 3.4. Исправление прогиба при осадке
Искривление необходимо немедленно исправить (см. рис. 3.4). Нажимают на части торца заготовки со стороны выгнутости (см. рис. 3.4), а когда искривление исправлено, контактную площадь увеличивают до полного перекрытия всего торца. При очень длинных заготовках ис
правление искривления производится поперечной гибкой, когда заготовку кладут вдоль бойка и другим бойком ее выпрямляют.
3.	При осадке под молотом нужно учитывать, что чем выше заготовка, тем меньше будет рабочий ход молота, отсюда меньше энергия удара. Необходимо, чтобы оставалось больше 1/4 полного хода бабы.
4.	Для успешной осадки нужно, чтобы торцы заготовки были бы возможно более гладкими и перпендикулярными к ее оси. Чем выше заготовка, тем важнее соблюдение этого условия. Выравнивание торцов выполняют легкими ударами молота или легкими нажатиями пресса.
5.	Заготовку или слиток перед осадкой необходимо подкатать до цилиндрической формы.
6.	Для получения возможно меньшей бочкообразное™ применяют смазывание, а также подогрев бойков (или осадочных плит) или специальные прокладки по торцам из низкоуглеродистой стали.
7.	При осадке следует учитывать критические степени деформации, необходимо знать диаграммы рекристаллизации.
Выбор пресса и молота для осадки. Выбор пресса или молота для осадки имеет важное значение, так как при осадке требуются большие усилия, являющиеся максимальными за весь технологический процесс ковки.
Если пресс или молот оказывается достаточным для осадки, то тем более он оказывается достаточным для всех других операций технологического процесса ковки.
Выбор пресса производят по силе осадки, которую можно определить по формуле
P = PF№
где р - удельная сила осадки;
Люк = —~ средняя величина площади поперечного сечения поковки.
Удельную силу осадки можно определить по формуле Э. Зибеля:
D p = cs 1 + 0,17^^
Т^пок ,
МПа.
(1)
Здесь с 5 - напряжение текучести, т.е. истинное напряжение при линейном пластическом напряженном состоянии и при температурно-скоростных условиях деформирования, МПа.
При горячем деформировании вместо о s можно взять предел прочности с в при данной температуре, а скорость деформации можно учесть соответствующим коэффициентом Ж. Значения W для различных сталей при повышенных температурах даны в литературе [3].
При осадке крупных поковок потребные удельные силы оказываются значительно меньше, чем подсчитанные по вышеприведенным формулам. Это объясняется, главным образом, тем обстоятельством, что внутри крупных поковок температура оказывается выше, чем температура на поверхности, по которой устанавливают, величину ов. Это несоответствие было скорректировано так называемым масштабным коэффициентом Км:
Масса, т.....0,5 6,0 20 50 100
Км...........0,80 0,70 0,60 0,55 0,50
Учитывая изложенное, можно определить потребную силу пресса по следующей формуле:
л2
^^•10“6 МН, (2) 4
D
P = WKMcB 1 + 0,17^^ MB	TJ
П ПОК J
где £>пок и Нпок, мм; св - предел прочности при температуре осадки, МПа.
Пример. Определить силу гидравлического ковочного пресса, необходимую для осадки стальной заготовки с размерами
£)заг = 700 мм, Язаг = 1400 мм из слитка с массой 7 т. Осадку произвести до высоты Нпок - 500 мм (см. рис. 3.2). Температура окончания осадки равна 1100°С.
Предел прочности св = 40 МПа при t = 1100°С. Коэффициент Км равен 0,7 (см. выше). Коэффициент W можно принять равным 1 (W - 1 + 1,2 для гидравлических прессов).
Средний диаметр после осадки равен
£>пок = ^заг	= 0,7 J— = 1,18 м.
\НП0К ^0,5
Сила пресса по формуле (2)
(	1180
Р = 10,7-40 1 + 0,17—— 500
• 1080000 10‘6 =42,3 МН.
Выбираем пресс силой 50 МН.
Выбор молота для осадки определяют по необходимой работе деформации за последний удар. При предыдущих ударах контактная площадь и сопротивление деформированию будут меньше. Поэтому для предыдущих ударов масса падающих частей молота будет заведомо достаточна, если она достаточна для последнего удара.
Степень деформации за последний удар должна быть невелика (выбирают докритические степени деформации, Ек = 0,025...0,06), так как в противном случае будет слишком велика потребная масса падающих частей молота. Для работы деформации за последний удар можно использовать следующую формулу:
А = 10"3ре]СУзаг,
(3)
где А - работа деформации, кДж;
р - удельная сила в конечный момент, МПа; ек - степень деформации за последний удар; Узаг - объем заготовки, см3.
Величину р можно определить по формуле (1), причем необходимо учесть увеличение с в на величину скоростного коэффициента W. Для молотов W = 2,5...3. Величина А должна соответствовать энергии удара молота L, кДж, которая определится по формуле
L = —, П, где Ту- коэффициент полезного действия удара, равный примерно 0,8.
Энергию удара молота находят в следующей зависимости от массы падающих частей G, кг [4]:
L = 2,5-10‘3G.
Отсюда имеем, согласно формуле (3) и заменяя А через G, 2,5 10’3Gt]v = 103рекУзаг.
’	| у	* к Jal
Окончательно массу падающих частей молота с учетом W - 3 можно определить по следующей формуле:
G = 0,17oB
1 + 0,17^^ kv3ar кг. 7 у у	| к Jal
^*ПОК J
(4)
где £)пок и Япок - в мм; ств - предел прочности при температуре осадки, МПа; Ек - степень деформации за последний удар принимаем 0,025... 0,06 для крупных и мелких поковок; У3аг - объем заготовки, см3.
Для облегчения расчетов по выбору массы падающих частей молота применяют диаграммы (рис. 3.5), в которых массу падающих частей молота определяют по высоте Нпок и диаметру Z)n0K (осаженной заготовки или, соответственно, поковки). Такие диаграммы применимы для углеродистых и низколегированных сталей при обычных температурах осадки.
£>пок,ММ
800’
7001
600
ЗШ'| 400
300^ .	, -w__	, >,
1538
100	180	260

Рис. 3.5. Диаграмма для выбора массы падающих частей молота для ковки поковок типа шестерен (по данным УЗТМ): I - поковки, изготовляемые на гидравлических прессах
Пример. Определить массу падающих частей молота для осадки стальной заготовки (ов в холодном состоянии равно 400 МПа) с размерами D^r = 160 мм и Язаг = 300 мм. Осадку провести до высоты НПОК =100 мм. Температура начала осадки равна 1200°С, а температура окончания осадки 900°С.
Предел прочности ов = 22 МПа при t - 1200°C.
Средний диаметр после осадки равен
Люк = Лаг	= 160J— = 277 мм.
пок \ЯПОК V100
Объем заготовки равен
V
г заг
711 б2 30
4
= 6050 см3.
Величину ек определяем в пределах 0,025...0,06, причем для мелких поковок берут большие величины, а для крупных -меньшие. Принимаем ек = 0,03.
Масса падающих частей по формуле (4) равна
6 = 0,17-22
277
1 + 0,17---
100
0,03-6050 = 1000 кг.
Выбираем молот с массой падающих частей G = 1000 кг и с энергией удара L - 25 кДж.
Различные способы осадки. Существуют различные способы или разновидности осадки. Основными из них являются:
1.	Осадка на плоских бойках (плитах).
2.	Осадка с хвостовиком.
3.	Осадка в подкладных кольцах.
4.	Высадка.
5.	Осадка путем разгонки.
1.	Осадку на плоских бойках (плитах), без хвостовика (см. рис. 3.2) применяют для получения поковок типа дисков или заготовок под последующую прошивку.
Выше рассматривали этот способ осадки.
2.	Осадку с хвостовиком (рис. 3.6) применяют преимущественно для слитков, т.е. при изготовлении крупных поковок в тех случаях, когда после осадки следует протяжка. Такую осадку применяют для улучшения качества металла, для увеличения последующей уковки. Хвостовик или цапфу оттягивают при округлении граней слитка - биллетировке и при осадке вставляют
в отверстие нижней плиты.
Плиты имеют рабочий торец в виде вогнутой шаровой поверхности.
Хвостовик оттягивают со стороны прибыльной части слитка. Он служит впоследствии для захвата заготовки клещами манипулятора (рис. 3.7,а) или для удержания и кантовки слитка патроном при протяжке (рис. 3.7,6). В конце ковки он
Рис. 3.6. Схема осадки с хвостовиком УХОДИТ В ОТХОД.
Выпуклость торцов обеспечивает достаточное течение металла в средней части слитка при протяжке, чем устраняют брак по зажиму (торцовой утяжи-не) (рис. 3.8). Такой вид брака получается при ковке крупных
слитков, когда обжатия невелики и металл при протяжке течет больше в поверхностных слоях, чем в середине.
Рис. 3.7. Протяжка слитка после осадки с хвостовиком: а-с помощью манипулятора; б - с помощью патрона;
1 - бойки; 2 - слиток; 3 - клещи манипулятора; 4 - манипулятор;
5 - противовес; 6 - патрон; 7 - цепь кантователя
а)	б)
Рис. 3.8. Схема протяжки после осадки сферическими (а) и плоскими (б) плитами:
1 - небольшой концевой отход; 2 - большой отход по утяжине
3.	Осадку в подкладных кольцах (на плитах с отверстиями) (рис. 3.9) выполняют по двум вариантам. Первый вариант -осадка с предварительной оттяжкой хвостовиков, которые помещают затем в отверстиях нижних и верхних колец, и второй
вариант - с затеканием металла в отверстия колец в процессе осадки. Осадку в кольцах с затеканием металла применяют для получения изделий типа глухих шестерен, фланцев и дисков с бобышками, в тех случаях, когда высота бобышек сравнительно мала, так что оттяжка их затруднительна или нежелательна.
а)	б)
Рис. 3.9. Осадка в подкладных кольцах: а-с предварительно протянутыми бобышками; б - с затеканием металла в отверстия; 1 - бобышки предварительно протянуты
Угол конусности (наклон стенок отверстий) берут от 1°30' до 7°. Размеры заготовки выбирают такими, чтобы полностью произошло оформление бобышек.
При осадке в кольцах общая высота, как правило, уменьшается, поэтому заготовку выбирают с большей высотой.
Кольца делают со сквозными или с глухими отверстиями. Для фланцев с малой высотой бобышек кольца получаются излишне тонкими, непрочными. В этих случаях делают глухие подкладные кольца.
При осадке в кольцах слитков глухие кольца делают, когда высота бобышки меньше 350.. .400 мм.
Если необходимо получить одну бобышку, применяют одно подкладное кольцо глухое или сквозное, в зависимости от высоты бобышки.
При осадке в кольцах мелких заготовок из проката диаметр подкладных колец выбирают равным конечному диаметру фланца поковки с тем, чтобы после осадки можно было ликви-
дировать бочкообразность обкаткой, причем кольца служат ограничительными плитами.
4.	Высадку (рис. 3.10) осуществляют при почти тех же рекомендуемых соотношениях, что и осадку на плоских бойках.
уу
Например, выбирают соотношение - —< 3 во избежание ^заг
продольного изгиба. Ограничение деформации невысаживаемых участков заготовки осуществляют или при помощи инструмента или применением местного нагрева высаживаемой части.
Высадку выполняют чаще всего двумя способами: в «ниж-нике» и «романением».
При высадке в «нижнике» (в подкладном кольце) (рис. 3.10,а) заготовку берут с диаметром, равным диаметру отверстия (диаметру стержня поковки), или же, если заготовка выбрана большего диаметра, то невысаживаемую часть предварительно оттягивают. Последнее обычно делают для поковок с тонким хвостовиком при толстом фланце, когда длина высаживаемой части ЯВЬ1С при цилиндрической заготовке больше 3£>заг. Получается схема, аналогичная осадке в кольце.
Рис. 3.10. Схема высадки:
а - высадка концевой части заготовки в подкладном кольце; б - высадка длинных заготовок с помощью подвешенной болванки (1 - упор;
2 - бойки; 3 - высаживаемый участок; 4 - болванка «роман»)
Высадку «романением» (рис. 3.10,6) применяют, когда на длинных и тяжелых валах нужно получить фланец, а высадка в нижнике или кольце невозможна. Деформирование заготовки производят с помощью болванки («романа»), подвешенной к крану и раскачиваемой вручную. Нагрев заготовки местный. Процесс не очень удобен, и его применяют редко.
В настоящее время имеются гидравлические ковочные прессы, оборудованные дополнительным горизонтальным цилиндром, с помощью которого можно производить высадку (заменяет «роман»),
5.	Осадку путем разгонки (рис. 3.11) применяют для уменьшения высоты и увеличения диаметра уже осаженной заготовки.
Рис. 3.11. Осадка разгонкой: а —с помощью раскатки; б - бойками; в — узким бойком с вырезом
Осадка путем разгонки позволяет уменьшить высоту и увеличить диаметр осаженной заготовки при небольших погребных силах, что обеспечивается резким уменьшением контактной поверхности между инструментом и поковкой. Вначале заготовку осаживают на молоте или прессе до определенного диаметра, пока мощность машины оказывается достаточной, а затем производится осадка путем разгонки.
На рисунке 3.11,а показана осадка путем разгонки сравнительно небольших поковок. Для разгонки используют полукруглую раскатку 1, устанавливаемую по диаметру заготовки и поворачиваемую на определенный угол вокруг вертикальной оси после каждого нажатия. Поверхность заготовки получается волнистая, и для ее выглаживания пользуются плоскими раскатками, способ применения которых аналогичен полукруглым раскаткам.
Осадка путем разгонки полотна диска под молотом представлена на рис. 3.11,6. Роль раскатки выполняют бойки 2. Заготовку укладывают на нижний боек и на подставку 3 и после каждого удара поворачивают вокруг вертикальной оси.
На рисунке 3.11,в дана разгонка полотна крупного диска под прессом с помощью узкого бойка с вырезом под бобышку. Заго
товку устанавливают в подкладной плите с отверстием под бобышку. После каждого обжатия заготовку с подкладной плитой или узкий верхний боек поворачивают на определенный угол вокруг вертикальной оси.
Способ осадки путем разгонки по существу процесса деформирования относится к протяжке, но по результатам представляет собой осадку.
Отделочные операции после осадки. К ним относят обкатку по диаметру и правку торцов. Отделочные операции нужны для уменьшения припусков на обработку резанием. Значительная величина бочкообразности приводит к лишнему расходу металла, так как вся бочкообразность - это избыточный припуск.
Обкатку по диаметру (рис. 3.12,а) применяют для уничтожения бочкообразности заготовки и придания ей цилиндрической формы.
Обкатку осуществляют легкими ударами или нажатиями, вращая заготовку, установленную на ребро, вокруг оси. Лучшее качество дает обкатка с применением подкладок или обжимок (обжимка показана штрих-пунктиром, снизу вырез на бойке).
Правку торцов (рис. 3.12,6) применяют после обкатки, так как при обкатке дают легкие нажатия и толщина по краю диска увеличивается, а правка делает толщину одинаковой.
Правку торцов бойками применяют также в случае искривления тонкого диска.
Рис. 3.12. Отделка после осадки: а - обкатка по диаметру; б - правка торцов (слева - бойками; справа - плоской раскаткой)
Инструмент для осадки. Основными инструментами для осадки и ее разновидностей являются бойки, осадочные плиты и кольца. Бойки являются также главным инструментом при протяжке и при других операциях и будут рассмотрены в параграфе о протяжке.
Осадочные плиты применяют только на прессах (рис. 3.13). Их делают коваными и литыми. Верхняя плоская осадочная плита показана на рис. 3.13,а, а нижняя на рис. 3.13,6. Верхняя и нижняя сферические плиты для осадки с хвостовиком крупных слитков показаны на рис. 3.13,в,г.
рсф=2000...6000 рсф=2000...6000 г)
д)
Рис. 3.13. Осадочные плиты
б)
Рис. 3.14. Кольцо для осадки под молотом (а) и под прессом (б)
На рисунке 3.13,д представлена нижняя высокая осадочная плита с отверстием для осадки мелких слитков. Плита снабжена рычагами для кантовки на 90°.
Кольца для осадки применяют как при ковке на молотах (рис. 3.14,а), так и при ковке на прессах (рис. 3.14,6).
Нижние плиты бывают низкие и высокие. В этих плитах делают отверстия под хвостовик (оттянутый) слитка.
3.3. Протяжка
Протяжкой называют формоизменяющую операцию, при которой увеличивают длину исходной заготовки при одновременном уменьшении площади ее поперечного сечения (рис. 3.15).
Рис. 3.15. Схема протяжки на плоских бойках
Операция протяжки с ее разнообразными вариантами и вспомогательными операциями является основной формоизменяющей операцией по изготовлению гладких и ступенчатых валов, коленчатых валов и фасонных поковок типа шатунов.
Протяжка занимает 60...70% всего времени работы при ковке. Протяжку всегда осуществляют по частям, деформируют одновременно только отдельные участки заготовки в известной последовательности, причем бойки не перекрывают целиком заготовку. Протяжку на плоских бойках производят двумя способами.
Первый способ - протяжка заготовки с одной стороны на
длину участка, затем кантовка на 90° и протяжка с другой стороны (рис. 3.16,а). После этого производится подача, т.е. продольное передвижение и протяжка следующего участка исходной заготовки или без подачи повторяется протяжка (обжатие) первого участка. Этот способ широко применяют при протяжке крупных поковок.
б)
Рис. 3.16. Протяжка с кантовкой (а) и с кантовкой на четыре грани (б)
Второй способ (рис. 3.16,6) заключается в обжатии участков на каждой стороне заготовки с кантовкой на 90° после каждого нажатия. После этого дается подача и обжимается следующий участок заготовки. Второй способ применяют при протяжке заготовок из легированной стали и сплавов с пониженной пластичностью.
Кроме этого, можно производить протяжку с круга на круг, с постоянными обжатиями, с поворотом на малые углы по кругу, а затем подача и т.д.
Формоизменение при протяжке на плоских бойках (см. рис. 3.15). При протяжке за каждое нажатие происходит уменьшение высоты заготовки на величину АН = Нп_ х - Нп. Степень деформации по высоте называют относительным обжатием
_ Hn t - Нп_ АН
Степень деформации по ширине уширением
(5)
Нп-Г
называют относительным
_ ВП-1 ” Вп
Е/, ~----------
Вп-1
ав
Вп-1
(6)
Относительным удлинением называют степень деформации по длине
Ln-Y Ln-X
Здесь в качестве L„ можно брать или длину всей заготовки или любое расстояние между краями зоны, которая может получать пластическую деформацию при данном нажатии.
Деформация удлинения (точки 1 и 2, рис. 3.15, 3.17,а) происходит в течении металла в обе стороны. Первоначальная точка касания бойка 2 отходит от бойка в точку 2'. Переход этот плавный, так как заготовка отходит от бойка все время, а толщина уменьшается постепенно. Точка 1 перемещается вдоль плоскости бойка вперед, в точку Г .
При каждом нажатии бойком заготовка получает удлинение
*L = L^-Ln.
Объем деформируемого металла остается постоянным. Величиной АН обычно задаются, а АВ и AL получаются в зависимости от условий деформирования. Так как часть металла идет в длину, то пло
Рис. 3.17. Формоизменение при протяжке на плоских бойках: а - удлинение заготовки; б - изменение
щадь поперечного сечения поперечного сечения заготовки;
уменьшается. Обжав один уча-	1 и 2 “ гРаничные’точки элемента
до деформации; 1 и 2 - после протяжки сток, подают для обжима сле-
дующий и т.д. В результате за-
готовка получает одинаковую по всей длине толщину (высоту) Нп, при приблизительно одинаковой конечной ширине заготовки Вп, при возросшей общей длине Ln. Общее приращение длины
равно сумме приращений длин за каждое нажатие ALo6uj = nAL,
где п - число нажатий при постоянной подаче Ln_\. Сумму определенного числа нажатий без поворота заготовки вокруг ее оси называют проходом (пропуском, обжимом). Если заготовку повернуть на 90° вокруг горизонтальной оси, или кантовать, и выпол
нить проход, то уширение, полученное в предыдущем проходе, снимается, а длина заготовки будет снова увеличиваться. Два прохода (два обжима) с кантовкой между ними называют переходом. Отношение ширины к толщине после прохода (обжима) В
называют коэффициентом перехода ф = ——. Коэффициент ф за-Нп
висит от ей. Следует назначать такие величины ел , чтобы в случае надобности последующей кантовки коэффициент ф не превышал 2,0...2,5 во избежание возможного изгиба сечения (ана-
логично изгибу при осадке, —— >3).
^заг
Заготовка с исходными длиной Lq и площадью поперечного сечения So ($0 =Hn-i'Bn-i) после первого обжима (прохода) получает размеры Ц и Si или после ряда переходов конечные размеры Lk и Sk.
На каждом проходе (обжиме) получают так называемую уковку, т.е. степень протяжки или изменения площади поперечного сечения. Уковка равна
с
y„=VL-	(8)
Общая уковка (полная степень протяжки) равна
За несколько проходов уковка равна произведению уковок за каждый проход
У = УгУ2 -Ук-	(10)
Это легко доказывается, так как
5о _ 50 Sk_j
Sk Si s2 - sk •
Таким образом, для того чтобы знать число проходов или переходов, необходимых для заданного уменьшения площади поперечного сечения или же для заданного увеличения длины заготовки, нужно знать, какая получится уковка за каждый проход или переход. Зная уковку на каждом проходе и зная исходные для данного перехода размеры заготовки, можно определить все размеры заготовки после данного перехода. Исходные размеры - Нп_ъ Bn_i, Sn_i, Ln_i, конечные размеры - после прохода
S	S
Нп, Вп, Sn, Ln. Если известна уковка уп, то Sn Вп ~—п~, Уп	Нп
^п = Уп' Ln-1 •
Величина уковки за данный проход зависит от геометрических размеров заготовки и, в частности, от относительных раз-
Bfi—1	«	Вц—х
меров сечения заготовки ——относительной подачи , ве-
НП- 1	Вп-1
(И)
личины относительного обжатия---и условии трения.
Нп-1
Уковку можно выразить через относительное обжатие, используя коэффициент интенсивности уширения f. Представим, что квадрат переходит в прямоугольник (рис. 3.17,6), тогда S2 -общая площадь, a Si переходит частично на образование площади 53 и частично идет в длину. Коэффициент/равен
51
Коэффициент/показывает, какая часть площади Sb идущей совместно на уширение и удлинение, приходится только на уширение заготовки. Имеем
(Вп- Bn.i)Hn=f(Hn.i- нп)вп.1.
Коэффициент / меньше единицы. Если нет удлинения, то /= 1, если нет уширения и весь металл идет в длину, то/= 0.
Коэффициент/может быть определен экспериментально. Вместе с тем, через коэффициент/можно выразить уковку у. Имеем:
НпВп ’ Вп- 1Нп = fHn. ]Вп_ х - fHnBn_ j;
Sn  Вп. ]Нп - fSn.! - fHnBn.!;
5Л-1^(1"/) + ^1 = 5лЧ (1-/)
(12)
Нп
= 5„_1(1-еА+еА/) = 5„_1[1-Бл(1-/)];
= Sn_i =	1
У Sn 1-ей(1-/)’
Из формулы (12) следует, что если коэффициент/постоянен в процессе нажатия, то уковка увеличивается с ростом относительного обжатия, и, наоборот, при постоянном относительном
обжатии уковка возрастает с уменьшением коэффициента f, дос-
. п 1
тигая максимума при/ = 0, у =-, когда уширения нет.
1-еА
Рассмотрим, от чего может зависеть коэффициент/при данном относительном обжатии. Соотношение между относительным удлинением и относительным уширением определяет значение коэффициента/при заданном относительном обжатии, т.е.
/ = еА)
Ч
Коэффициент/= 0 при хь = 0 (уширения нет, весь избыток металла течет в длину) и максимальное значение имеет коэффициент/= 1 при отсутствии удлинения, когда
ч - Eh
1-е„
На соотношение между относительным удлинением и относительным уширением влияет, главным образом, от-
_____	—1 носительная подача \|/ = —,
Вп-1 так как отношение размеров подачи и ширины заготовки
определяет отношение сил трения т, действующих в направлении длины и ширины заготовки (рис. 3.18).
Кроме сил трения, на соотношение между удлинением и уширением оказывает влияние связь деформируемых участков с недеформируемыми или отношение размеров поперечною сече
ния
Я„1
Вп-1
Эта связь, в частности, влияет на форму заготовки в
плане при протяжке, которая после прохода имеет неравномерную волнистую ширину.
Значения коэффициента / в зависимости от значений относительной подачи и соотношения размеров исходной заготовки по В.Г. Березкину представлены в табл. 3.1.
Таблица 3.1
Значения коэффициента f в зависимости от у = ——
	0,5	0,7	1,0	1,6	2,0	3,0
1 2	0,19 0,22	0,27 0,26	0,37 0,31	0,54 0,41	0,58 0,47	0,7 0,58
Примечание. Значения f найдены при 8^ =0,1 4-0,5.						
Величина уковки при заданной относительной подаче и относительном обжатии может быть определена исходя из табличных значений коэффициента/, непосредственно по формуле (12).
Использование коэффициента/в зависимости только от значения относительной подачи одинаковым для всех значений относительного обжатия не совсем верно, так как фактическое отношение между длиной и шириной контактной площади в процессе деформирования меняется. Поэтому изменяется и отношение между относительным удлинением и относительным уширением, величина которого определяет значение коэффициента/, который также будет меняться. Однако для случаев протяжки, когда подача меньше ширины бойка, как это обычно и бывает, а также при сравнительно небольших значениях относительного обжатия, обычно применяемых на практике, можно принимать одинаковые значения/для разных относительных обжатий.
При протяжке с подачей, меньшей ширины бойка, вместе с увеличением ширины контактной площади идет увеличение длины контактной площади за счет удлинения, что уменьшает различие в соотношении этих размеров в процессе деформирования.
Из рассмотренных данных в табл. 3.1 можно установить:
1. Более интенсивную протяжку, дающую при том же относительном обжатии большую уковку, большее уменьшение площади поперечного сечения, обеспечивает протяжка с меньшими относительными подачами.
2. В тех случаях, когда нужно получить большее уширение, нужно использовать большую подачу.
Однако существуют пределы минимальной подачи, определяемые, во-первых, необходимостью обеспечить хорошее каче
ство поковки и, во-вторых, иметь наименьшее суммарное число нажатий для получения заданной уковки, чему соответствует минимальное время на протяжку. Первое требование обусловлено тем, что при излишне малой подаче (в зависимости от относительного обжатия) могут получиться зажимы, вследствие чего
относительные подачи < 0,5...0,7 для мелких и средних Вп-1
поковок не рекомендуются (рис. 3.19). Для крупных поковок, когда желательно «проработать» поверхность, \|/ = 0,2...0,3. Второе условие определяется тем, что при подаче, стремящейся к нулю, несмотря на малое уширение, число нажатий стремится к бесконечности, в то время как при излишне большой подаче удлинение стремится к нулю, что тоже вызывает стремление числа нажатий (кантовок) к бесконечности. Оптимальные подачи \|/ в этом случае равны 1. При этом/обычно равен 0,3... 0,4, а коэффициент перехода (р принимают равным 2,0.
Рис. 3.19. Схема образования зажима
Рис. 3.20. Получение квадратного поперечного сечения из прямоугольного
Пример. Получение квадратного сечения из прямоугольного при протяжке за один проход.
Имеем Sn-Sk = В^, Sn-i=Bn-iHn-i’ причем предполагаем (рис. 3.20), что прямоугольное сечение получено предварительным обжатием и произведена кантовка.
Рассмотрим вначале некоторые условия для получения квадратного сечения из прямоугольного. Так как имеется какая-то уковка, то площадь поперечного сечения прямоугольной заготовки должна быть больше площади сечения квадратной заготовки. Ввиду наличия уширения меньшая сторона прямоугольника должна быть меньше стороны квадрата. Коэффициент ф должен быть меньше 2,5 (лучше, если ф = 2), чтобы не было поперечного изгиба. Кроме этого, относительное обжатие ей не должно быть больше 0,5, а относительная подача ф не должна быть меньше 0,5, что необходимо для получения качественной поковки, без зажимов.
Нам известно исходное сечение прямоугольника и конечное сечение квадрата, т.е. уковка задана:
Sn 1 Вп .Н . __ и—1   П—1 П—1 7Г"
В
Замечаем, что ф - Я-1 или Вп_ х = Нп_ t ф, и учитывая, что Нп-1
в , — В	в„
в данном случае еА=——----------находим —- = 1-Eh, а
Bn-i	Вп. i
1 В„ В^	1	„
— =----------= ” , то у =----------Т—. С другой стороны,
Уп Bn_iHn_i Вп.}	(1 —Е^^ф
уковка определяется через относительное обжатие и коэффици-ент/согласно формуле (12):
1
Уп _1-еА(1-у)*
Решая это уравнение относительно/, имеем
, = 1~УН + УА у„ЕА
Зададимся значениями квадрата Вп-Нп- 100 мм и прямоугольника Вп_! - 150 мм и Нп_! - 75 мм. Получим
160-80
100
= 1,28;
160- 100
еь ------------ 0,375;
h 160
1-	1,28 н 1,28 0,375 = 0,195 t
1,28-0,375	" 0,475 “ ’
Так как (р = 2, то по табл. 3.1 выбираем при/= 0,41	- 1,6.
Абсолютная подача будет равна £„_i - Вп] др = 80-1,6 = 128 мм.
Аналогично может быть решена обратная задача получения заданного прямоугольного сечения из исходного квадратного сечения.
Протяжка в вырезных бойках. На плоских бойках можно получить заготовку круглого сечения. Для этого сначала выполняют протяжку на квадрат приблизительно равновеликий требуемому кругу (немного больше). Затем, производя обжим по диагонали, закругляют (сбивают) углы. Полученный таким образом восьмигранник закатывают на круг. Однако этот способ применяют лишь для пластичных материалов (например, низкоуглеродистая сталь). Кроме этого, сечение заготовки будет не круглое, а многогранное.
Для быстрого получения поковок круглого сечения из квадратного, а также для протяжки с круга на круг используют вырезные бойки (рис. 3.21,6). В вырезных бойках получают более
Рис. 3.21. Застойные зоны (заштрихованы) при протяжке на плоских (а) и вырезных (б) бойках
точную цилиндрическую форму заготовки. Вырезные бойки широко применяют при первоначальном обжиме слитков, так как в этом случае обеспечивается лучшее течение металла с меньшими остаточными напряжениями. Силы направлены с четырех сторон к осевой линии заготовки, что дает более равномерное течение в длину (рис. 3.21,6).
В вырезных бойках 7?s (см. рис. 3.21,6) желательно иметь ( D У
равным радиусу поковки Rs = ™к . Для каждого вырезного бойка имеется определенный максимальный диаметр исходной начальной заготовки Озаг и минимальный диаметр поковки (конечный) DnOK, при котором возможна протяжка в данных бойках:
А = £)покн 50, Я =
При большой разнице между D™* и сразу нельзя отковать готовое изделие - ступенчатый вал в одних вырезных бойках и приходится ковать в нескольких бойках. Часто выполняют протяжку одним плоским и одним вырезным бойком. В этом случае принимают Н = Dn0K.
Деформирование на плоских и вырезных бойках существенно различают одно от другого.
В первом случае (рис. 3.21,а) в центре (особенно при протяжке с круга на круг) могут возникнуть значительные растягивающие напряжения, которые приводят к образованию осевых трещин.
Протяжка в вырезных бойках (см. рис. 3.21,6) обеспечивает устранение возможности образования осевых трещин, так как отсутствует интенсивное течение металла в стороны. Так ведут ковку вагонных осей из проката. Ковку слитков, когда сечение слишком велико для данного пресса или металл недостаточно пластичен вследствие остывания, на вырезных бойках можно осуществить, в то время как на плоских бойках протяжка уже невозможна.
Протяжка в вырезных бойках проходит более интенсивно, с большими подачами и большей уковкой за каждое обжатие, чем протяжка на плоских бойках. Производительность протяжки в вырезных бойках выше на 20.. .40%, чем на плоских бойках.
Основные правила протяжки
1.	При первоначальной протяжке слитков (биллетировке) дают небольшие обжатия (20...60 мм на размер) во избежание образования трещин вследствие поверхностных и подкорковых
дефектов слитка. При отсутствии в слитках подкорковых дефектов обжатия можно увеличить.
2.	При последующих обжатиях слитков степень деформации должна быть больше (15...20% высоты заготовки), что необходимо для более равномерной деформации по сечению слитка и получения мелкого и однородного зерна в поковке. Для легированных сталей и сплавов следует пользоваться диаграммами рекристаллизации для выбора степени деформации.
3.	Относительные подачи следует принимать в пределах 0,5<\р <1. Границы подач следует смещать после каждого прохода. Во избежание продольного изгиба отношение высоты заготовки к ширине (коэффициент перехода <р) не должно превышать 2... 2,5.
4.	Протяжку длинных заготовок и слитков ведут от середины к концам, что уменьшает брак по торцовой утяжине и для слитков предотвращает затягивание усадочной прибыльной раковины внутрь поковки.
5.	Подачу крупных заготовок ведут от себя, т.е. по направлению к рабочему месту кузнеца, что облегчает удержание поковки. Подачу мелких и легких заготовок (при работе без крана) ведут на себя.
6.	Для повышения производительности (интенсивности) про тяжки при ковке длинных цилиндрических поковок рекомендуется применять вырезные бойки, которые дают повышение производительности на 20.. .40%.
Выбор пресса и молота для протяжки. Протяжка отличаются от осадки, хотя каждое нажатие при протяжке можно рассматривать как местную осадку. Различие заключается в том, что бойки не полностью перекрывают заготовку. Кроме того, при протяжке сечение уменьшается, а контактная площадь по мере обжатия возрастает менее интенсивно, чем при осадке, так как часть металла выплывает из-под бойков. Поэтому сила в начале обжатия и в конце будет меняться незначительно, а при первом проходе сила будет максимальной.
Выбор оборудования для протяжки получают расчетом или по таблицам и диаграммам.
Силу пресса для протяжки рассчитывают по следующей формуле [3]:
P = WMVd,
1 + 0,17^
10"5 МН,
(13)
В„ ,£
где W - скоростной коэффициент (IV = 1...1,2 для гидравлических прессов); v - коэффициент, учитывающий увеличение удельной силы за счет изменения формы бойков (для плоских бойков v = 1; для вырезных v = 1,25); Км - масштабный коэффициент; о в - предел прочности материала поковки при температуре протяжки, МПа; Hn_i и Вп_} - исходные размеры заготовки, мм (см. рис. 3.15).
При протяжке круглой заготовки в круглых вырезных бойках принимают Я„_1 = 5n_i = Язаг, где Язаг - диаметр заготовки, мм.
Для облегчения расчетов используют таблицы, в которых силу пресса определяют в зависимости от диаметра исходного слитка [3].
Имеются также диаграммы по выбору силы пресса в зависимости от ряда параметров протяжки.
Молот для протяжки выбирают по следующей формуле, полученной аналогично формуле (4) для осадки:
G = 0,17 106voB 1 + 0,17
Ln-1
Нп-1
вЯ^В^^Ю"1 кг, (14)
где V - коэффициент, учитывающий форму бойков (для плоских v = l; для вырезных v = l,25); <5В - предел прочности при температуре протяжки, МПа; НпЬ Вп_\ и - размер заготовки, см; е < 0,3 (выше критической, принимается за 1 удар).
Для определения массы падающих частей молота для протяжки используют таблицы и диаграммы [3]. Пример диаграммы показан на рис. 3.22.
Основными способами протяжки являются:
1. Протяжка на плоских и вырезных бойках. 2. Протяжка с оправкой. 3. Раскатка на оправке. 4. Расплющивание.
Рис. 3.22. Диаграмма для выбора массы падающих частей молота при ковке валов с уступами: 1 - поковки, изготовляемые на гидравлических прессах;
1 т, 2 т, 3 т, 5 т - масса падающих частей молота
Рис. 3.23. Схема протяжки с оправкой: 1 - бурт оправки; 2 - заготовка;
3 - боек; 4 - поковка; 5 - оправка
Протяжку на плоских и вырезных бойках (см. рис. 3.15 и 3.48,6) применяют для получения поковок типа гладких и ступенчатых, круглых и квадратных валов и брусков. Выше рассматривался данный способ протяжки.
Протяжку с оправкой (рис. 3.23) применяют при ковке полых поковок типа цилиндров и труб.
Протяжка с оправкой служит для увеличения длины полой заготовки за счет уменьшения ее поперечного сечения, причем последнее уменьшается за счет уменьшения наружного диаметра заготовки при
почти неизмененном внутреннем диаметре. Заготовка, идущая на эту операцию, обязательно должна быть со сквозным отверстием вдоль оси (безразлично, каким путем оно получено: прошивкой или сверлением и расточкой на станке), в которое вставляют оправку. Оправка представляет собой конический стержень, наружный диаметр которого
равен внутреннему диаметру поковки. Внутренний диаметр заготовки берут немного больше диаметра оправки, что необходимо для удобства ввода оправки в отверстие. Протяжку выполняют обычным способом, не обращая внимания на оправку, которая является как бы жестким недеформируемым стержнем. Нижний боек должен быть вырезным, иначе правильного и точ
ного внутреннего диаметра поковки не получится. При протяжке под плоскими бойками (рис. 3.24) есть две зоны деформирования и нет боковых, подпирающих сил, в результате чего при каждом нажатии заготовка 3 становится овальной и отверстие получается большего диаметра, чем диаметр оправки 1 и неправильной формы (2 - направление течения металла).
При протяжке в вырезных
бойках внутренний диаметр за-	------i~—•—.
готовки становится равным	I
диаметру оправки и заготовка	*
плотно охватывает оправку.	\ZZZ3JS
Чтобы облегчить снятие
поковки с оправки, на послед-ней кромке конусности делает-ся бурт, в который упирается	“
один конец заготовки
(см. рис. 3.23), а сам процесс	------------
ковки проводят с конца заго-
Рис. 3.24. Протяжка с оправкой
ТОВКИ, ПРОТИВОПОЛОЖНОГО бур-	г г -
на плоских бойках ту. При первых обжатиях заго-
товка плотно обжимает оправку. Однако когда обжимают следующие участки, то бойки по ширине не охватывают уже обжатого концевого участка заготовки, который стаскивается с оправки вправо, так как слева заготовка упирается в бурт, и между отверстиями этого участка и оправкой, ввиду конусности оправки, образуется зазор.
Таким образом, при большой длине заготовки только незначительная часть ее, прилегающая к бурту, плотно сидит на оправке, а на остальной части имеется зазор, что облегчает выемку оправки из поковки. В процессе ковки необходимо следить за оправкой, не допуская дефектов на ее поверхности и искривления оправки. Для охлаждения оправки по ее оси делают отверстие, в которое подают воду. Вынимают оправку тотчас после ковки.
Начальными размерами являются (см. рис. 3.23) D^T, d^, а конечными DmK, dmK, Ln0K, причем диаметр оправки d0 равен Jn0K.
Уковку определяют формуле
г<	гч2  12	J
v _ ^заг _ ^заг дзаг _ ^пок Лп с	л2 -Л2	Л
°пок ь'пок “пок заг
Силу при протяжке с оправкой можно определить по формуле (14). При этом v = 1,25, так как протяжка идет по крайней мере с одним вырезным бойком.
Раскатку на оправке (рис. 3.25) применяют при ковке относительно коротких полых поковок типа колец и обечаек.
Рис. 3.25. Схема раскатки на оправке (а), раскатка обычным бойком (б) и бойком-лягушкой (в)
При раскатке (раздаче) на оправке нижний боек отсутствует, его заменяет цилиндрическая оправка, опирающаяся на подставки. Боек делают узким и длинным и располагают длинной стороной параллельно оправке, причем желательно, чтобы длина бойка перекрывала всю длину поковки (ширину кольца). В длину поковка растет тем меньше, чем больше ее начальная длина. Ковку ведут с вращательной подачей заготовки 1 (в тангенциальном направлении).
После каждого обжатия оправку вращают и она увлекает за собой заготовку силой трения. Заданные размеры кольца 2 получают путем ряда оборотов заготовки. Относительное обжатие при каждом обороте составляет часть полного требующегося обжатия
с _ ^заг ” ^пок ? • Опок
Диаметр оправки подбирают по нормалям с учетом внутренних диаметров поковки и прошитой перед раскаткой заготовки.
Кроме этого, еще учитывают толщину стенки кольца и его ширину (длину), материал поковки и оправки.
При ковке крупных поковок применяют оправки диаметром 300 мм до внутреннего диаметра поковки примерно 900 мм, а для поковок с большим внутренним диаметром диаметр оправок берут 800 мм. Для выбора диаметра оправки используют также диаграммы.
При раскатке на оправке важно знать, на сколько увеличивается длина заготовки, чтобы попасть в размер. Для крупных поковок при ковке на прессах на Уралмашзаводе опытным путем были установлены эти величины и получены диаграммы, где по 2^
ширине (высоте) поковки Япок можно найти —— и затем Нзат.
^пок
При ковке на молотах рекомендуют определять ширину (высоту) кольцевой заготовки перед раскаткой с учетом коэффициента уширения К по диаграмме, показанной на рис. 3.26. Тогда ^заг — -^®пок"
Для крупных поковок с большим внутренним диаметром две операции - протяжку с оправкой и раздачу на оправке - часто комбинируют, совмещая в одном техпроцессе. Так, для получения длинных поковок большого диаметра применяют предварительную раздачу на оправке, доводя внутренний диаметр до требуемого размера и уничтожая бочкообразность, а затем протяжкой с оправкой увеличивают длину (ширину) до заданных размеров, одновременно калибруя внутреннее отверстие по оправке.
Рис. 3.26. Диаграмма для определения
высоты заготовки перед раскаткой на молотах (УЗТМ): 1 - НпоЛ?пок > 0,3; 2 - HnoJDnoK < 0,3;
I - эскиз заготовки перед раскаткой; II - эскиз поковки (К — коэффициент уширения)
Раздача на оправке по существу совершенно идентична протяжке полосы без кантовки с малой подачей, а следовательно, и с малым уширением.
Уковку при раздаче на оправке определяют как отношение площадей продольных сечений полой заготовки и поковки, равные отношению среднего диаметра поковки к среднему диаметру заготовки:
_ _ ‘S'заг _ ^заг^заг _ ^пок.ср У с TJ 5 т\ ’
°пок лпокизаг ^заг.ср
где *§заГ? ^заг, ^заг И ^загср чальные площадь продольного сечения, высота, толщина стенки и средний диаметр заготовки;
^пок, ^пок> ^пок и Опок. Ср — соответствующие конечные раз-
меры поковки.
Пресс и молот для раскатки можно выбирать по диаграммам [3].
Разгонка (рис. 3.27) служит для получения большей площади поверхности поковки при небольшой ее толщине. Разгонкой (уширением) получают раздачу металла в ширину при малом удлинении. Разгонку обычно ведут широкими бойками с большими подачами.
Для увеличения уширения применяют раскатки. Ось раскатки устанавливают параллельно оси заготовки. Так как удлинение все же имеет место, то площадь поперечного сечения исходной квадратной заготовки должна быть несколько больше площади поперечного сечения полученной поковки прямоугольного сечения.
Передачу используют при ковке поковок с односторонними выступами, например, поковок коленчатых валов (рис. 3.28).
Рис. 3.28. Схемы выполнения передачи:
а - в одной плоскости; б - в двух плоскостях; 1 - пережим под передачу;
2 - сдвиг нижнего бойка; 3 - результат передачи; 4 - цепь крана или подставка из нескольких частей, удаляемых в процессе передачи
Передачей одну часть металла заготовки сдвигают относительно другой при сохранении параллельности их осей. При этом металл деформируют только на ограниченном участке.
При передаче происходит утяжка металла в местах предварительного пережима, для компенсации которой приходится увеличивать соответствующую высоту заготовки на 25% от размера поковки. После передачи избыточный металл разгоняют раскаткой, что обеспечивает получение небольшого радиуса закругления в месте утяжки.
После передачи обязательна правка.
Вспомогательные операции при протяжке. При протяжке поковок валов с уступами и выемками применяют операции -наметку и пережим.
Наметку (засечку) применяют для точного распределения металла между отдельными частями поковки.
По предварительно размеченным местам устанавливают круглую раскатку небольшого диаметра, по которой наносят легкий удар и выполняют нажатие бойка, раскатку вдавливают в металл, где образуется углубление называемое наметкой.
Пережим (перебивку) используют для увеличения наметки до высоты уступа или глубины углубления.
Инструментом служат пережимки, профиль которых выбирают в соответствии с формой уступов. Схемы получения уступов и выемок показаны на рис. 3.29.
Рис. 3.29. Схема пережима:
а - круглой раскаткой; б - двухсторонней треугольной пережимкой;
в - односторонней треугольной пережимкой; гид- фасонными пережимками
Двухсторонние уступы и выемки получают с помощью бойков (рис. 3.30,а). При длине пережатого участка менее ширины бойка используют раскатки (рис. 3.30,6).
Для получения односторонних уступов используют раскатки (рис. 3.30,в) или нижний боек поворачивают на 90° и заготовку кладут вдоль его длины (рис. 3.30,г).
Рис. 3.30. Схема получения уступов и выемок:
а — протяжка концевого участка; б - протяжка выемки; в — протяжка односторонней выемки; г — протяжка одностороннего конца участка
Пережим круглой заготовки делают с помощью раскатки 2 с выкружкой (рис. 3.31), а заготовку в это время укладывают в обжимку 1. Поворачивая заготовку вокруг оси, постепенно получают кольцевой пережим.
Около места пережима получается утяжка, для компенсации которой размеры поперечного сечения увеличивают на 25...50 мм по сравнению с номинальными.
Рис. 3.31. Схема пережима круглой заготовки
Отделочные операции после протяжки. К ним относят проглаживание и правку заготовок.
Проглаживанием (шлихтовка) достигают гладкой поверхности поковки, доводя ее размеры до установленных допусками. Проглаживание представляет собой протяжку с небольшой степенью деформации при большой подаче, причем обычно длинные стороны бойков должны совпадать с осью поковки.
Правка (рис. 3.32) служит для выпрямления изогнутых поковок и по существу является операцией гибки.
Рис. 3.32. Правка поковок:
а —с помощью крана; б - с подкладками; 1 - к крану
Инструмент и приспособления для протяжки. Инструментами для протяжки и ее разновидностей являются бойки, оправки, раскатки и пережимки.
Бойки для молотов и прессов имеют различную конструкцию. Цельные бойки для паровоздушных молотов показаны на рис. 3.33. Их выбирают в зависимости от массы падающих частей молота. Они имеют ширину а - 200...400мм при длине I - 350... 1000 мм (верхний боек несколько меньше). Размеры b и hi примерно равны 1,5а (нижний боек имеет несколько меньший размер hi). Радиус скругления рабочей кромки равен 0,1а. Для молотов применяют нижние бойки с быстросъемной рабочей частью с вырезом (по типу вырезного бойка). Плоские бойки ковочных прессов имеют размеры а и Z в зависимости от силы пресса в пределах а - 220...И50 мм и I - 650...3500 мм. Радиус скругления рабочей кромки составляет примерно 0,1а.
Рис. 3.33. Бойки для молотов: а - верхний; б - нижний; в — нижний вырезной
На рисунке 3.34 показаны корпуса и вкладыши нижних составных бойков. В корпус 1 вставляют рабочие вставки 2, которые крепят штырями 3 и 4.
При протяжке с оправкой используют удлиненные оправки. Удлиненная оправка (рис. 3.35,а) применяется при ковке с кантователем. Размеры рабочей части Zi, D и D\. Размер D колеблется от 220 до 900 мм. Размер D\ = D = 40...60 мм,
12 3
а)	б)
Рис. 3.34. Составные бойки, применяемые для ковки на гидравлических прессах: а — вырезной со сменными вкладышами; б - плоский
причем чем больше длина 1\, тем больше разница между D\ и D. Размер Zi равен 6000, 5000 и 4000 мм. Общая длина L примерно равна l,5Zi.
При раскатке на оправке применяют гладкие (в виде вала) или одноступенчатые оправки. Одноступенчатая оправка показана на рис. 3.35,6. Такую оправку используют при вращении
манипулятором или кантователем, в последнем случае длины L и I увеличивают. Рабочий диаметр оправки d = 160...500 мм, а длина I = 800...2000 мм;
длина L примерно равна 2Z.
При вспомогательных операциях используют различные пережимки. Круглые и треугольные пережимки при ковке на молотах показаны на рис. 3.36. Диаметр d рабочей части круглой пережимки равен 30... 100 мм, а ее длина Zi = 200...400 мм.
Сторона а рабочей части треугольной пережимки составляет 20... 100 мм при длине Ц = 125.. .400 мм.
Для ковки на прессах используют круглые пережимки такой же формы, как и для ковки на молотах, однако размеры рабочей части соответственно составляют d = 55... 110 мм и Zi = 630... 1250 мм.
Рис. 3.36. Круглая (а) и треугольная (б) пережимки
Треугольная пережимка при ковке на прессах имеет два ва
рианта исполнения (левое и правое). При левом исполнении ус
туп выполняют слева от рабочего, накладывающего пережимку
на заготовку, а при правом исполнении - справа от рабочего.
Рис. 3.37. Патрон
Патроны и стойки для раскатки служат в качестве вспомогательных инструментов и приспособлений при протяжке.
С помощью патронов (рис. 3.37) выполняют манипулирование
слитком при протяжке. Длина головки патрона L - 2000... 2800 мм. Общая длина с противовесом < 11500 мм, а внутренний диаметр головки патрона D - 300...800мм. При использовании патрона на слитке предварительно протягивают хвостовик с диаметром, немного меньшим D.
При работе с клещевым патроном (рис. 3.38) хвостовик не оттягивают, а слиток удерживают за прибыльную часть.
Рис. 3.38. Клещевой патрон:
1 - верхняя губка (подвижная);
2 - планка; 3 - выступ на штанге, под который закладывают планку;
4 - рычаг для открытия патрона;
5 - штанга-противовес;
6 - ось подвижной губки;
7 - нижняя (неподвижная) губка
Стойки для раскатки на оправке под прессом делают сборными или литыми цельными (рис. 3.39). На молоте применяют стойки откидные и спаренные цельные (см. рис. 3.39,в).
Рис. 3.39. Стойки для раскатки на оправке: а — сборные; б — литые из двух половин; в - литые спаренные
3.4. Прошивка, отрубка, скручивание, гибка, кузнечная сварка
Прошивка. Прошивкой называют основную операцию ковки, посредством которой в заготовке получают отверстие (сквозная прошивка) или углубление (несквозная прошивка). Прошивку выполняют с помощью инструмента - прошивня (пуансона, дорна). Форму поперечного сечения прошивня принимают в соответствии с формой отверстия или углубления, которое необходимо сделать в заготовке. Обычно это круг. Прошивка сопровождается искажением формы заготовки, а также отходом металла в выдру. Прошивка (пробивка) сплошным прошивнем показана на рис. 3.40.
Заготовку устанавливают на нижнем бойке или на плите. Перед прошивкой слиток биллетируют, производят отрубку прибыльной и донной частей, затем заготовку под прошивку предварительно осаживают. Осадка необходима для 1) получения необ
ходимой толщины стенок прошиваемого цилиндра,
обеспечивающей получение хорошей поковки (Smin = 300.. .400 мм
для слитков; для заготовок 5^ =
Г1 £
<3’"4
О-иг); 2) получения па-
раллельных торцов для лучшей установки прошивня; 3) уменьшения высоты биллетированного слитка, облегчающее после
дующую прошивку. Если требуется более длинная поковка, то после прошивки ее подвергают протяжке с оправкой.
Рис. 3.40. Схема прошивки без подкладного кольца:
а-в - этапы прошивки; 1 - верхний боек; 2 - основной прошивень;
3 - заготовка; 4, 5 - надставки; б - прорезной прошивень; 7 - прошивни и выдра после прошивки; 8 - прибыльная сторона слитка
Прошивень относительно короткий устанавливают на заготовку торцом меньшего диаметра по шаблону (в простейшем случае шаблоном является пруток, на котором мелом отчерчено положение установки прошивня) или по разметке. Для уменьшения трения последующее внедрение прошивня осуществляют с помощью цилиндрических стержней, надставок, диаметр которых меньше диаметра прошивня (см. рис. 3.40,6). Также для уменьшения трения и перегрева прошивни смазывают графитовой смазкой. Кроме того, при прошивке вначале вдавливают прошивень на глубину 10...30 мм, затем прошивень приподнимают и в углубление засыпают толченый уголь или кокс (лучше всего графит), чем ликвидируют опасность застревания и приваривания прошивня к заготовке. Конечная толщина перемычки для крупных поковок равна h = 150... 170 мм. Прошивка до получения сквозного отверстия на сплошной опоре производиться не может, так как резко возрастает сила, но иногда доводят h до 50...60мм, т.е. меньше высоты прошивня. При этом есть опасность подсадки прошивня. Затем заготовку кантуют на 180°, вынимают надставки и другим прошивнем (прорезным) с диаметром несколько меньшим первого, установленным широким тор
цом на заготовку, выполняют сквозную прошивку с отходом выдры. Одновременно удаляют и первый прошивень.
Удаление прошивня для поковок малой высоты выполняют до кантовки нажатием кольцом или другими способами (рис. 3.41). Чтобы в выдру удалялась часть заготовки из слитка с наихудшими свойствами при прошивке на сплошной опоре с кантовкой, заготовку первоначально устанавливают прибыльной частью вниз.
Рис. 3.41. Удаление прошивня из заготовки: а — нажатием кольцом; б — обкаткой по диаметру
Рис. 3.42. Схема к расчету формоизменения при прошивке
При прошивке форма заготовки искажается и изменяются ее размеры (рис. 3.42). Это происходит как вследствие наличия элементов осадки, так и вследствие раздачи в стороны металла из-под прошивня. Диаметры Z)Cp и Z)max определяют по формулам:
оср =1,13 Д[узаг+/(я-М],
V ti
Tlrf2
где f =-; У,яг = г,аг л „аг;
7 Jal Jal Jal * * * * 7
Dmax = 1,13J—[V3ar +f(H -ft)-0,5F3ar],
Шал ’ Д1 yy l sal *z \	/	’ odl J ’
где F3ar =
Л^заг
4
В процессе осадки изменяется высота Н. Отношение Н/Н^ зависит от d!D3ZT и h/H^ (табл. 3.2).
Таблица 3.2
Значения отношения Н/Нзаг
h/Hm	d/Dsar			
	0,2	0,4	0,5	0,6
1	1	1	1	1
0,8	0,98	0,95	0,93	0,91
0,6	0,95	0,92	0,90	0,83
0,4	0,90	0,85	0,82	0,77
0,2	0,90	0,85	0,80	0,73
0,1	0,90	0,85	0,82	0,77
Выбор пресса для прошивки. Как правило, перед прошивкой производят осадку, для которой требуется значительно большая сила, чем для прошивки. Поэтому если пресс выбран по осадке и используется также при прошивке, то расчет силы при прошивке производить не требуется. Если прошивку производят на другом прессе, то необходим расчет силы.
Расчет силы прошивки можно проводить по формуле
„ л<7 2	(,	„ „ „
Р =------св 1 + 0,17 —+ 1,11м
4 \ h
^пок d
А 6
10“6
7
мн,
(15)
где ов - предел прочности при температуре прошивки, МПа; d - диаметр прошивня, мм.
Формула (15) справедлива для ^пок <5, т.е. до тех пор, пока d
имеет место прирост внешнего диаметра заготовки в процессе прошивки.
Различные способы прошивки. Основными способами прошивки являются:
1)	прошивка сплошным прошивнем;
2)	прошивка на подкладном кольце;
3)	прошивка пустотелым прошивнем.
Прошивку сплошным прошивнем (см. рис. 3.40) применяют при ковке на молотах и прессах, когда необходимо получить отверстие в сравнительно высокой заготовке. При ковке слитков эту прошивку применяют для получения отверстий диаметром до 400...500 мм при изготовлении деталей, у которых не требуется удаления ликвационной зоны. Выше рассматривался данный способ прошивки.
Прошивку сплошным прошивнем производят обычно с кантовкой заготовки (см. рис. 3.40). Манипуляции с заготовкой при прошивке с кантовкой показаны на рис. 3.43. Иногда прошивку делают без кантовки, с помощью квадратов (плит) (рис. 3.44).
Рис. 3.43. Схема прошивки блока с равновеликой высотой и диаметром: а - кантовка заготовки на 90°; б - окончательная кантовка заготовки низом вверх; в - пробивка отверстия
Прошивку на подкладном кольце (рис. 3.45) применяют в основном для сравнительно низких заготовок при - 1/3 4-1/4. Заготовку устанавливают на кольце, ставят прошивень большим диаметром вниз. Прошивень надо располагать по оси отверстия подкладного кольца. Диаметр отверстия кольца должен быть несколько больше диаметра прошивня.
Верхним бойком вдавливают прошивень до тех пор, пока выдра не провалится в отверстие кольца. Высоту прошивня в этом случае берут обязательно больше толщины заготовки. При этом способе прошивка идет при непрерывных ударах молота или при нажатиях пресса.
Рис. 3.44. Схема прошивки сплошным прошивнем на квадратах
Здесь вначале происходит внедрение прошивня в металл, а затем срез. Отход в выдру больше, чем в первом случае, но искажение размеров меньше. Соосность кольца и прошивня достигают на глаз, по разметке и с приспособлением. Силу прошивки можно приближенно определить по формуле
Рис. 3.45. Прошивка на подкладном кольце:
1 - заготовка; 2 - боек;
3 - прошивень; 4 - кольцо; 5 - выдра
Р = 0,7...0,8овлг/2Нзаг -10“5 МН,
где Н3&Т - высота заготовки, мм;
d - диаметр прошивня, мм;
ств - предел прочности при температуре прошивки, МПа.
Прошивку полым прошивнем (рис. 3.46) применяют для получения больших по диаметру отверстий (выше 500 мм), а также для прошивки с удалением средней, ликвационной части слитка.
б)	в)
Рис. 3.46. Схема прошивки полым прошивнем:
1 - боек; 2, 3, 8 - надставки; 4 - прошивень; 5 - прибыльная сторона слитка; 6 - кольцо; 7 - подставка; 9 - выдра
Применение пустотелых прошивней резко снижает потребную силу прошивки. Глубокая прошивка идет с полыми надставками. Диаметр отверстия надставки на 15...30 мм больше диаметра отверстия прошивня, а наружный диаметр надставки на 10... 15 мм меньше наружного диаметра прошивня (см. рис. 3.46).
Прошивку ведут, так же как и сплошным прошивнем (рис. 3.46,а), до тех, пока не останется донышко с толщиной 100... 150 мм. После этого заготовку с прошивнем и надставками переставляют на кольцо (рис. 3.46,6).
Диаметр отверстия кольца берут на 30...40 мм больше диаметра прошивня и отход срезают (рис. 3.46,в).
После прошивки сначала снимают краном слиток, затем надставки. Для съема прошивня с отхода вначале зубилом отрубают заусенец, наплывший на прошивень при проходе через кольцо, а затем выбивают отход из прошивня.
Перед прошивкой прошивень необходимо подогреть до 150°С, что предохраняет его от растрескивания.
После прошивки следует укладывать прошивни на подставках для равномерного охлаждения на воздухе.
Рис. 3.47. Схема прошивки крупного блока полым прошивнем на плите с вставным сухарем: а - вдавливание прошивня;
б - выемка сухаря и пробивка отверстия
Прошивку крупных заготовок для удобства манипулирования с ними можно производить на плите с отверстием, в которое вначале вставляют сухарь (рис. 3.47). Затем выполняют осадку и прошивку заготовки на плите с сухарем. После этого плиту вместе с заготовкой поднимают краном, а сухарь остается на столе. Далее стол с сухарем выдвигается из-под заготовки с плитой и плиту опускают. Теперь в плите отверстие оказывается от
крытым и выдра окончательно отделяется от заготовки при нажатии пресса на надставку и пустотелый прошивень.
Правка заготовки после прошивки. В процессе прошивки искажаются форма заготовки, торцы и боковая поверхность.
а)	б)
Рис. 3.48. Правка после прошивки: а - обкатка по диаметру;
б — правка отверстия (калибровка);
1 - оправка; 2 - заготовка;
3 - бочкообразный прошивень
Кроме этого, отверстие получается неровным. После прошивки заготовку надо править, включая правку отверстия. Торцы правят на гладких бойках или гладких плитах с помощью легких ударов молота или легких нажатий пресса. Для правки торцов иногда используют плоские раскатки. Правку боковой поверхности проводят со вставленной в отверстие оправкой (рис. 3.48,а). Правку отверстия выполня
ют с помощью прошивня бочкообразной формы, который имеет несколько больший диаметр, чем диаметр отверстия в заготовке, и который проталкивают насквозь через отверстие (рис. 3.48,6). Таким способом можно получить небольшую раздачу отверстия. Если требуется значительное увеличение диаметра после прошивки, то его производят с помощью раскатки на оправке.
Инструмент для прошивки. Основными инструментами для прошивки являются различные прошивни.
Сплошной прошивень при ковке под молотом показан на рис. 3.49,а. Его диаметр d колеблется от 40 до 230 мм. Диаметр d\ меньше d на 5... 10 мм. Высота Н примерно равна 1,5J.
Сплошной прошивень при ковке под прессом имеет такой же вид. Диаметр d изменяется от 250 до 500 мм, а высота Н от 300 до 500 мм. Диаметр dx меньше d на 30.. .50 мм.
1	2
Отрубка. Отрубкой называют формоизменяющую операцию ковки, при помощи которой от заготовки отделяют её часть по незамкнутому контуру путем внедрения в заготовку деформирующего инстру
Рис. 3.50. Отрубка (1) и разрубка (2)
мента. Разделение заготовки на части по незамкнутому контуру, из которых затем получают поковки, называют разрубкой (рис. 3.50).
Отрубка - весьма распространенная операция. Ее применяют для разделения большой заготовки на меньшие, для удаления избытка металла и для получения соответствующей формы.
Нет почти ни одного технологического процесса, где отрубка отсутствует. При отрубке часть металла отходит в обсечки. Отрубку выполняют при помощи топоров различной формы. Топоры крупных размеров подают и устанавливают при помощи кранов. У крупных топоров ручки нужны только для установки; у мелких - также для удержания в процессе работы (особенно под молотом). Схема отрубки показана на рис. 3.51. Двухсторонний топор (уклон с двух сторон) внедряют в металл вертикально. При этом торцы разрубаемой заготовки никогда не будут перпендикулярны оси и составят угол до 6...7°, хотя ось двухстороннего топора будет перемещаться вертикально (рис. 3.51,а). Для получения вертикальной стенки можно применять односторонние топоры (уклон с одной стороны), но топор может слишком увести в сторону при рубке.
Рис. 3.51. Отрубка с одной стороны: 1 - обсечка; 2 - квадрат
Односторонние топоры используют при отрубке концов, благодаря чему угол наклона плоскости разреза к вертикали может быть уменьшен.
Применяют различные способы отрубки.
1.	Отрубку с одной стороны (см. рис. 3.51) применяют при ковке небольших заготовок.
На заготовку наставляют топор и слегка внедряют его в металл слабыми ударами (нажатиями), создавая наметку. Последнюю можно сделать также и круглой раскаткой. Затем ведут рубку до образования перемычки, равной приблизительно ширине обуха топора (а). При меньшей толщине можно замять топор. Затем заготовку кантуют на 180° и над перемычкой ставят квадрат, которым отделяют перемычку и получают обсечку (рис. 3.51,6).
2.	Отрубку с двух сторон (или с нескольких сторон) (рис. 3.52) применяют при ковке крупных заготовок. Топор внедряют примерно до половины высоты заготовки, затем заготовку кантуют на 180° и ведут окончательную отрубку. Попасть точно в первоначальный надруб трудно, поэтому получаются заусенцы. С тем чтобы заусенцы были на отходе, после кантовки топор смещают в сторону к поковке от линии первоначальной рубки. Если нужно получить качественными оба конца, то смещения не делают, а заусенец потом обрубают. Круглую заготовку рубят топорами с «выкружкой» с трех сторон.
Рис. 3.52. Отрубка с двух сторон: 1 - заусенец
3.	Отрубку с четырех (двух) сторон с оставлением перемычки (рис. 3.53) применяют, когда желательно рубить без заусенца или когда идет рубка очень толстой заготовки. С четырех сторон топором делают надрубку. В середине оставляют перемычку, которую затем срезают плоской пластиной или топором, поставленным обухом вниз. Круглые заго
Рис. 3.53. Отрубка с четырех сторон с оставлением перемычки: 1 - пластина
товки рубят в вырезном бойке с двух или трех сторон с оставлением перемычки, которую затем срезают пластиной (рис. 3.54).
Рис. 3.54. Отрубка заготовок круглого сечения с трех сторон: а - первый надруб; б — второй надруб; в - окончательное разделение заготовки; г - положение топора в вырезном бойке при рубке
При вырубке контуров с острыми углами, а также при разрубке желательна предварительная прошивка либо просверливание в углах контура или в концах прорубаемого участка во избежание чрезмерного углубления топора в металл и для получения точных размеров контура.
Рис. 3.55. Удаление заусенцев после отрубки:
а — топором; б — квадратом
После отрубки удаляют заусенцы (рис. 3.55), для чего используют односторонние топоры. Для отсечки заусенцев по краям заготовки применяют квадраты. Заусенцы следует удалять тщательно, особенно при возможности их заковки в последующих операциях с образованием зажима. Конструкции топоров для отрубки показаны на рис. 3.56.
Гибка. Гибкой (рис. 3.57) называют формоизменяющую операцию ковки, посредством которой исходной заготовке придают изогнутую форму по заданному контуру. Гибку применяют как основную операцию (единственную) или в сочетании с другими операциями для получения изделий типа угольников, кронштейнов, крюков и хомутов.
Операцию гибки проводят самыми разнообразными способами, как без специальных приспособлений - универ
Рис. 3.56. Топоры для отрубки: а - односторонний; б — двухсторонний; в - к вырезному бойку
сальным инструментом, так и с применением специальных гибочных штампов.
г)	д)
Рис. 3.57. Гибка:
а — искажение формы поперечного сечения при гибке, образование утяжки и складок; б — усиление места гибки (увеличение гибки); в — гибка заготовок кувалдой; г — гибка с помощью крана; д — гибка раскаткой в подкладном штампе;
1 - утяжка; 2 - верхний боек; 3 - нижний боек; 4 - раскатка; 5 - штамп;
6 - цепь к крану; сечение: I - до гибки; II - после гибки
Операция гибки сопровождается искажением первоначальной формы поперечного сечения заготовки и уменьшением его площади в месте изгиба. Кроме того, возможно образование
складки по внутреннему контуру и трещины по наружному контуру. Чем меньше радиус закругления и больше угол загиба, тем
сильнее проявляются эти явления.
Характер изменения формы поперечного сечения показан на
рис. 3.57,а.
Рис. 3.58. Схема к расчету длины средней (нейтральной) линии
При гибке нейтральная линия смещается в сторону сжатого волокна. При гибке с г <1... 1,55 можно считать, что нейтральная линия проходит на 1/3 5 от внутренней части поковки (рис. 3.58).
После операции гибки вследствие искажения поперечного сечения обязательна правка. Но правкой нельзя исправить утяжку, которая остается в том или ином виде. Это
следует учитывать при проектировании технологии и при конструировании деталей. Внутренний радиус г выйдет точно по оправке, а внешний радиус R > г + а, причем превышение это неопределенно и зависит от свойств металла, угла гибки, условий гибки. По возможности в детали, получаемой гибкой, следует задавать только внутренний радиус. Если же обязательно нужно выдержать определенным (особо, если малым) наружный радиус поковки, то необходимо строить технологический процесс таким образом, чтобы в месте гибки было утолщение (см. рис. 3.57,6). Гибка может сопровождаться растяжением, особенно многоугловая гибка в приспособлении, или если заготовка в процессе гибки где-либо будет зажиматься. Если при гибке происходит растяжение, то нужно процесс гибки расчленить на гибку по отдельным элементам, иначе может произойти разрыв заготовки.
Различные схемы приемов гибки показаны на рис. 3.57,в,г,д.
Скручивание. Скручиванием (рис. 3.59) называют формоизменяющую операцию ковки, с помощью которой одну часть заготовки поворачивают относительно другой при неизменном направлении оси заготовки в процессе деформирования. Скручивание применяют при ковке многоколенных коленчатых валов, крупных сверл, бурильных инструментов и т.п. В зависимости от размеров заготовки скручивание можно проводить при мелких заготовках вручную, зажимая деталь в тисках или между бойками, а при ковке крупных поковок прибегают к помощи крана (см. рис. 3.59).
Рис. 3.59. Схема скручивания:
1 - груз (противовес); 2 - изогнутая вилка; 3 - верхний боек; 4 - нижний боек
При развороте скручиваемая часть может изгибаться. Наиболее простой способ для избежания изгиба - подвеска груза (боек) или закрепление конца вала к столу пресса (рис. 3.60). Во избежание изгиба применяют стойки-люнеты. При простой вилке с прямой рукояткой угол скручивания небольшой (сила растет, плечо уменьшается). При скручивании на большой угол
Рис. 3.60. Закрепление конца вала, при закручивании шарнирной вилки
применяют вилки с сектором и
пальцами (рис. 3.61).
Операция скручивания требует предварительной подготов
ки, поскольку скручивание может сконцентрироваться в одном месте и металл разорвется. Перед скручиванием необходимо
применить: 1) тщательную отделку скручиваемой шейки, выглаживание или даже обдирку на токарном станке; 2) прогрев шейки с максимальной равномерностью, причем нагрев делается местный, в специальной печи или в закрытом горне (каждую шейку отдельно); 3) уменьшить радиусы закруглений в месте шейки, так как большие радиусы уменьшают длину деформированной зоны.
Рис. 3.61. Вилка с шарниром:
1 - щека вала; 2 - верхнее положение рычага; 3 - движение рычага; 4 - нижнее положение рычага; 5 - направление скручивания
Длина поковки при кручении немного укорачивается.
Опасно при скручивании образование трещин расслоения. Волокна после скручивания располагаются по винтовой линии, что повышает качество поперечных образцов.
Силу, действующую на конец рычага I (см. рис. 3.59), можно
,	п	7td3aB	j
определить по формуле Р =--------2--, где а - диаметр в мес-
24Z-cosa-10
те шейки, мм; ов - предел прочности при температуре скручивания, МПа; I, мм; a - угол поворота вилки от горизонтальной плоскости.
Кузнечная сварка. Кузнечной сваркой называют операцию, ковки, при которой отдельные части или заготовки соединяют в одно целое. Перед соединением проводят подготовку металла
на концах заготовок, затем нагревают эти участки до 1200...1300°С, добавляют флюс (кварцевый песок, бура, поваренная соль), чтобы исключить пережог металла, накладывают заготовки друг на друга и обжимают вначале легкими ударами и затем окончательно деформируют. Сварку ведут с помощью кувалды, вручную или под пневматическим молотом.
Различные способы кузнечной сварки показаны на рис. 3.62.
Рис. 3.62. Способы кузнечной сварки: а - внахлестку; б — вразруб; в - встык; г - вращеп; д — взамок (прямоугольное сечение)
Наибольшую надежность и прочность шва при кузнечной сварке достигают при обработке низкоуглеродистой стали с содержанием углерода 0,15.. .0,25%.
3.5.	Разработка чертежа кованой поковки
Чертеж поковки составляют на основании чертежа детали или чертежа обработанной поковки, поставляемой заказчику. На размеры детали устанавливают припуски на обработку резанием, назначают допуски на ковку и, в случае надобности, напуски на поковку.
Припуском называют слой металла, подлежащий удалению обработкой резанием для получения требуемых размеров по чертежу готовой детали или предварительно обработанной поковки и для получения заданного качества поверхности.
Припуск при ковке обычно назначают по всей поверхности поковки. В слой припуска при обработке резанием должны уйти все дефекты наружного слоя: зажимы, неровности и поверхностные трещины. Чем выше качество поковки, тем меньше можно назначить припуск. Допуском называют допустимое отклонение в размерах поковки, обусловленное невозможностью изготовления ее с абсолютно точными размерами. Допуск равняется разности между наибольшим и наименьшим размерами поковки. Чем выше точность работы, тем меньше допуск.
Напуском называют дополнительный объем металла, добавляемый в поковке для упрощения ее формы. Это дает упрощение
процесса ковки.
На рисунке 3.63 показана схема расположения припусков и
допусков на поковке.
Наибольший размер поковки__
Наибольший припуск Поле допуска
Номинальный размер поковки
Рис. 3.63. Схема расположения припусков и допусков
(для поковок, изготовленных из
При подсчете объема заготовки необходимо добавить к минимальному размеру поковки некоторую часть допуска, поэтому номинал поковки берется с частью допуска (обычно половина допуска), чтобы расчет вести по номиналу, а допуск ставится в плюс и минус, что и соответствует схеме на рис. 3.63.
На величину припуска влияют многие факторы, как-то: 1) вид исходного материала слитков, припуск больше, чем
для поковок, изготавливаемых из проката); 2) сорт материала (для углеродистых сталей меньше, чем для легированных сталей, так как в углеродистой стали обычно меньше поверхностных пороков); 3) качество поверхности исходного материала (зависит от качества изложниц); 4) характер подготовки исходного материала к ковке (при предварительной обдирке слитка припуск может быть меньше); 5) размеры поковки по поперечному сечению и длине (чем больше размеры, тем больше припуск);
6) форма поперечного сечения поковки (для квадратной меньше, чем для круглой и шестигранной, так как можно отковать более гладко); 7) конфигурация поковки (чем сложнее поковка, тем больше припуск); 8) качество применяемого инструмента (вырезные бойки для круглого сечения дают более гладкую поверхность); 9) состояние оборудования; 10) квалификация кузнеца.
На допуски влияют те же факторы, что и на припуски за исключением первых четырех. Существуют таблицы припусков и
допусков, которые практически составляют для основных средних случаев. Припуски и допуски в них установлены в зависимости от формы и размеров поковки. Поковки подразделяют на группы, а в каждой группе припуски и допуски дают в зависимости от размеров. Иногда учитывают: поковки из слитков или из проката. Учитывают также вид оборудования для ковки: молоты или прессы.
Припуски на обработку и допуски на ковку из углеродистой и легированной стали, а также условия образования уступов, выемок, фланцев, буртов регламентированы ГОСТ 7829-70* для
поковок, изготовляемых под молотами.
Для определенных групп поковок в ГОСТе даны таблицы припусков и допусков. Примеры назначения припусков и допусков по соответствующей таблице ГОСТа на детали круглого и прямоугольного поперечного сечения типа валов и брусков показаны на рис. 3.64.
Припуски и допуски на поковки массой до 100 т, изго
Рис. 3.64. Примеры назначения припусков и допусков на молотовые поковки по ГОСТ 7829-70*
товляемые ковкой на прессах, определяют по ГОСТ 7062-90.
Примеры назначения припусков и допусков по ГОСТу на детали круглого и прямоугольного сечений типа валов и брусков показаны на рис. 3.65.
В ГОСТ 7829-70* и 7062-90 даны таблицы для различных форм поковок. В частности, по таблице припусков и предельных
<15
отклонений на поковки гладких валов различных сечений припуски и допуски определяют в зависимости от длины детали и соответствующего поперечного размера, т.е. диаметра или стороны квадрата или прямоугольника.
При конструировании поковок большое значение имеет получение такой формы поковок, при которой значительно упрощается технология ковки. Получение рациональной формы поковки связано с правильным назначением напусков.
Большое практическое значение имеют напуски при конструировании валов с уступами и выемками (рис. 3.66). Уступом называют всякий участок поковки, имеющий больший диаметр, чем хотя бы один из прилегающих участков, а выемкой называют участок по
ковки, диаметр которого меньше обоих прилегающих участков. Напуски регламентированы упомянутыми ГОСТами, в которых есть таблицы на наименьшие размеры выемки, выступа, бурта и фланца. Образование уступов практически возможно при ковке только при определенной разнице диаметров и при достаточной длине.
б)
Рис. 3.66. Примеры назначения припусков и допусков на прессовые поковки по ГОСТ 7062-90:
а - вал (II группа точности);
б - брусок (II группа точности)
Рис. 3.66. Схема нанесения напусков на поковку типа вала:
1 - на уступ; 2 - на выемку; 3 - на фланец; 4 - на бурт; 5 - контур детали
Уступы и выемки не обжимают, если разность их диаметров и диаметров прилегающих участков меньше определенной величины и если у них малая длина, хотя разность диаметров достаточная. Промежуточные уступы обжимают при меньшей разности их диаметров и диаметров прилегающих участков, а также при меньшей их длине по сравнению с выемками и концевыми уступами.
Для буртов при их малой длине дают напуск по длине; для концевых фланцев этот напуск больше.
С напуском отковывают также детали с отверстием. Если диаметр отверстия меньше 2/3 толщины фланца h, то его не прошивают (напуск в отверстии (рис. 3.67,а). Напуски часто делают в изделиях типа вилок (рис. 3.67,6).
Для изготовления образцов, для испытания механических свойств на поковках иногда назначают дополнительный напуск, обычно на концевой участок длиной 200 мм.
I ......./---------'
а)	б)
Рис. 3.67. Напуски на поковках типа кольца (а) и вилки (б)
Для поковок с отверстиями необходимо спроектировать напуск-перемычку под прошивку. Диаметр перемычки выбирают равным диаметру отверстия в поковке. Толщину перемычки при прошивке сплошным прошивнем с кантовкой выбирают равной 0,20...0,25Язаг, а при прошивке с подкладным кольцом 0,7. ,.0,75//заг. При прошивке пустотелым прошивнем форма перемычки получается в виде грибка и ее размеры даны выше при описании операции прошивки.
Таким образом, по чертежу изделия проставляют припуски, проверяют возможность ковки без напусков и в результате получают чертеж поковки.
Контур поковки вычерчивают сплошными контурными линиями по номинальным размерам, а внутри контура поковки -тонкими линиями контур готовой детали или заготовки после
обработки резанием. Проставляют номинальные размеры для поковки, но в скобках, ниже размера поковки, проставляют размеры готовой детали. Стрелки выводят на контур поковки. Между тонкими сплошными линиями размеры ставят тогда, когда в поковке есть напуск.
Верхнее (положительное) и нижнее (отрицательное) отклонения указывают справа от номинального размера поковки.
При простановке размеров всегда необходимо проставлять общую длину поковки и на поковке оставлять участок с непро-ставленной длиной, получаемой как разность между проставленными размерами. Этим участком выбирают участок, отковываемый в последнюю очередь. Размеры нужно ставить от одной или ограниченного числа баз, следует избегать цепочки размеров. Для поковок типа валов с уступами за базу размеров принимают торец участка с наибольшим диаметром.
В процессе разработки чертежа определяют и другие размеры, в частности, необходимые для определения объема, но на чертеже поковки проставляют только размеры, требуемые для ее изготовления.
В конце разработки чертежа поковки назначают технические условия (ТУ) на поковку. Для поковок общего назначения диаметром (толщиной) до 800 мм ТУ назначают по ГОСТ 8479-70*, в котором регламентировано качество поковок (механические свойства).
3.6.	Разработка технологического процесса ковки
Этапы технологической разработки ковки. Ковку проводят по детально разработанным технологическим процессам. Основными этапами последовательности разработки технологического процесса ковки являются следующие:
1.	Составление чертежа поковки с назначением припусков, допусков и напусков и определение массы поковки.
2.	Определение массы и размеров заготовки, установление необходимой уковки и выбор слитка или проката на заготовку.
3.	Выбор основных, вспомогательных и отделочных кузнечных операций и их последовательности, а также вы
бор основного и вспомогательного инструмента и приспособлений.
4.	Выбор кузнечного оборудования необходимой мощности и габаритов.
5.	Установление режимов нагрева и охлаждения поковки, типов и размеров нагревательных устройств.
6.	Определение состава рабочей силы и норм времени на ковку.
7.	Мероприятия по организации рабочего места и технике безопасности.
Разработку технологического процесса выполняют в соответствии с Единой системой технологической документации -ЕСТД. В ЕСТД входят 12 ГОСТов (ГОСТ 3.1001-81, 3.1102-81*, 3.1103-82*, 3.1104-81, 3.1107-81 идр.), представляющих собой комплекс нормативных документов, устанавливающих взаимосвязанные правила и положения о порядке разработки, комплектации, оформления и обращения технологической документации, применяемой при изготовлении и ремонте изделий (включая контроль, испытания и перемещения). ЕСТД состоит из ГОСТов и руководящих нормативных документов. ГОСТы ЕСТД распределены по 10 группам (от 0 до 9-й). ГОСТ 3.1001-81 регламентирует общие положения. В ГОСТ 3.1002-81 даны стадии разработки технологической документации и виды документов. В ГОСТ 3.1103-82 приведены основные надписи, предназначенные для указания назначения и области применения документа на технологический процесс или операцию и для соответствующего его оформления с указанием подписей участвующих лиц и дат исполнения. В последующих ГОСТах изложены общие требования к формам документов, правила оформления текстов и графических изображений, графические обозначения, термины и определения основных понятий (технологические процесс, операция, метод, база, документ и др.), правила учета, хранения и внесения изменений, правила оформления карты заказа на проектирование и изготовление технологической оснастки, нормоконтроль, формы маршрутных карт, отражение требований безопасности труда в документации и др.
Результаты разработки технологического процесса фиксируют в технологической карте (табл. 3.3).
Пример технологической карты
Таблица 3.3
Цех кузнечный	Технологическая карта №				Инструкция № Типовой процесс №	
Материал			Наименование			№
Марка	Профиль Длина	Объем заготовки 	см3	Заказ Изделие Деталь Чеотеж	—			
ГОСТ		Масса заготовки 	кг						
						
Технические условия № Разряд работы Количество штук в партии Количество поковок в заготовке			Масса	 кг ПОКОВКИ Обрубки	 кг Угар	 кг Чистая масса детали		кг		Время на 1 поковку 	мин Расценка	 руб. Цеховая стоимость	 руб. Обозначено по классификации				
Наименование операций и переходов		Оборудование	Инструмент	Норма времени		Расценка
1.	Резка материала 2.	Ковка заготовки 3.	Прошивка отверстия 4.	Раскатка кольца 5.	Отделка кольца		Пила Молот, т >1 1)	Плоские бойки Кольцо и прошивень Люнет и оправка Плоские бойки					
Разработал:		Проверил:	Утвердил:	Тех. отд.:		Дата:
Определение объема, массы и размеров исходной заготовки. Массу заготовки (слитка) определяют следующей суммой:
^заг — ^пок ^приб ^дн ^обс ^уг •
Массу поковки Gn0K определяют через объем по формулам геометрии, для чего поковка разбивается на элементарные объемы (могут быть положительные и отрицательные). При определении объема крупных поковок размеры берут в дм. При определении объема более мелких поковок размеры берут в см. Размеры поковок берут по номинальным размерам. Для получения массы поковки ее объем умножают на плотность (для стали 7,85 кг/дм3).
Для слитков, отливаемых сверху с утепленной надставкой, масса прибыльной части GnpiI6 составляет 20...25% массы слитка для конструкционной углеродистой стали и 25...30% массы слитка для легированной стали.
Для слитков, отливаемых без утепленной надставки с прибыльной части, Gnpne составляет 35.. .45% массы слитка.
Для инструментальной легированной стали при литье в нормальные изложницы Gnpng может достигать 50...60% массы слитка. Масса донной части слитка G№ составляет для углеродистой стали 3...5% массы слитка, а для легированной стали 5...7% массы слитка. При ковке катаной заготовки Сприб и G^ равны нулю.
Масса обсечек Goq зависит от их характера.
Рассчитать отход в обсечки затруднительно, поэтому составляют нормали и диаграммы, руководствуясь статистическими данными относительно G06C для поковок сходной конфигурации [2, 3]. Единственные отходы G06C, которые можно подсчитать, - это отход на выдру при прошивке и концевые отходы при отрубке концов.
Отход при прошивке VB можно подсчитать по формуле
где НЗЛТ - высота заготовки перед прошивкой, мм;
d - диаметр прошиваемого отверстия, мм;
к - коэффициент, учитывающий схему прошивки. При прошивке сплошным прошивнем с кантовкой к = 0,2...0,25; при прошивке с подкладным кольцом к - 0,70...0,75. При прошивке пустотелым прошивнем
VB=(l,l...l,15)^H3ar мм3,
где t/BH - внутренний диаметр прошивня, мм.
При ковке длинных поковок, если не предусмотреть избыток материала на обрубку концов, форма изделия может не получиться (не будут выдержаны размеры и будет плохое качество торца - бочка или утяжина «голенище»). Длина отрубаемой части должна быть достаточной для обеспечения возможности отрубки и хорошего качества торца.
Длину I на отрубку рекомендуется принимать: а) при ковке на молоте I - 0,35Т)Пок + 15 мм (для круглой поковки) или I - 0,25ЛПОК + 15 мм (Лпок - короткая сторона прямоугольного сечения); б) при ковке на прессе I - 0,25£)ПОк + 25 мм (для круглой поковки) и I = 0,13ЛПОк + 50 мм (для прямоугольной поковки).
По этим формулам можно также определять длину I для оттяжки тонкого конца (резкий переход сечений). Для мелких и средних поковок дается отход на обсечки и угар суммарный (в таблицах).
Отход на угар берут обычно в процентах от массы нагреваемого металла. При нормальных условиях за каждый нагрев в среднем масса угара Gyr составляет 3% от массы нагрегаемого металла. При каиодом подогреве угар составляет 1,5% [2, 3]. При ковке из проката массу угара берут 2...2,5% от массы заготовки. В этом случае отходы меньше, нет прибыльной и донной частей.
Расчеты массы заготовки при ковке поковок различных форм значительно упрощаются при применении номограмм.
Размеры заготовки определяют по-разному при изготовлении поковки из слитка и при изготовлении поковки из проката.
Определяющими признаками при выборе проката или слитка для ковки данной поковки служат ее масса и марка материала. Если масса поковки не превышает несколько сотен килограммов, а материалом служит углеродистая сталь, то применяют прокат. При массе поковки свыше 700-800 кг применяют слитки. Если материал поковки легированная сталь или сплав, то слитки выбирают иногда для относительно мелких поковок, массой 100 кг и выше. Здесь все зависит от марки материала.
Если выбран для ковки слиток, то определяют его тип (обычный, удлиненный и др.). Тип слитка зависит от назначения поковки. Для ответственных поковок ковку проводят из отдельного слитка на одну поковку. При ковке неответственных поко
вок массу слитка и количество получаемых из него поковок выбирают исходя из удобства ковки и наименьшей себестоимости. После установления вида заготовки (слиток или прокат) уточняют значение потребной уковки и величины осадки для получения качественной поковки.
При ковке рекомендуется использовать следующие значения уковки и величины осадки:
1	.При биллетировке нормальных слитков у - 1,15... 1,20.
2	. При осадке слитков для улучшения качества металла
З	.При протяжке слитков после улучшающей осадки у > 2.
4	. Общая уковка при протяжке нормальных слитков из углеродистой и среднелегированной стали уобщ = 2,5...3,75, причем меньшее значение соответствует слитку в 1 т, а большее в 200 т, для слитков удлиненных уобщ > 2.
5	.При заготовительных операциях уковку и величину осадки рекомендуют выбирать в следующих пределах:
-	при протяжке по схеме круг-кругу > 2,5; при протяжке по схеме круг-квадрат-круг или квадрат-квадрат у >1,8;
-	при протяжке на оправке у >1,5;
-	при осадке q > 1,8;
-	при заковке отверстий у > 1,8 -г 2;
6	. Общая уковка при ковке легированных сталей уОбщ = 3...10. Величина уОбщ в этом случае зависит от соответствия направлений продольных волокон в поковке и направления действия наибольших напряжений в детали. Чем ближе эти направления совпадают, тем больше уковка.
7	.При использовании проката в качестве заготовки необходимо, чтобы Упипобщ 1,25, Яттобщ 1,4-
Таких значений у и q достаточно для измельчения выросших при нагреве зерен металла заготовки.
Указанные величины уковки необходимо обеспечить в максимальных сечениях заготовки.
Размеры заготовки определяют в зависимости от главной формоизменяющей операции при ковке.
Первый случай. Главной операцией является протяжка. Тогда при ковке из слитка на основании определенной массы заготовки по сортаменту находят слиток с ближайшей большей массой и устанавливают его размеры. Затем проверяют по соотношениям поперечных размеров, обеспечивает ли этот слиток достаточную уковку.
Может оказаться, что слиток данной массы не даст нужной степени уковки. Тогда выбирают слиток по поперечному сечению с учетом уковки, причем масса будет больше. В этом случае приходится ковать или с остатком, годным для другой поковки, или же рассчитывать на ковку из одного слитка двух или нескольких одинаковых поковок. Если допускается по техническим условиям, то можно вначале сделать осадку и подсчитать уковку исходя из площади поперечного сечения осаженной заготовки.
При ковке из проката поперечное сечение заготовки выбирают по сортаменту с учетом того, что
заг — У^пок max •
Уковку здесь дают для того, чтобы вся поковка была хотя бы немного деформирована после нагрева для раздробления выросших зерен. Минимальная уковка равна у - 1,25.
Зная размеры поперечного сечения и объем заготовки, легко подсчитать длину заготовки.
Нужно проверить также длину заготовки, чтобы она вошла в печь. Иногда приходится брать заготовку большего сечения, но меньшей длины.
Второй случай. Главной операцией является осадка.
На основании ранее определенной массы (объема) заготовки н
определяют ее размеры так, чтобы 1,25 <—— <2,5. При ковке ^заг
из слитков обычной формы это соотношение (верхний и нижний пределы) удовлетворяется размерами корпуса слитка. При ковке из проката меньший предел определен из удобства резки на пресс-ножницах или отрубки, а больший предел установлен из условий устранения продольного изгиба. При указанных соотношениях Озаг = (0,8-г1,0Д/Гзаг для круглой заготовки и
= (0,75...0,90)^V3ar для квадратной заготовки. Длину заготов
ки //иг получают делением V^r на площадь поперечного сечения по окончательному, уточненному в соответствии с сортаментом диаметру, либо стороне квадрата заготовки, или же по формуле
и _ ^заг п заг „ >
где Gi - масса одного погонного метра проката по сортаменту.
Все отходы характеризуются коэффициентами, определяющими экономичность процесса.
Коэффициент выхода годного Т]пок = пок х100%.
^заг
Q
Коэффициент расхода металла Кр =——.
^пок
Данные по выходу годного можно использовать для определения приближенной массы слитка GCJ1. Так, например, поковка с массой 5т- вал с уступами. При Кр = 1,65 имеем
GCJI = 1,65-5 = 8,25 т.
Данные по коэффициентам т|пок и Кр приведены в литературе [2,3].
Определение вида, числа и последовательности операций ковки, выбор основного и вспомогательного инструмента и приспособлений. Выбор операций и их последовательности определяет форма изготовляемой поковки, ее материал, технические условия на поковку и другие факторы. Судить о рациональности проектируемого процесса можно путем сравнения его с существующими технологическими процессами одинаковых или аналогичных поковок. Поэтому прежде чем приступить к разработке технологического процесса ковки, необходимо рассмотреть, как куют аналогичные поковки. Расчет самих операций и выбор инструмента выполняют в соответствии с изложенными выше указаниями.
При выборе операций и их последовательности целесообразно использовать классификацию поковок с указанием основных операций для изготовления отдельных групп поковок. Такая классификация представлена в табл. 3.4. В ней указан также необходимый основной инструмент для ковки.
122
Классификация поковок по группам (I-VII) и по подгруппам (1,2 и т.д.)
Таблица 3.4
	I						II				Ill					
	Цилиндрические сплошные гладкие и с уступами						Прямоугольного сечения гладкие и с уступами				Смешанных сечений (сплошные с уступами и расположением отдельных частей в одной, двух, трех и более плоскостях)					
	1	2	3	4	5	6	1	2	3	4	1	2	3	4	5	6
Инструмент	Протяжка	Протяжка и осадка	Протяжка и пережим уступов	Протяжка, осадка и пережим	Протяжка, осадка, пережим уступов и передача	Протяжка и осадка с образованием выступа	Протяжка	Протяжка и осадка	Протяжка, осадка и пережим уступов	Протяжка, осадка, пережим уступов и передача	Протяжка и пережим уступов	Протяжка, осадка и пережим уступов	Протяжка, пережим уступов и передача	Протяжка, осадка, пережим уступов и передача	Протяжка, пережим уступов, передача и скручивание	Протяжка, торцовая осадка, пережим уступов, передача и скручивание
Вырезные бойки	При обеспечении необходимой уковки без осадки, когда вырез бойков соответствует сечению слитка (заготовки) и не требуется разделительного инструмента									-						
Плоские бойки или верхний плоский боек, нижний вырезной	-	-	-	При применении разделительного инструмента			При обеспечении необходимой уковки без осадки				-	-	-	-	-	-
Продолжение табл. 3.4
Инструмент	IV		V		VI			VII
	Цилиндрические полые гладкие и с малыми уступами		Цилиндрические полые гладкие с малым отношением длины к размеру сечения		Цилиндрические полые гладкие с большими уступами и большим отношением длины к размеру сечения			С криволинейной осью
	1	2	1	2	1	2	3	
	Протяжка, осадка и прошивка	Протяжка, осадка с уступом и прошивка	Протяжка, осадка, прошивка и раскатка	Протяжка, осадка, прошивка, протяжка с оправкой, раскатка	Протяжка, осадка, прошивка, раскатка и протяжка с оправкой	Протяжка, осадка, прошивка, раскатка, протяжка с оправкой и пережим уступов	Протяжка, осадка, пережим уступов, прошивка и протяжка с оправкой	Различные способы ковки и гибка
Вырезные бойки Плоские бойки или верхний плоский боек, а нижний вырезной	Когда перед отрубкой заготовки производят значительную протяжку и вырез бойков соответствует сечению поковки Когда перед отрубкой обжимают только ребра и грани заготовки							В зависимости от операций и условий, указанных для других групп
								Тоже
123
Выбор вспомогательного инструмента и приспособлений был дан выше (см. гл. 3).
Примерами поковок различных групп по классификации (см. табл. 3.4) могут служить следующие: группа I - поковки штоков, осей, валов, колонн, цапф и роторов; группа П - поковки плит, пластин, штамповых кубиков, вкладышей, шпинделей, дышел и баб молотов; Ш - поковки коленчатых валов; IV - поковки дисков, фланцев, колес, покрышек, муфт и шестерен; V -поковки бандажей и колец; VI - поковки барабанов, полых валов и цилиндров; VII - поковки крюков, бугелей и скоб.
Установление режимов нагрева, типов и размеров нагревательных устройств и режимов термообработки (см. гл. 2). Расчет нагрева для ковки ведут применительно к печам, работающим в комплексе с оборудованием (молотом или прессом), на котором будут проводить ковку поковки. Следует проверить, войдет ли заготовка в печь и если нет, то надо скорректировать размеры заготовки или предусмотреть нагрев в печах, работающих в комплексе с другим прессом или молотом.
Выбор типа оборудования проводится по наиболее тяжелой операции технологического процесса. Как правило, наиболее тяжелой операцией является осадка. Иногда бывает целесообразно другие операции проводить на менее мощном оборудовании. К таким операциям, требующим меньших сил при деформировании, относятся протяжка и прошивка. Расчеты сил при осадке, протяжке и прошивке и выбор соответствующего оборудования даны в соответствующих параграфах, посвященных данным операциям. После выбора кузнечной машины по мощности необходимо проверить ее размеры, которые должны соответствовать особенностям операций, например, операциям раздачи на оправке, осадки и высадки, требующим большого рабочего пространства машины.
Технология ковки поковок сложных форм. К поковкам сложных форм для ковки можно отнести различные поковки. Это поковки группы VII по табл. 3.4: поковки с отверстиями и двумя буртами при относительно малой длине, поковки тонких дисков, коленчатых валов и другие поковки. Проектирование технологии таких поковок ведут на основании технологии по
добных поковок, для которых технология ковки была разработана ранее. Некоторые сложные поковки целесообразно изготовлять с применением специального инструмента - подкладных и секционных штампов, в которых процессы ковки сливаются с процессами штамповки.
Применение подкладных и секционных штампов. С целью уменьшения отхода металла и повышения точности получаемой поковки применяют подкладные штампы.
Подкладным штампом называют инструмент с полостью, представляющей собой точную копию поковки или отдельного участка поковки. Подкладные штампы состоят из двух половинок - верхней и нижней. Обе половинки центрируют одну относительно другой с помощью направляющих колонок или каким-либо другим способом. На рис. 3.68 показан подкладной штамп в собранном виде. Штамповку поковок проводят следующим образом.
Вначале на плоский нижний боек молота или пресса устанавливают нижнюю половинку штампа, в полость которой укладывают заготовку. Затем
лонкам верхнюю половинку и нажатием верхнего плоского бойка пресса или ударами молота деформируют заготовку, которая заполняет полость в верхней и нижней половинках штампа и принимает форму этой полости. Далее верхнюю половинку штампа снимают, а поковку вынимают из нижней половинки штампа.
Конструирование поковки и полости штампа ведут аналогично указанному ниже в гл. 4 «Штамповка на молотах».
В цехах ковки изготовляют большое количество поковок турбинных и воздуходувных дисков. Обычная технология ковки дисков приводит к большим трудозатратам и большому расходу металла. Для получения поковок крупных дисков обычной горячей штамповкой необходимы уникальные прессы с силами в десятки тысяч тонн.
Рис. 3.68. Подкладной штамп для поковки чашки
сверху устанавливают по ко-
Поэтому в промышленности применяют секционную штамповку.
Секционная штамповка дисков позволяет получать крупные диски при значительно меньших силах деформирования.
Заготовку деформируют последовательно по отдельным кольцевым участкам за несколько ходов поперечины пресса (рис. 3.69). В зависимости от размеров заготовки и сопротивления деформированию металла, а также от имеющейся силы
Рис. 3.69. Схема секционной штамповки (осадки) в двухсекционном штампе: а - заготовка; б - деформирование центральной секцией;
в - деформирование наружной секцией
Штампы с большим количеством секций получаются слишком сложными.
На рисунке 3.69 показана штамповка (осадка) в двухсекционном штампе. При секционной штамповке в некоторых случаях возникают дефекты на поковках в виде зажимов на верхней торцовой поверхности.
Во избежание появления зажимов используют относительно большие по диаметру исходные заготовки, для получения которых требуются большие силы деформирования.
Для секционной штамповки дисков применяют относитель-
но низкие заготовки с отношением > 2 (рис. 3.69, 3.70).
Яо
Диаметр исходной заготовки немного больше (на 10...20%) диаметра центрального пуансона. Кривая 1 определяет оптимальные отношения размеров исходных заготовок для каждого конечного отношения поковок дисков.
Необходимую силу деформирования при работе центральным и наружным пуансонами можно определить по формуле, указанной в литературе [2, 3].
Отношение диаметров D наружного и d центрального пуансонов следует принимать по рис. 3.71 в зависимости от
отношения диаметра поковки DK к ее высоте Нк.
Типовая конструкция секционного штампа показана на рис. 3.72. Нагретая заготовка укладывается на матрицу 7 и
Рис. 3.70. График для определения размеров исходных заготовок
D/d
Рис. 3.71. График для определения
отношений диаметров пуансонов D/d
за первый ход траверсы производится ее осадка в обычном штампе. Величина осадки регламентируется предельной силой пресса. Затем траверса поднимается и с помощью рукоятки 4 диск управления 5 устанавливается так, чтобы его выступы в виде зубьев находились против соответствующих впадин на пуансоне 3, после чего производится второй ход траверсы пресса.
При этом на заготовку воздействует только центральный пуансон 2, а пуансон 3 может свободно перемещаться вверх на высоту зуба, не передавая силу пресса на заготовку. После подъема траверсы диск управления 5 снова поворачивают и его выступы
устанавливаются против соответствующих выступов на пуансоне 3. Затем происходит третий ход траверсы, при котором деформируется только наружная кольцевая часть заготовки.
Применение трехсекционных и высадочных раздвижных штампов для изготовления коленчатых валов. Сущность метода изготовления коленчатых валов, разработанного в ВПТИ тяжелого машиностроения И.В. Замбурским, заключается в том, что штамп делают из трех секций, действующих поочередно.
Рис. 3.72. Двухсекционный штамп для штамповки диска
На рисунке 3.73 показана схема работы окончательного секционного штампа. Вначале дают предварительную деформацию заготовки одновременно всеми секциями. Затем траверсу пресса поднимают, между верхним бойком и средней секцией устанавливают специальную накладку (рис. 3.73,а) и производят деформирование одной секцией на полную силу пресса. После работы средней секции аналогично действуют с крайними (рис. 3.73,б,в), после чего накладку убирают, а штамп ставят по центру верхнего бойка и производят калибровку вала сразу всеми секциями. На рис. 3.74 показаны переходы штамповки коленчатого вала, отштампованного на прессе с силой 100 МН. В качестве заготовки для ковки данного вала применен слиток массой 9 т, а при секционной штамповке слиток массой 2,5 т. Штампованная поковка вала
в)	г)
Рис. 3.73. Секционный штамп для штамповки коленчатого вала: а — штамповка средней секцией; б - штамповка правой секцией; в - штамповка левой секцией; г - калибровка вала всеми секциями
в то время как кованая поковка имела массу 4,8 т. Перед штамповкой по переходам слиток отковывают на заготовку с пережатыми участками под каждое колено вала. Нагретую заготовку деформируют в заготовительном штампе (рис. 3.74,а). Далее производят штамповку в окончательном штампе по переходам (см. рис. 3.74,б,в,г,д).
Так штампуют партию коленчатых валов. После штамповки валы подогревают до температуры 950°С, а затем производят обрезку облоя (см. рис. 3.74,е) в отдельном обрезном штампе.
Рис. 3.74. Переходы штамповки коленчатого вала:
а - штамповка в заготовительном штампе; б-д — штамповка в секционном штампе; е — обрезка облоя в обрезном штампе
Схема процесса изготовления коленчатых валов в высадочном раздвижном штампе (по способу фирмы Шнейдер-Крезо) показана на рис. 3.75. Заготовку
б)
Рис. 3.75. Схема штамповки коленчатых валов в высадочном раздвижном штампе
зажимают на участке коренных и шатунной шейки одного колена вала (рис. 3.75,а), после чего производят высадку (рис. 3.75,6), а затем высадку с одновременной гибкой (рис. 3.75,в). После получения одного колена заготовку перемещают вдоль оси для изготовления второго колена, причем одновременно ее разворачивают вокруг оси на требуемый угол
разворота колен, производят штамповку второго колена и т.д.
Для получения фланца применяют только процесс высадки. При этом гибочный пуансон демонтируют или отключают.
На поковках коленчатых валов, изготовленных методом гибки с высадкой, волокна макроструктуры повторяют конфигурацию коленчатого вала и последующая обработка резанием поковок не приводит к перерезанию волокон, что повышает усталостную прочность на 20.. .25%.
Для штамповки коленчатых валов методом гибки с высадкой применяют специальные прессы или специальные штамп-установки к универсальным гидравлическим прессам, которые конструктивно подразделяют на три типа: клиновые, рычажные и гидромеханические.
Схема штампа-установки клинового типа, разработанная в ВПТИ тяжелого машиностроения, показана на рис. 3.76.
Штамп-установка является универсальной, позволяет штам
повать несколько типоразмеров коленчатых валов путем замены деформирующих частей.
Нагретую до конечной температуры заготовку 1 укладывают на нижние подвижные секции 2 и 3 матрицы и прижим 4. При опускании верхней части штампа секции 5 и 6 матрицы, а также пуансон 7 фиксируются на колонки 8 и направляющие 9. Пневмоцилиндры 10 перемещают опорные пластины 11 к центру и включают в работу пальцы 72, которые передают силу пресса
Рис. 3.76. Схема штампа-установки клинового типа для штамповки методом гибки с высадкой (конструкция ВПТИтяжмаш)
на секции 5 и 6 матрицы, соединяя последние с нижними секциями 2 и 3 матрицы. Производят небольшой подъем клина, пневмоцилиндром перемещают опорные пластины 11 от центра, тем самым выключая пальцы, после чего осуществлять одновременно процесс гибки с высадкой. По окончании штамповки колена клин 13 вместе с верхними секциями матрицы и пуансоном поднимают.
Поковку удаляют из штампа, рабочие части штампа становятся в исходное положение, заготовку укладывают для штамповки очередного колена и процесс повторяется. В данной конструкции штампа фиксация на колонки нижних секций матрицы с верхними секциями, передача силы пресса через клин одновременно на верхние и нижние подвижные секции матрицы под углом 24°30' исключает их раскрытие и обеспечивает зажим заготовки непосредственно от давления клина.
Техника безопасности при ковке связана, прежде всего, с горячей температурой металла и очень часто с большой массой. Особые требования предъявляют к работе машин и механизмов в кузнечных цехах. Малейшая неисправность недопустима в работе, и ее нужно немедленно устранять. В начале смены бригада обязана проверить состояние оборудования, инструмента, палочных приспособлений, цепей и т.д. В процессе работы каждый член бригады должен знать круг своих обязанностей и точно их выполнять. Команды в работе подает только кузнец (бригадир). При аварийном и угрожающем положении каждый имеет право
и обязан подать команду «стоп» на прекращение работы. Крановщик обязан выполнить команду «стоп». Рабочие должны быть хорошо обучены по управлению различными механизмами, и только в этом случае их допускают к работе. Необходимо пройти инструктаж по технике безопасности у мастера участка, без чего к работе на участке допускать нельзя.
Правила техники безопасности изложены в инструкциях, которые определяют порядок и условия выполнения работающими порученных им операций.
Изучение причин травматизма в кузнечно-штамповочном производстве позволило наметить следующие пути борьбы с ним:
1.	Устройство совершенных предохранительных приспособлений и ограждений в опасных частях производственного оборудования и на участках цеха.
2.	Систематический надзор за состоянием оборудования и штампов, планово-предупредительный ремонт и контроль за качеством ремонта.
3.	Рациональная организация рабочих мест, содержание в порядке проходов и проездов.
4.	Рациональное выполнение всех операций технологического процесса, устранение из них опасных моментов, организация технического наблюдения за приемами и методами ведения работ.
5.	Правильное использование спецодежды и индивидуальных защитных средств, своевременный их ремонт и замена.
Различные механизирующие устройства, применяемые в кузнечно-штамповочном производстве для облегчения труда, одновременно повышают безопасность работы, так как функции рабочего при этом сводятся к контролю над работой машин, и он может находиться вне опасной зоны.
При ковке на молотах нужно следить за состоянием бойков, не допуская трещин, раковин и выбоин, влияющих на их прочность. Также необходимо следить за надежностью крепления бойков. Требуется повседневное наблюдение за состоянием молотов, исправное содержание всех элементов, особенно систем управления. Сальники молотов не должны пропускать ни пар, ни конденсат во избежание ожогов работающих.
Паровоздушные и пневматические молоты снабжают указателями предельного опускания бабы, допускаемого крайним нижним положением поршня в цилиндре.
Насадка поршня на шток не должна допускать их разьединения в процессе работы.
У цилиндра молота ниже сальника устанавливают сетку, предохраняющую от возможного падения деталей молота (крепеж, сальник и т.п.).
При выбивке клиньев в направлении возможного отлета клина ставят щит. Предохранительные приспособления и защитные заграждения при молоте должны содержаться в исправном состоянии и обязательно использоваться по своему назначению.
При ковке под прессами крановщик и машинисты манипуляторов должны точно исполнять команды и сигналы кузнеца или подручных, выполняющих работы по транспортированию слитков, поковок и инструмента. Кузнец и подручные должны знать и выполнять правила стропальных работ, а также требования, предъявляемые к чалочным средствам и приспособлениям.
Глава 4
ШТАМПОВКА НА МОЛОТАХ
4.1.	Характеристика процесса штамповки
Горячей штамповкой называют формоизменение заготовки в штампах под действием внешних сил. Штамп представляет собой специальный инструмент с по
Рис. 4.1. Открытый молотовый штамп:
1 - верхний штамп; 2 - стенка ручья (полости); 3 - облой; 4 - поковка;
5 - нижний штамп
лостью, которую называют ручьем (рис. 4.1). В полость нижней части штампа 5 (нижнего штампа) устанавливают нагретую заготовку, которую деформируют при движении верхнего штампа 1 вниз. Течение металла заготовки в ручье штампа встречает сопротивление стенок 2 и сил трения, и металл заполняет объем ручья. В определенный момент часть металла вытекает в разъем между штампами и образуется облой 3. Отштампованную за
готовку 4 называют штампованной поковкой. Поковка представляет собой копию ручья штампа.
Последовательность технологического процесса изготовле-
ния штампованной поковки следующая: резка исходного металла на заготовки, нагрев заготовок, горячая штамповка, обрезка облоя, термообработка поковок, очистка от окалины, правка и
контроль поковок.
Исходным материалом для горячей штамповки служат прокатанные или прессованные прутки, обычно с диаметром более 20 мм. Для горячей штамповки используют углеродистую или
низколегированную сталь, но штампуют также цветные металлы и сплавы.
Горячая штамповка является развитием ковки, в которой уже имелись отдельные признаки штамповки при применении фигурных обжимок, при штамповке в подкладных штампах отдельных частей поковки и, наконец, при штамповке в подкладных штампах целых поковок. Еще в 1819 году на Тульском оружейном заводе производилась штамповка железных ружейных деталей на молотах.
Широкое распространение горячей штамповки обеспечивается рядом преимуществ, выгодно отличающих ее от других способов получения заготовок для машиностроительных деталей, а именно, от ковки и литья:
1.	Более высокая производительность по сравнению с ковкой.
2.	Возможность получения без напусков поковок более сложной конфигурации, чем при ковке.
3.	Поковки имеют значительно меньшие допуски, чем при ковке. Поковки, получаемые штамповкой, подвергают обработке резанием лишь по поверхностям сопряжения со смежными деталями. Остальные поверхности имеют достаточную чистоту.
4.	Экономия металла по сравнению с ковкой и литьем.
5.	Поковки обладают более высокими и стабильными механическими свойствами материала, чем отливки.
Кроме преимуществ, существуют недостатки'.
1.	Горячей штамповкой в настоящее время изготовляют сравнительно небольшие, ограниченные по массе и размерам поковки. Поковки массой в 100 кг для горячей штамповки считаются крупными. В последнее время на гидравлических прессах штампуют поковки с массой более одной тонны, а на бесшабот-ных молотах (энергия удара 1000 кДж) штампуют поковки с массой до 3,5 т. Однако преимущественно штампуют поковки массой от 0,5 до 20.. .30 кг.
2.	Для горячей штамповки требуются гораздо большие силы деформирования, чем для ковки, так как при штамповке одновременно деформируют не часть поковки, а всю поковку, а течение металла затруднено сопротивлением стенок полости штампа. Ограниченность поковок по массе и габаритам при штамповке как раз и объясняется необходимостью больших потребных сил.
3.	Для горячей штамповки необходим специальный инструмент - штамп, пригодный для изготовления только одних и тех же конкретных поковок. Штамп изготовляют из специальной штамповой стали, он является более сложным и дорогим, чем универсальный инструмент, применяемый при ковке. Расходы на инструмент входят в стоимость поковок, поэтому, чем больше поковок изготовляют на одном штампе, тем они дешевле. При массовом и крупносерийном производстве горячая штамповка является более рентабельной, чем ковка. В серийном производстве при подсчете рентабельности надо учитывать стоимость изготовления поковки горячей штамповкой и ковкой, а также стоимость последующей обработки резанием штампованной и кованой поковок.
В единичном производстве горячая штамповка не рентабельна.
Классификация процессов горячей штамповки
1.	В зависимости от оборудования горячую штамповку подразделяют на следующие виды: 1) на молотах; 2) на кривошипных горячештамповочных прессах (КГШП); 3) на винтовых прессах; 4) на гидравлических прессах; 5) на горизонтальноковочных машинах (ГКМ); 6) на специальных машинах (станы поперечной и поперечно-винтовой прокатки, станы поперечноклиновой прокатки, горячештамповочные автоматы, ковочные вальцы, раскатные станки, горизонтально-гибочные машины, ротационно-обжимные и радиально-обжимные машины и элек-тровысадочные машины).
2.	По типу штампа подразделяют на штамповку: 1) в открытых штампах; 2) в закрытых штампах; 3) в штампах для выдавливания.
Тип штампа определяет течение металла и в этом смысле данное подразделение штамповки на виды следует считать основным.
3.	В зависимости от числа ручьев в штампе различают штамповку в одноручьевых штампах и штамповку в многоручьевых штампах.
4.	По типу заготовки штамповку подразделяют на следующие виды: 1) от штучной заготовки; 2) от кратной заготовки; 3) от прутка.
5.	В зависимости от установки заготовки в штампе различают штамповку: 1) с направлением деформирующей силы перпендикулярно оси заготовки (штамповка плашмя); 2) осадкой в торец (или высадкой).
Кроме перечисленных видов, существует расчлененная штамповка, одноштучная штамповка, многоштучная штамповка и др.
Рассмотрим коротко указанные способы горячей штамповки.
Виды горячей штамповки в зависимости от оборудования краткого объяснения не требуют, поскольку название говорит само за себя.
Штамповка в открытых штампах характеризуется тем, что штамп в процессе деформирования остается открытым
(рис. 4.1, 4.2). Зазор А между подвижной и неподвижной частями открытого штампа является переменным. В этот зазор вытекает облой, высота которого в процессе деформирования меняется. Вытекающий облой при деформировании закрывает выход из полости штампа и заставляет металл заполнять ее. Кроме того, в конце деформирования в облой выжимаются излишки металла, находящиеся в полости. Поэтому заготовка может быть неточной, с избытком.
Штамповка в открытых штампах наиболее распространена и производится на различных машинах: молотах, кривошипных горячештамповочных прессах, гидравлических прес
Рис. 4.2. Схема штамповки в открытом штампе (а—г - этапы штамповки)
сах, винтовых прессах и т.д.
При штамповке в закрытых штампах в процессе деформирования штамп остается закрытым (рис. 4.3). Зазор А между под
вижной частью (пуансоном) и неподвижной (матрицей), оставаясь в процессе деформирования постоянным, служит только для обеспечения подвижности. В конце штамповки металл может вытекать в торцовый заусенец, что указывает на избыток металла в заготовке и будет вызывать большие напряжения в полости штампа и излишний ее износ.
Штамповка в закрытых штампах производится, главным образом, на ГКМ.
В последнее время получает распространение молотовая штамповка в закрытых штампах, которую иначе называют без-облойной штамповкой (рис. 4.3,6). Закрытые штампы используют также на кривошипных горячештамповочных прессах.
Рис. 4.3. Штамп:
а - закрытый; 1 - подвижная часть штампа (пуансон); 2 - неподвижная часть штампа (матрица); 3 - поковка; 4 - выталкиватель;
б - закрытый молотовый
Штамповка в штампах для выдавливания (рис. 4.4) характеризуется тем, что штамп имеет глубокие полости, которые заполняются затеканием в них металла. Штамповку выдавливанием проводят преимущественно на гидравлических прессах и на кривошипных горячештамповочных прессах.
При одноручьевой штамповке штамп имеет одну полость для деформирования заготовки, которую называют ручьем.
а)	б)
Рис. 4.4. Штамповка в штампах для выдавливания:
а - прямым выдавливанием;
б - прошивкой (обратным выдавливанием); 1 - пуансон; 2 - матрица;
3 - поковка; 4 - выталкиватель
При многоручъевой штамповке штамп имеет несколько ручьев, в которых заготовка постепенно приобретает форму поковки.
При штамповке от штучной заготовки из последней получают только одну поковку. При штамповке от кратной заготовки получают последовательно определенное число поковок (2.. .4 шт.).
При штамповке от прутка получают несколько штук поковок (5...7 и более), после чего конец прутка снова нагревают и продолжают штамповку.
При штамповке плашмя ось заготовки располагают перпендикулярно движению деформирующего инструмента, а при штамповке осадкой в торец ось заготовки устанавливают по направлению движения деформирующего инструмента.
При расчлененной штамповке процесс штамповки разделяют и штамповку производят на нескольких штампах, устанавливаемых на отдельных машинах.
При одноштучной штамповке в штампе существует один окончательный ручей, в котором одновременно получают одну поковку. Обычно штамповка является одноштучной.
При многоштучной штамповке в штампе выполняют несколько окончательных ручьев, расположенных в ряд и используемых для получения сразу нескольких поковок. Многоштучную штамповку применяют при получении коротких мелких поковок.
4.2.	Оборудование для объемной штамповки
Штамповочные молоты подразделяют на паровоздушные, фрикционные с доской, бесшаботные паровоздушные с ленточной связью баб, бесшаботные паровоздушные с гидравлической связью баб, импакторы и высокоскоростные.
Основным видом штамповочных молотов являются паровоздушные молоты двойного действия. Отечественная промышленность выпускает эти молоты с номинальной массой падающих частей 0,63...25 т, энергией удара 16...630 кДж, числом ударов 110...40 в мин и наименьшей высотой штампов без хвостиков 180...600 мм [3].
Фрикционные молоты с доской имеют номинальную массу падающих частей 500... 1600 кг, регулируемый рабочий ход бабы 900... 1500 мм, номинальную высоту штампов без хвостиков 180.. .260 мм и число ударов 42.. .38 в мин.
На этих молотах можно штамповать поковки массой до 2 кг в одно-, двухручьевых штампах. Однако эти молоты чаще используют для холодной правки поковок.
Бесшаботные молоты с ленточной связью имеют энергию удара 100...450 кДж (соответствует обычным молотам с массой падающих частей 5.. .22,5 т), суммарный ход баб 1000... 1250 мм, наименьшую высоту штампов без хвостовиков 375...575 мм и число ударов 10.. .6 в мин.
На этих молотах можно штамповать поковки массой от 15 до 500 кг.
Бесшаботные молоты с гидравлической связью баб имеют энергию удара 200... 1000 кДж (соответствует обычным молотам с массой падающих частей 10...50 т), суммарный ход баб 1200... 1800 мм и наименьшую высоту штампов без хвостовиков 450.. .600 мм.
На этих молотах штампуют крупные поковки массой 100... 1000 кг и более.
Молоты без взаимного уравновешивания соударяющихся частей могут быть как с равными, так и с неравными массами последних. Перемещение баб независимое друг от друга. Привод также делают независимым для каждой бабы. Такие молоты изготовляют с большой энергией удара, до 1500 кДж. На них штампуют крупные поковки массой до 1 т и более.
Импакторы являются разновидностью молотов с независимыми приводами равных по массе баб. Их выполняют горизонтальными.
Работа на импакторах может быть полностью автоматизирована. Ввиду малого времени самого удара и малого охлаждения заготовки на импакторах можно штамповать поковки с тонким полот
ном (турбинные лопатки) и ребрами из трудно деформируемых материалов. Импакторы имеют энергию удара 30.. .70 кДж.
Высокоскоростные штамповочные молоты бывают вертикальной или горизонтальной конструкции. Скорость при ударе на этих молотах составляет 20 м/с, т.е. в три раза выше обычной. Серийно высокоскоростные молоты выпускают с энергией удара 25...250 кДж, а иногда и до 630 кДж. Рабочие циклы составляют 5... 15 с.
4.3.	Разработка чертежа штампованной поковки
При разработке технологического процесса горячей объемной штамповки отправным пунктом является деталь, которую нужно получить. Конфигурация и размеры детали в основном определяют схему технологического процесса штамповки. По чертежу детали составляют чертеж поковки. От правильной разработки чертежа поковки зависит сложность, а иногда и возможность ее рационального изготовления.
Разработку чертежа поковки выполняют в следующей последовательности: а) выбирают поверхность разъема; б) назначают припуски, допуски и напуски; в) определяют штамповочные уклоны и строят линию разъема; г) определяют радиусы закруглений; д) в поковках с отверстиями конструируют наметки под пробивку и определяют размеры пленки под пробивку; е) решают прочие вопросы конструирования, связанные с расположением волокон в поковке, приемами и удобствами штамповки, с расположением баз последующей обработки резанием, мест клеймения, мест испытания на твердость и т.п.
Выбор поверхности разъема. Поверхностью разъема называется поверхность, по которой штампы соприкасаются между собой. Ее следует выбирать в виде плоскости или сочетания плоскостей и воздерживаться от выбора криволинейной поверхности.
Линией разъема называется замкнутая линия (и ее проекция), образуемая по поверхности разъема в стыке двух частей полости окончательного ручья. Линия разъема проходит по наружному контуру поковки. Обычно поверхность разъема является плоскостью, и в дальнейшем мы будем употреблять также термин «плоскость разъема».
При выборе плоскости разъема прежде всего нужно учитывать, чтобы поковку можно было вынуть из верхнего и нижнего штампов. Желательно, чтобы плоскость разъема совпадала с плоскостью двух наибольших габаритных размеров детали. Тогда третий габаритный размер будет высотой детали и окажется наименьшим. При этом полости штампа будут иметь наименьшую возможную глубину и наибольшую ширину и длину, что обеспечивает наибольшую прочность штампа, легкость его изготовления и хороший выем отштампованной поковки из неглубокой полости. Если поковка несимметричная, то глубокие полости должны располагаться в верхнем штампе, так как металл течет вверх лучше.
При выборе поверхности разъема следует учитывать: а) возможность контролировать сдвиг между верхним и нижним штампами по внешнему виду поковки после обрезки облоя; б) возможность получения наиболее простой формы линии разъема, что упрощает и удешевляет обрезной штамп.
Для возможности контроля сдвига между верхним и нижним штампами необходимо, чтобы плоскость разъема пересекала вертикальную поверхность поковки (рис. 4.5). Тогда линия разъема в верхнем и нижнем штампе будет одинаковой и при обрезке облоя сдвиг обнаружится, так как при сдвиге срежется часть сдвинутой верхней вертикальной поверхности поковки. Если на детали только одна бобышка, то поверхность верхнего штампа можно выбрать гладкой, а поковку расположить только в нижнем штампе (рис. 4.5,в). Но в этом случае при удалении облоя возникают затруднения, так как остаются острые кромки и получается некачественный срез.
а)	б)	в)
Рис. 4.5. Плоскость разъема штампов:
а - назначена правильно, сдвиг обнаруживается при обрезке облоя; б - назначена неправильно, сдвиг при обрезке облоя не обнаруживается; в — возможное расположение при односторонней бобышке;
1 - сдвиг; 2 - разъем
При выборе плоскости разъема следует учитывать и другие факторы, например, удобство и качество последующей обрезки облоя, необходимость уравновешивания сдвигающих сил, возникающих при штамповке изогнутых поковок и др.
Установление припусков, допусков и напусков. Штамповкой нельзя получить абсолютно точные поковки. Поэтому назначают допуски, которые учитывают недоштамповку поковки по высоте, износ ручья штампов, сдвиг штампов и другие факторы. Если чистота поверхности и точность поковки, обусловленная допусками, удовлетворяют требованиям, предъявляемым к готовой детали, то больше никаких припусков не назначают. Если допуски или чистота поверхности оказываются неудовлетворительными, то рассматривают возможность получения более точных поковок с применением калибровки, чеканки, улучшения самого процесса штамповки и нагрева. В случае если и это не дает решения вопроса, то назначают припуски на последующую обработку резанием. В припуски входит дефектный слой металла, вмятины от окалины, искривление поковки, обезуглероженный слой и т.д. Этот дефектный слой удаляют при обработке резанием.
При требуемой более высокой точности назначают дополнительный припуск на обработку резанием. Кузнечный припуск на сторону включает также и отрицательный допуск на сторону. Поэтому припуск и допуск взаимно связаны и зависят друг от друга. Припуски назначают только на отдельные поверхности поковки, в большей части поверхности сопряжения с другими деталями.
Допуски, припуски и кузнечные напуски при горячей штамповке стали назначают по ГОСТ 7505-89 для поковок массой до 250 кг и с линейным габаритным размером не более 2500 мм.
В соответствии с назначением изготавливаемых деталей поковки подразделяют на пять классов точности, которые устанавливают в зависимости от технологического процесса и оборудования, а также от предъявляемых требований к точности размеров поковок.
Класс 1 (Т1) - наибольшей точности, соответствует прецизионной штамповке и объемной калибровке. Классы Т4 и Т5 - это штамповка на молотах, КГШП и ГКМ в открытых штампах (с облоем). Класс указывают на чертеже поковки.
При назначении припусков и допусков учитывают класс точности, а также группу стали Ml, М2 или М3 (в Ml входят поковки из углеродистой стали с С < 0,35% и с легирующими элементами до 2%, М2 и М3 соответствуют легированным сталям с углеродом С > 0,35% и С < 0,65% или легирующими элементами более 5%). Кроме этого, учитывают степень сложности: Cl, С2, СЗ и С4. Степень сложности С равна отношению массы (объема) поковки Мп к массе (объему) геометрической фигуры Л/ф, в которую вписывают поковку (фигура представляет собой цилиндр или параллелепипед):
М С = —и-. М. ф
С1 выбирают при С > 0,63, С2 - при 0,32...0,63; СЗ - при 0,16...0,32 и С4 до 0,16.
Если поковка представляет собой диск толщиной t и диаметром £)п, то при t/Dn< 0,2 и t < 25 мм ее относят к С4. Расчетную массу поковки определяют по формуле Мпр = К9Ма, где Мя -масса детали, Кр - коэффициент, зависящий от группы поковки. Масса облоя и недеформируемая часть в расчетную массу поковки не входят.
Припуски и допуски назначают в зависимости от исходного индекса, который определяют исходя из массы поковки, группы стали, степени сложности и класса точности поковки. Кроме индекса, учитывают размеры поковки и шероховатость поверхности.
В таблицах для определения припусков и допусков по ГОСТ 7505-89 находят допускаемые размеры остаточного облоя (после обрезки облоя) и смещения половин штампа, которые зависят от упомянутых выше параметров.
При изготовлении поковок из заготовок, подвергаемых пламенному нагреву, допускается снижение точности на один класс, а также увеличение припуска от 0,5 до 1 мм в зависимости от массы поковки.
Размеры на поковки наносят только от установочных баз для обработки резанием. Припуски и выбор баз согласовывают с потребителем.
Следует упомянуть также и о возможности применения так называемых весовых допусков, что имеет особое значение в деталях, требующих балансировки в машинах, например в шатунах. В этом случае назначают определенные весовые отклонения от номинального веса поковки. В массовом, хорошо отлаженном производстве весовой допуск дает комплексную характеристику точности отштампованных поковок.
ГОСТ 7505-89 регламентирует также кузнечные напуски. В частности устанавливается напуск на отверстия при диаметре менее 30 мм, так как стойкость выступа для получения выемки в поковке с диаметром менее 30 мм будет очень мала.
К кузнечным напускам относят напуски от штамповочных уклонов.
Установление штамповочных уклонов. На все вертикаль
ные поверхности поковки назначают штамповочные уклоны, которые необходимы для того, чтобы поковку можно было легко и быстро вынуть из штампа после штамповки. Штамповочные уклоны, в частности, облегчают заполнение полости штампа осаживанием.
Различают наружные и внутренние штамповочные уклоны (рис. 4.6,а).
Рис. 4.6. Наружный упар и внутренний увн штамповочные уклоны (а); остывание поковки с наружными штамповочными уклонами (б); остывание поковки с внутренними штамповочными уклонами (в); осадка кромок полости ручья при недостаточных штамповочных уклонах или недостаточных радиусах (г):
1 - металл при остывании отходит от стенок ручья;
2 - металл при остывании прижимается к выступу ручья
Наружным штамповочным уклоном называют уклон, расположенный на такой поверхности поковки, которая в процессе остывания отходит от поверхности ручья штампа (рис. 4.6).
Внутренний штамповочный уклон увн располагают на поверхности поковки, которая при остывании прижимается к поверхности штампа (рис. 4.6,в). При этом металл плотно охватывает выступ ручья и снять его с этого выступа весьма затруднительно, если уклон имеет недостаточную величину. При плохом выеме поковки из штампа выступ сильно разогревается и торцовая часть его при следующей штамповке может подсаживаться, образуя форму в виде гриба. В этом случае снять поковку с выступа еще труднее.
При недостаточном наружном штамповочном уклоне или недостаточных радиусах на входе в полость ручья кромки полости ручья могут подсаживаться и выемка поковок будет затруднена (рис. 4.6,г).
Практикой установлено, что внутренние штамповочные уклоны должны быть больше наружных на 2...3°, а для наружных штамповочных уклонов в большинстве случаев достаточна величина в 5.. .7°, что и предусмотрено ГОСТ 7505-89.
Величина наружного штамповочного уклона зависит от отношения глубины соответствующей полости к ее ширине. Кроме этого, наружный штамповочный уклон зависит от формы полости в плане, от отношения длины к ширине. Чем больше это соотношение, тем меньше может быть выбран штамповочный уклон.
Внутренний штамповочный уклон зависит от тех же факторов, что и наружный, только вместо полости следует рассматривать выступ в штампе.
На величину штамповочного уклона влияет материал поковки, смазка штампов, наличие выталкивателя и другие факторы. Материал поковки и смазка штампов определяют коэффициент трения и силы трения, препятствующие выемке поковки из полости. Чем ниже коэффициент трения, тем меньше можно взять штамповочные уклоны.
Чем больше величина штамповочного уклона, тем больше напуск на поковке. Поэтому уклон стремятся брать минимально воз
можным. Кроме этого, стремятся унифицировать уклоны, выбирают для поковки не более двух-трех значений штамповочных уклонов.
Так как при изготовлении штампов используют стандартный набор фрез для выполнения штамповочных уклонов, то применяемые штамповочные уклоны имеют стандартные значения: 5, 7 и 10°. При штамповке на молотах уклоны 7 и 10°, на прессах с выталкивателями и на ГКМ 5 и 7°. Однако можно назначать и меньшие уклоны, 1°, 3°.
После назначения штамповочных уклонов проводят их корректировку с тем, чтобы линия разъема в верхнем и нижнем штампах была одинаковой. Это необходимо из условий обрезки облоя.
Определение радиусов закруглений. Все пересекающиеся поверхности поковки сопрягаются по радиусам. Радиусы закруглений подразделяют на наружные и внутренние (рис. 4.7). Наружные радиусы закруглений г назначают по ГОСТ 7505-89 (см. приложение 2) в зависимости от массы поковки и от глубины полости ручья (см. рис. 4.7). Внутренние радиусы закруглений R примерно в три раза больше соответствующих наружных радиусов, R = Зг.
В2
А
Рис. 4.7. Радиусы закруглений (наружные г и внутренние R) на поковках с соответствующими высотой h и шириной В
Когда радиусы закруглений выбраны, их надо согласовать с припусками. В углах поковки, наружных и внутренних, должны остаться припуски, не меньшие, чем на прилегающих участках поковки.
На радиусы закруглений назначают допуски, которые согласовывают с заказчиком.
Конструирование наметок и пленок под пробивку. При штамповке на молотах нельзя получить сквозное отверстие в поковке. Для облегчения последующей пробивки в поковке получают наметку с перемычкой-пленкой небольшой толщины. Если в дальнейшем отверстие сверлят, то наметку делают для экономии металла.
В зависимости от формы и размеров отверстий и поковок применяют пять типов наметок: а) наметка с плоской пленкой; б) наметка с раскосом; в) наметка с магазином; г) наметка с карманом; д) глухая наметка.
Плоская наметка показана на рис. 4.8,а. При конструировании плоской наметки большое значение имеет правильный выбор толщины пленки 5. В зоне пленки при штамповке происходит деформация осадки с боковым подпором. Величина удельных сил на выступах, образующих пленку, зависит от отношения диаметра пленки к ее толщине. При малой толщине пленки удельная сила велика и выступы, образующие наметку, могут быстро подсаживаться, получая форму гриба. Возможность такой подсадки усугубляется тем, что при малой толщине пленки последняя остывает и тем самым удельные силы на выступах увеличиваются еще больше, а сами выступы, находящиеся в окружении раскаленного металла, могут быстро нагреваться и потерять твердость и прочность.
При подсадке выступов поковка застревает в штампе, штамп разогревается и стойкость его резко снижается.
Вместе с тем, если сделать толщину пленки слишком большой, то требуются большие силы для последующей пробивки пленки, которые могут сильно деформировать поковку и затруднить пробивку.
Поэтому необходимо, чтобы величина S имела какие-то оптимальные значения для определенных условий. Практически
S
установлено, что отношение — должно быть равно 0,1 или S = O,1D.
Однако толщина пленки не должна быть менее 4 мм.
Плоскую наметку применяют при D < 80 мм. Если имеется предварительный ручей, то плоскую наметку используют до диаметра D < 55 мм.
Рис. 4.8. Наметки молотовых поковок:
а - плоская; б - с раскосом; в - с магазином; г - с карманом; 6 - глухая
Для диаметров D > 80 мм при отсутствии предварительного ручья и для наметок в предварительном ручье любых диаметров выбирают наметку с раскосом, облегчающим течение металла (рис. 4.8,6).
Предварительно рассчитывают величину S как для плоской наметки, а величины 5тах и 5min определяют как 5тах = 1,355 и 5min - 0,655.
Наметку с магазином (рис. 4.8,в) применяют при диаметрах D > 55 мм при наличии предварительного ручья, в котором делают наметку с раскосом. В наметке с магазином уменьшается толщина среза при пробивке пленки и не возникает больших удельных сил, так как металл отжимается в полость магазина.
Наметку с карманом (рис. 4.8,г) используют при D > 150 мм и h при низких поковках со сравнительно малым отношением — < 0,07.
Толщину пленки в месте среза при пробивке определяют по формуле 51 = 0,4 Jd . Данную наметку применяют в основном при штамповке в окончательном ручье предварительно осаженных плоских заготовок.
Глухую наметку (рис. 4.8,д) применяют с целью экономии металла, когда глубина наметки получается относительно большой и с большими радиусами R, в результате чего пробивка нецелесообразна и отверстие в дальнейшем получают сверлением.
Прочие вопросы конструирования молотовой поковки
Требования к расположению волокон в поковке указывают в чертеже детали. В общем случае расположение волокон должно соответствовать действию максимальных сил, возникающих в детали при ее работе.
При проектировании чертежа поковки необходимо учитывать также удобство штамповки, например, удобство выема поковки из штампа.
В качестве базы обработки резанием в поковке выбирают обычно участки с наибольшим диаметром или другие участки, удобные для захвата и фиксации поковки при обработке. Иногда делают специальные выступы на поковке, служащие в качестве баз обработки резанием.
Места клеймения на поковке выбирают на участках, которые впоследствии не обрабатывают и, желательно, на наиболее видных местах.
Место испытания на твердость выбирают по согласованию с конструкторами на плоских участках детали, удобных для зачистки и испытания.
В заключение проектирования чертежа поковки следует проверить возможность и рациональность: 1) упрощения или улучшения конструкции поковки; 2) унификации поковок для получения из них разных деталей; 3) разбивки детали на две или более поковок для штамповки их порознь с последующей сваркой или иным креплением; 4) штамповки по две и более деталей в одной поковке с последующей разрезкой; 5) штамповки развернутой поковки с гибкой после обрезки облоя на обрезном прессе; 6) применения калибровки или чеканки и др.
Следует сопоставить и учесть: 1) программу производства данной детали; 2) насколько ответственна деталь по ее назначению; 3) стоимость изготовления штампов; 4) производительность штамповки; 5) стоимость последующей обработки резанием.
Рентабельность конструкции поковки и технологии определяется этими факторами.
Технические условия на поковку указывают на чертеже поковки.
4.4.	Особенности штамповки на молотах
Штамповку на молотах выполняют в основном в открытых штампах. Молотовый открытый штамп показан на рис. 4.1.
Верхний штамп 1 крепят к бабе, а нижний 5 - к штамподер-жателю, закрепляемому на шаботе. Ход у молота нежесткий, поэтому штамп конструируют так, чтобы при последнем ударе его половинки сомкнулись на плоскости соударения. Кузнец следит, чтобы соударения не было, так как частое соударение может привести к разрушению штампа. Зазор между штампами образуется небольшой, а поковка получает несколько большую высоту, чем номинальная.
Методы штамповки на молотах. Рассмотрим два метода штамповки на молотах: штамповку из катаной заготовки и штамповку из кованой заготовки. Кроме этого, существует расчлененная штамповка.
При штамповке катаной заготовки штамп делают многоручьевым. В нем выполняют заготовительные ручьи для придания заготовке переходных форм перед штамповкой в окончательном ручье. В заготовительных ручьях, располагаемых на краях штампа, заготовка получает форму, необходимую для успешной штамповки в окончательном ручье. Штамповка производится быстро, с одного нагрева. Заготовку последовательно деформируют в ручьях штампа. Производительность очень высокая, благодаря чему этот способ находит в настоящее время в России наибольшее применение. Однако штамповка из катаной заготовки имеет ряд недостатков, среди которых следует упомянуть большую сложность и стоимость штампа, так как в штампе имеется несколько ручьев, а также эксцентриче
скую нагрузку на молот при штамповке заготовки в эксцентрически расположенных заготовительных ручьях.
При штамповке кованой заготовки штамп делают с одним окончательным ручьем, а заготовку предварительно отковывают на другом оборудовании. Чаще всего этим оборудованием служит один или два ковочных пневматических молота, которые устанавливают рядом со штамповочным молотом. На ковочном молоте используют специальные бойки по типу вырезных, в которых вначале отковывают заготовку и затем, с того же нагрева, передают на штамповку. Согласовать работу ковочного и штамповочного оборудования очень сложно, поэтому неизбежны потери в производительности. Кроме этого, необходимы один или два дополнительных кузнеца для работы на ковочных молотах. Все это снижает производительность труда. Однако штамп получается очень простым и дешевым.
При расчлененной штамповке применяют несколько штампов, которые устанавливают на рядом стоящих молотах. Штамповка идет с одного нагрева с последовательной передачей заготовки со штампа на штамп. Этот способ используют только в массовом стабильном производстве, так как переналадка всей линии молотов с одной поковки на другую практически невозможна.
В зависимости от способа расположения заготовки в окончательном ручье горячую штамповку на молотах подразделяют на штамповку осадкой в торец и штамповку плашмя. Выбор способа штамповки осадкой в торец или плашмя определяется формой поковки. В свою очередь способ штамповки определяет течение металла при штамповке.
Как видно из схемы штамповки (см. рис. 4.2,а-г), в общем случае металл заготовки должен заполнить углубления в ручье штампа истечением в них. Для разработки технологии штамповки важно знать, как заполняет металл углубления в полости штампа и каковы особенности его течения при штамповке на молотах.
При штамповке на молоте деформирование происходит за несколько ударов. После удара баба молота уходит вверх и наступает перерыв в процессе деформирования. Деформирование происходит с большой скоростью. В начале удара скорость бабы более 6 м/с.
При штамповке на молоте металл лучше заполняет полости верхнего штампа, чем нижнего. Это объясняется разными условиями охлаждения участков заготовки, контактирующих с нижним и верхним штампом.
Интенсивное охлаждение контактной поверхности заготовки происходит в момент удара при плотном контакте между заготовкой и стенками ручья. Когда баба молота уходит вверх и затем падает вниз, охлажденные поверхности заготовки прогреваются за счет теплоты ее внутренних слоев. Этот прогрев происходит неравномерно. Верхняя часть поковки прогревается быстрее, так как охлаждается воздухом, плохим проводником тепла, а нижняя часть поковки лежит в ручье и ее охлаждение происходит более интенсивно. При следующем ударе молота верхние слои заготовки, как более прогретые, деформируются лучше, чем нижние. Однако и нижние слои перед последующим ударом имеют более высокую температуру, чем в конце предыдущего удара. Поэтому металл хорошо заполняет как верхнюю, так и нижнюю полости при преимущественном течении в верхнюю полость.
Существенное значение для хорошего течения металла при штамповке под молотом имеет крайне малое время удара, т.е. самого процесса деформирования, в течение которого как раз и происходит интенсивное охлаждение поверхности заготовки. Время удара обычно не превышает 0,01 с и поэтому охлаждение поверхности заготовки незначительно.
Облегчает течение металла при штамповке на молоте и то обстоятельство, что после каждого удара окалина отваливается с поверхности заготовки и выдувается из штампа. Наличие окалины увеличивает коэффициент трения металла заготовки по стенкам штампа.
Хорошее заполнение при штамповке под молотом объясняется также и тем, что распространение пластической деформации при ударе начинается с контактных поверхностей и не успевает проникать за короткое время во внутренние слои заготовки, а при деформировании только контактных слоев как раз и возникают благоприятные условия для заполнения полостей. Металл стремится течь вверх и вниз и менее интенсивно в ширину.
Классификации поковок, штампуемых на молотах. При разработке технологии штамповки на молотах большое значение
имеет правильный выбор ручьев, от которого зависит не только экономичность процесса, но и возможность изготовления данной поковки вообще. Выбор ручья определяется, прежде всего, формой и размерами поковки. Обычно не представляет большого труда определить способ штамповки: штамповка плашмя (поперек оси заготовки) или штамповка осадкой в торец (вдоль оси заготовки). Применение тех или иных ручьев зависит от способа штамповки. Вместе с тем, сам способ штамповки определяется формой и размерами поковки. Кроме этого, существующие ручьи молотовых штампов и их групп применяют для определенных групп поковок соответствующей формы и соотношения размеров. Поэтому создана такая классификация поковок, с помощью которой был облегчен выбор необходимых для штамповки ручьев (табл. 4.1).
В классификации поковки разделены на группы и подгруппы в соответствии со следующими признаками:
а)	выбранный способ штамповки поковки: штамповка плашмя или штамповка осадкой в торец;
б)	форма и отношение основных размеров поковки, влияющие на применение тех или иных заготовительных ручьев или заготовительно-предварительных ручьев;
в)	формы поперечных сечений поковки, обуславливающие характер формоизменения при заполнении полостей штамповочного ручья и необходимость применения заготовительнопредварительных ручьев;
г)	формы главной оси поковки и линии разъема; главной осью поковки называют проекцию линии, проходящей через центр тяжести ее поперечных сечений, в плане; форма главной оси и линии разъема предопределяют применение особых заготовительных ручьев или необходимость уравновешивания сдвигающих сил при штамповке.
В зависимости от указанных признаков, в значительной степени определяющих характер технологического процесса штамповки, молотовые поковки сводятся к двум основным группам, содержащим девять подгрупп: группа 1-6 подгрупп и группа П - 3 подгруппы.
Классификация молотовых поковок
155
Таблица 4.1
Номер группы	Наименование и основная характеристика группы	Номер	Наименование и основная характеристика подгруппы	Характерные технологические особенности поковок подгруппы				Тип поковок			
		подгруппы					А				Б
1	2	3	4	5			6				7
	Поковки, штампуемые перпендикулярно оси заготовки (штамповка плашмя), удлиненной формы и приводимые к этой форме; длина поковки значительно больше ее средней ширины в плане; деформация поковки в штамповочных ручьях протекает, главным образом, за счет фор-моизменения в направлении высоты и ширины поковки, т.е. в направлении двух осей; в направлении главной оси поковки деформация весьма незначительная (плоскодеформи-рованное состояние); преобладание плоской деформации в процессе последней фазы штамповки - характерная особенность	1	Поковки удлиненные в плане с прямой линией разъема и прямой удлиненной главной осью; отношение длины к средней ширине поковки в плане — >2,5 Вер	Заготовительные операции, необходимые для распределения металла исходной заготовки в соответствии с площадями поперечных сечений поковки	Простых сечений трапеце получае при нези ливании В~1 °,		поперечны (круглые, идальные и мые в штам ачительноь металла	X Т.Д.), пе выдав- Б-Б Пиния ъагьема 4 ' Главная ось	Сложных поперечных сечений(ребристые, двутавровые и т.д.), получаемые при штамповке за счет значительного выдавливания металла		
I		2	Поковки удлиненные в плане с прямой линией разъема и прямой главной осью, при! 5< —<2,5 Вер	Заготовительные операции, необходимые для перераспределения металла исходной заготовки по длине в соответствии с площадями поперечных сечений поковки и дающие уширение заготовки	Прость угольн и Т.Д.), при не выдав; 0	jx сечений (пр ые,трапецеид получаемые в значительном пивании метаг Ли р(11 Б , „ |g		ямо-альные штампе ла кия ъема Б Б -1	Сложи сечем ровые при ил значит метал £ £	ых по й (ре ит.д ампо ельнс па	перечных бристые двутав-1, получаемые вке за счет эго выдавливания 1
156
Продолжение табл. 4.1
2
___________4_________
Поковки удлиненные в плане с прямой осью, имеющие фланец или бурт, с небольшой разницей в площадях поперечных сечений на участках стержня (S,»S3;S2 = S3)
5
6
Заготовительные операции - высадка фланца или бурта (тип А), а при большом объеме фланца (тип Б) также специальный протяжной ручей
С фланцем относительно небольшого объема
С фланцем большого объема
. 3™Pmin
Поковки с изогнутой осью; поковки, у которых или главная ось (типа А), или линия разъема (типа Б) представляют собой кривые (ломаные) линии; поковки при сравнительно небольших размерах (тип А) можно отнести к подгруппе 5 (тип А, с отростками). При сравнительно небольшом перепаде h (тип Б) поковку можно отнести к подгруппе 1; при относительно малом z - к подгруппе 5 (тип Б, с развилинами) Поковки удлиненные с отростками и развилинами; с односторонне смещенными элементами конфигурации, приводящими к плавному или резкому искривлению главной оси (тип А);
Кроме переходов по перераспределению объема исходной заготовки (если таковые требуются) для поковок типа А применяется гибка, как правило, в гибочном ручье; для поковок типа Б гибка в специальном ручье не применяется, так как заготовка изгибается при ее деформации в штамповочных ручьях (предварительном и окончательном). При этом требуется уравновешивание сдвигающихся усилий при штамповке Применение кроме требуемых заготовительных ручьев, как правило, заготовительнопредварительного ручья; для типа А заготовительнопредварительного ручья
С кривой главной осью с поперечными сечениями простых (а) и сложных (6) форм
Линия
С кривой линией разъема с поперечными сечениями простых (а) и сложных (б) форм
С вытянутой осью и отростком
С развилиной, приводимые к подгруппе с вытянутой осью (подгруппа 1) за счет значительной длины разви-
лины велико) или
длины стержня х0
Продолжение табл. 4.1
157
1	2	3	4	5	6	7
I		5	поковки, у которых главная ось на некотором участке ab проходит не по сплошному телу поковки, а между отдельными ее элементами, составляющими развилину (тип Б)	со специальным элементом, обеспечивающим выход металла в упрощенную полость под отросток. Применение в отдельных случаях формовочного ручья для смещения металла в сторону отростка; при значительной длине отростка х0 применяется также метод штамповки в свернутом виде с последующей (после обрезки облоя) разводкой. Применение для производства поковок типа Б заготовительнопредварительного ручья со специальным элементом в штампе (рассекателем), служащим для разгона металла по направлению от оси ас в полости под развилину	т-зф» Отристок t*i'j “~~ЯЗ‘1^/Эеппя1тй 1	1 б)	¥ U ш • I Уш EBdSs	в ||
		6	Поковки удлиненные комбинированной конфигурации. Поковки, изготовляемые методом расчленения процесса штамповки и комбинирования агрегатов сообразно со спецификой отдельных элементов поковок. Поковки приводят к подгруппам 1-5 с изменением их формы; после штамповки на молоте поковки штампуют на других агрегатах	Применение различных штамповочных агрегатов, удовлетворяющих требованиям рациональной штамповки отдельных элементов поковки	Изготовляемые на молоте в сочетании с прессом или со специальными машинами	Изготовляемые на молоте в сочетании с горизонтально-ковочной машиной А-А SL » Aft	Aft
158
Продолжение табл. 4.1
1	2	3	4	5			б			7
II	Поковки, штампуемые вдоль оси заготовки (штамповка осадкой в торец); круглые и квадратные в плане или близкие в этой форме; с двумя примерно равными размерами в плане во взаимно перпендикулярных направлениях или у которых основной элемент круглой (квадратной) формы имеет отростки	1	Поковки круглые и квадратные в плане; поковки типа колец, втулок, шестерен, поршней, круглых фланцев и т.д.: диаметром DnM в плане (тип А); поковки типа фланцев, кожухов, крышек и т.д.: квадратные в плане Вм*ВПо. или близкие к ним по форме (Г„. =-В„0„типБ)	Штамповка осадкой, выдавливанием и прошивкой	Круп обла, давл полу1 ем ос с раз	1ые, получаемые с преданием осадки и вы-ивания металла (а); деемые с преобладани-;адки и прошивки дачей металла (б)			‘й'	ные, получаемые паданием осадки ливания (а); полу-с преобладанием прошивки с разда- алла (б) A-А повернута i	А
							б)		а)	(>)
II	Штамповка поковок этой группы происходит чаще всего за счет совместного протекания различных видов формоизменения: осадки (высадки), выдавливания и прошивки в условиях объемно деформированного состояния	2	Поковки типа крестовин и с отростками. Поковки типа крестовин (тип А) и поковки круглые и квадратные в плане с различно расположенными отростками х0 (тип Б)	См. подгруппу 1	Типе сима ным вой ным	крс лет| и от цли и вь А, ф	зстовин с четырьмя >ично расположен-ростками одинаковы (а) и вертикаль-ступами (б) й'| и) ЦТ	С несимметрично расположенными отростками (а) и отростками различной длины х0(б) о) . 	61	1			
Окончание табл. 4.1
1	2	3	4	5	6				7		
	Преобладание объемной деформации в процессе штамповки	3	Поковки с фланцами, цилиндрическим или коническим стержнем без впадин	Штамповка высадкой фланца или бурта (тип А); при большом объеме фланца (тип Б) дополнительно применяют специальный протяжной ручей или только последний	С относитель объемом флг		но небольшим нца 4		С большим фланца 14 < Ф 			>бъемом 3 лсу3т,п 4
							—	^min		i-	J «min
159
4.5.	Ручьи молотовых штампов
При штамповке на молотах в большинстве случаев применяют катаную заготовку. Соответственно этому способу штамп делают многоручьевым (рис. 4.9). Штамповку производят с одного нагрева последовательно, передавая заготовку из одного ручья в другой. Применяемые ручьи имеют различное назначение и вид. Все ручьи можно подразделить на три группы.
К первой группе относят штамповочные ручьи: окончательный и предварительный. Полость окончательного ручья в точности соответствует форме поковки. Для облоя предусматривают облойную канавку. Предварительный ручей также в основном повторяет форму поковки, но облойная канавка отсутствует и облой вытекает на плоскость разъема штампов. Назначение штамповочных ручьев - окончательное формоизменение заготовки и получение поковки.
Рис. 4.9. Многоручьевой молотовой штамп и переходы штамповки изогнутой в плане поковки:
1 - поковка; 2 - подкатной ручей; 3 - протяжной ручей; 4 - окончательный ручей; 5 - гибочный ручей; 6 - предварительный ручей;
7 - исходная заготовка; 8 - протяжка; 9 - подкатка; 10 - гибка;
11 - предварительная штамповка; 12 - окончательная штамповка
Ко второй группе относят заготовительные ручьи, в которых производят предварительное, грубое деформирование исходной заготовки, получают благоприятную форму для штамповки в штамповочных ручьях с относительно малым отходом металла в облой. Заготовительные ручьи можно подразделить на подгруппы в зависимости от применяемого способа штамповки в окончательном ручье: поперек оси заготовки (штамповка плашмя) и вдоль оси заготовки (штамповка осадкой в торец).
К заготовительным ручьям, применяемым при штамповке плашмя, относятся: а) формовочный; б) подкатной (открытый и закрытый); в) протяжной (открытый и закрытый); г) пережим-ной; д) площадка для расплющивания; е) площадка для протяжки; ж) гибочный.
К заготовительным ручьям, применяемым при штамповке осадкой в торец, относятся площадка для осадки и специальный формовочный ручей.
Существует еще два заготовительных ручья: высадочный и специальный протяжной. Эти ручьи применяют как при штамповке плашмя, так и при штамповке осадкой в торец.
К третьей группе относят отрубные ручьи: передний и задний ножи, которые служат для отделения отштампованной поковки от прутка при штамповке от прутка или от кратной заготовки, а также для отделения клещевины от поковки.
Окончательный ручей. Полость окончательного или чистового ручья выполняют по чертежу горячей поковки. Так как поковка после штамповки охлаиодается и размеры ее уменьшаются на величину усадки, то для требуемых размеров поковки необходимо, чтобы размеры полости окончательного ручья были бы больше, чем размеры холодной поковки на величину предполагаемой усадки. Для стали величина усадки равна примерно 1,5%. Поэтому все размеры холодной поковки увеличивают на 1,5% и получают чертеж горячей поковки (иначе его называют чертежом поковки для изготовления штампа).
Кроме полости, необходимо сконструировать облойную канавку и выемку под клещевину.
Облойная канавка предназначена для расположения в ней облоя. Существующие типы облойных канавок можно подразделить на две группы: канавки без магазина и канавки с магазином (рис. 4.10).
При конструкции по рис. 4.10,а облой получают одинаковым по высоте h0. Фактическая его ширина &ф.о при большом объеме будет большой. Ввиду относительно малой высоты (толщины) облоя он может сильно охлаждаться при штамповке, а в сочетании с малой высотой и большой шириной требуются большие силы для его деформирования. Кроме этого, благодаря такому облою в полости штампа возникают высокие напряжения, которые могут разрушить штамп.
В случаях конструкции облойной канавки по рис. 4.10,6 облой в конце штамповки будет деформироваться только по узкой полоске мостика канавки, которая имеет ширину Ъ. Толщина облоя на мостике равна h0. В магазине облой не деформируют и, следовательно, он не участвует в создании повышенных удельных сил в полости ручья.
Рис. 4.10. Облойные канавки:
а - без магазина; йф.о - ширина облоя фактическая; feOK - ширина облойной канавки; б - с магазином
Облой имеет технологическое назначение. Он создает сопротивление вытеканию металла из полости штампа, закрывает выход металла из полости по всему периметру поковки, благодаря чему полость штампа заполняется.
При штамповке заготовка вначале осаживается (см. рис. 4.2,а), затем часть металла вытекает в облойную канавку и по мере обжатия облой закрывает выход остального металла из полости (см. рис. 4.2,6), полость заполняется (см. рис. 4.2,в). В дальнейшем излишки металла вытекают из полости, происходит до-штамповка поковки, которая необходима по ряду причин. Исходная заготовка имеет отклонения по объему. Для гарантии за
полнения полости металлом с учетом облоя в заготовке должен быть избыток металла, гарантирующий заполнение полости при любых отклонениях в сторону уменьшения объема заготовки. В этот период доштамповки желательно, чтобы облой оказывал минимальное сопротивление вытеканию из полости. Как установлено экспериментами и практикой, основное влияние на рост напряжений в полости штампа оказывает толщина облоя h0. Однако имеет существенное значение также и его ширина. Облой, образующийся в канавке по рис. 4.10,а, в период доштамповки создает значительно большее давление в полости штампа, чем облой с той же толщиной h0, но образующийся в канавке по рис. 4.10,6. Поэтому облойную канавку по рис. 4.10,6 применяют в большинстве случаев. Облойную канавку по рис. 4.10,а применяют для простых круглых в плане поковок, когда облой невелик по объему и его ширина не намного превосходит ширину мостика Ь, т.е. лежит в пределах 5... 10 мм. В дальнейшем будем рассматривать облойную канавку с магазином. Магазин играет положительную роль в процессе доштамповки поковки, так как облой в магазине не деформируется и не создает добавочного сопротивления вытеканию металла из полости. В период доштамповки поковки и с того момента, как ширина облоя стала больше мостика Ь, увеличение давления в полости штампа происходит в основном за счет уменьшения толщины облоя h0.
Размеры облоя по мостику, прежде всего, должны быть таковы, чтобы в полости перед периодом доштамповки были созданы такие давления, которые были бы достаточны для заполнения всех наиболее труднозаполнимых ее участков. Если эти давления будут больше необходимых для заполнения полости, то штамп может быстро разрушиться. Если же давления будут слишком малы, то потребуется большой объем металла для облоя и может оказаться, что вообще поковка с четкими очертаниями не получится. Таким образом, размеры облоя по мостику и его объем взаимосвязаны. Размеры облоя по мостику должны быть таковы, чтобы его объем получился по возможности минимальным. После штамповки облой подвергают обрезке. Чем больше толщина облоя, тем труднее обрезка. При этом поковка может сильно деформироваться. Однако слишком малая толщина h0 приводит к чрезмерно большим давлениям в полости поковки.
Необходимы оптимальные размеры облоя по мостику h0 и Ь, при которых удельные силы в полости штампа и объем облоя не будут слишком велики, а толщина не затруднит существенно его обрезку.
Из рассмотрения назначения облоя на двух этапах штамповки (процесса заполнения и процесса доштамповки) М.В. Афанасьев пришел к выводу, что толщину облоя h0 надо рассчитывать исходя из этапа заполнения полости.
М.В. Афанасьев предложил эмпирические формулы для определения толщины облоя. На основании опытных данных А.В. Ребельский скорректировал эти формулы и получил для круглых поковок h0 - 0,015Z)nOK и для удлиненных поковок h0 = 0,015 -\/FI0K , где £>пок - диаметр круглой в плане поковки и Fn0K - площадь проекции поковки в плане.
По А.В. Ребельскому, ширину облоя b определяют в зависимости от сложности поковки в вертикальном сечении после определения h0.
Выемкой для клещевины (рис. 4.11) называют специальную полость, которую делают против штамповочных ручьев со стороны фронта штампа. Эта полость предназначена для размещения части прутка или клещей, которыми удерживается заготовка, а также для облегчения удаления поковки из ручья при штамповке без клещевины.
Нижний штамп
Рис. 4.11. Выемка под клещевину
Размер В берут в зависимости от диаметра прутка (заготовки) или клещей, если в выемке располагают клещи с зажатой частью прутка. Размер Н = 1,2В, а размер 5КЛ > 35.
Выемка для клещевины одновременно используется для контроля правильности изготовления полости ручья с помощью отпечатка (отливки) полости. Заливку производят сплавом свинца с оловом, полиэтиленом, парафином или другими легкоплавкими материалами, имеющими малую усадку. По отливке контролируют форму и размеры полости. Если для штамповки выемка под клещевину не требуется, например, при штамповке осадкой в торец, то размеры и форму выемки под клещевину изменяют, так как назначение ее в этом случае только для заливки.
Предварительный ручей. Для повышения стойкости окончательного ручья в штампах выполняют предварительные ручьи, которые по форме и размерам полости близки к окончательным. Предварительный ручей применяют при штамповке поковок с глубокими полостями в штампах.
В этом случае стойкость одного окончательного ручья оказывается низкой, полости могут не заполняться, поковки залипают и с трудом вынимаются из нее, что приводит к быстрому перегреву штампов и потере твердости их материала. При применении предварительного снимается основная нагрузка с окончательного ручья и стойкость последнего резко повышается. Так как предварительный ручей имеет несколько упрощенную форму по сравнению с окончательным, то заполнение его происходит легче и выемка поковки из полости облегчается. После предварительного ручья поковка в окончательном ручье только подсаживается с незначительным истечением металла в полости, так как в основном оформление поковки закончено.
По форме и размерам полости предварительный ручей почти ничем не отличается от окончательного (рис. 4.12). Штамповочные уклоны делают такими же, как и в окончательном ручье. Только на слишком глубокие полости в предварительном ручье иногда назначают штамповочные уклоны несколько большие (на 2°). Радиусы закруглений в предварительном ручье больше, чем в окончательном. В местах переходов закругляют кромки.
Облойной канавки в предварительных ручьях не делают. Облой выплывает на плоскость разъема штампов и поковка в предварительном ручье получается как бы недоштамповочной на толщину (относительно большую) облоя. За счет осадки большей толщины поковки и происходит деформация в окончательном ручье. Кромку полости предварительного ручья по плоскости разъема закругляют радиусом 7?ь который больше радиуса R окончательного ручья на 3...7 мм, что предупреждает возможность залипания поковки в предварительном ручье (см. рис. 4.12).
б)
Рис. 4.12. Сечение ручья: а — предварительного; б — окончательного ручья
Кроме предварительных ручьев, есть заготовительно-предварительные ручьи. Заготовительно-предварительный ручей служит для получения формы, близкой к окончательной, и одновременно на некоторых участках значительно отличается от окончательного. Он выполняет также роль заготовительного ручья, обеспечивая значительное продольное и поперечное смещение металла на отдельных участках. Заготовительнопредварительный ручей применяют для поковок с отверстиями, с развилинами, двутаврового сечения, с отростками и др.
При изготовлении поковок с отверстиями наметка отверстия в предварительном ручье отличается от наметки в окончательном ручье. В предварительном ручье применяют наметку с раскосом, а в окончательном - наметку плоскую или с магазином.
Для поковок с развилинами заготовительно-предварительный ручей делают со специальным рассекателем (рис. 4.13), которым поступающая в ручей заготовка рассекается на две развилины. В заготовительных ручьях такого распределения металла по развилинам получить невозможно и подготовка
Рис. 4.13. Заготовительнопредварительный ручей для поковки с развилиной
перед штамповкой в окончательном ручье оказывается недостаточной.
Поковки с двутавровым или тавровым сечением в заготовительно-предварительном ручье получают упрощенную форму
Рис. 4.14. Сечение по ручью: а - окончательному; б - заготовительно-предварительному
либо в виде прямоугольника (вместо двутавра), либо в виде плавного двутавра (рис. 4.14,6).
При штамповке поковок с отростками в заготовительнопредварительном ручье полость под отросток выполняют упрощенной формы и с плавным переходом от основной части ручья, чем облегчают его заполнение.
В предварительном ручье глубокие полости делают в верхнем штампе, так же как и в окончательном, поскольку металл при штамповке течет вверх лучше. Из предварительного в окончательный ручей поковка поступает без кантовки, в том же положении относительно плоскости разъема.
При штамповке симметрич-
ных относительно плоскости разъема поковок со значительными выступами с целью обеспечения заполнения полостей штампа
заготовку при переносе из предварительного в окончательный ручей кантуют на 180°.
Заготовительные ручьи, применяемые при штамповке плашмя
Формовочный ручей (рис. 4.15) предназначен для придания заготовке формы, приближающейся к форме поковки в плане, с тем, чтобы заготовку можно было жить в окончательный ручей. При этом штамповка облегчается, а облой уменьшается.
Рис. 4.15. Формовочный ручей:
а — вид на ручей в изометрии и заготовка 1 после обработки в ручье; б — нижний штамп с формовочным ручьем 2 в плане; в - продольное вертикальное сечение ручья; г - поперечное сечение ручья (заготовка 4 вышла за пределы ручья);
д - сечение окончательного ручья с заготовкой 3 из формовочного;
2?ф и Нф - размеры заготовки в сечении после формовочного ручья
В формовочном ручье по заготовке наносят 1...2 удара, после чего заготовку переносят в окончательный ручей с кантовкой на 90°, так как вертикальное сечение заготовки соответствует контуру поковки в плане (рис. 4.14,6).
Формовочный ручей не служит для значительного перераспределения металла по длине исходной заготовки. Если поковка имеет сложную форму для штамповки, когда разница в площадях сечений, перпендикулярных оси поковки, велика, то заготовка поступает в формовочный ручей не исходная, а предварительно обработанная в подкатном или протяжном ручьях, где перераспределяется металл по длине исходной заготовки. Все продольные сечения формовочного ручья типа А-А одинаковые. Формовочный ручей открытый со стороны боковой грани штампа. Профиль формовочного ручья (сечения А-А) строят вписыванием в контур окончательного ручья в плане (рис. 4.15,в). Поперечные сечения Б-Б имеют типовую форму (рис. 4.15,г). В местах наибольшего обжатия исходной заготовки требуется наибольшая ширина ручья В. Ширину В выбирают из условия свободного расположения деформированной заготовки. Если заготовка выходит за пределы ручья при обжатии, то это может привести к зажимам на поковке при деформировании в окончательном ручье (см. рис. 4.15,г, контуры заготовки).
На некоторых участках с резкими переходами контур формовочного ручья в сечении А-А может пересекаться с контуром окончательного ручья в плане. Контуры формовочного ручья должны быть плавными, обеспечивающими течение металла исходной заготовки без каких-либо затруднений. При штамповке мелких поковок применяют многоштучную штамповку. Окончательные ручьи располагают при этом цепочкой. В этом случае формовочные ручьи вписывают в цепочку окончательных ручьев, а между участками окончательных ручьев делают в формовочных ручьях плавные перемычки.
Подкатной ручей (рис. 4.16) предназначен для увеличения площадей поперечных сечений исходной заготовки в одних местах и уменьшения площадей поперечных сечений исходной заготовки в других местах. В одних местах происходит набор металла или, как говорят, подкатка металла или подъем, а в других - пережим металла, уменьшение площади поперечного сечения и объема. Материал исходной заготовки течет в направлении стрелок М и перераспределяется по различным сечениям, причем эти сечения по площади соответствуют площадям попе
речных сечений поковки с двухсторонним облоем. При обработке в подкатном ручье заготовку поворачивают вокруг оси на 90° после каждого удара. По форме поперечного сечения (А-А) подкатные ручьи бывают открытые (рис. 4.16,а,б), в которых металл свободно течет в стороны по стрелкам N, и закрытые (рис. 4.16,в,г). Ввиду действия наклонных стенок деформирование заготовки вдоль оси в закрытых ручьях происходит более интенсивно.
Рис. 4.16. Подкатные ручьи:
а — вид на подкатной открытый ручей в изометрии; б — продольное и поперечное сечения подкатного открытого ручья; в — вид на подкатной закрытый ручей в изометрии; г - продольное и поперечное сечения подкатного закрытого ручья; 1 - подкатанная заготовка в минимальном сечении;
2 - место набора; 3 - исходная заготовка; I - длина участка пережима металла, А - высота участка набора металла
Из подкатных ручьев заготовка поступает в штамповочные, а иногда в гибочный или формовочный. Продольный профиль подкатных закрытых ручьев иногда делают несимметричным относительно плоскости разъема. В этом случае подкатной ручей играет роль формовочного ручья. Подкатные ручьи могут
иметь неодинаковую ширину по длине ручья и различное поперечное сечение, открытое и закрытое.
Профиль подкатных ручьев строят в соответствии с расчетной заготовкой, о чем будет сказано ниже.
Протяжной ручей (рис. 4.17) служит для увеличения длины исходной заготовки за счет уменьшения площади ее поперечных сечений. Протяжной ручей бывает открытым (см. рис. 4.17) и закрытым. Для закрытого ручья сечение в месте порога соответствует поперечному сечению закрытого подкатного ручья (см. рис. 4.16,б,г). В открытом ручье обработка заготовки аналогична протяжке на плоских бойках. После каждого удара заготовку кантуют на 90°. После каждого второго удара производят подачу заготовки, на порог протяжного ручья подают новый участок заготовки, который обжимают. Далее процесс повторяют.
Рис. 4.17. Протяжной ручей (открытый):
1 - сечение протянутой заготовки; 2 - исходная заготовка; 3 - порог (боек)
В закрытом протяжном ручье обработка аналогична протяжке в вырезных бойках при ковке. Здесь деформация происходит более интенсивно.
Протяжной ручей можно выполнить наклонным в плане, расположенным под углом а к боковой грани штампа. Это сокращает площадь, занимаемую ручьем на штампе, но создает неудобства для контроля длины протягиваемой части заготовки.
Расчет протяжных ручьев производят в соответствии с расчетной заготовкой.
Пережимной ручей (рис. 4.18) предназначен для уширения заготовки в некоторых сечениях и для небольшого перераспределения металла по длине исходной заготовки.
Рис. 4.18. Пережимкойручей:
а — поковка, требующая применения пережимного ручья; б — нижний штамп с пережимным ручьем 2 в плане; в - продольное и поперечное вертикальные сечения; 1 - контур заготовки после пережимного ручья; 3 - исходная заготовка;
4 - сечение, большее чем у исходной заготовки (h > D,iT); 5 - сечение, меньшее чем у исходной заготовки ( h < £>заг); 6 - фасонное сечение пережимного ручья;
7 - минимальное сечение пережатой заготовки
Этот ручей применяют для поковок с относительно большой шириной в плане. Типичная поковка, требующая применения нережимного ручья, показана на рис. 4.18,а. В пережимном ручье наряду с уширением заготовки металл перетекает из одного сечения в другое, а также пережимается участок раздела поковки и остальной заготовки. Значительного перераспределения металла в пережимном ручье получить нельзя. Поэтому пережимной ручей применяют для поковок, у которых площади вертикальных, перпендикулярных оси сечений изменяются незначительно, т.е.
5i ® S2 ~ 53.
В пережимной ручей заготовка поступает чаще всего исходная, иногда после обработки в протяжном ручье. Заготовку в пережимном ручье не кантуют. При обработке по заготовке наносят 1...2 удара. Из пережимного ручья заготовку переносят в штамповочный ручей без кантовки, т.е. в том же положении относительно плоскости разъема. Профиль пережимного ручья (рис. 4.18,в) строят индивидуально для каждой поковки и рассчитывают в зависимости от расчетной заготовки. Ширину ручья выбирают исходя из ширины поковки, причем В ~ Впок.
Заготовка, поступающая из пережимного ручья, должна укладываться в штамповочный ручей с небольшим зазором по ширине.
Площадку для расплющивания (рис. 4.19) применяют для поковок, приближающихся в плане к форме прямоугольника, у которых площади вертикальных, перпендикулярных оси поковки сечений либо равны, либо отличаются крайне незначительно. В некоторых случаях подвергают расплющиванию также предварительно протянутые или подкатанные заготовки. Заготовки при расплющивании получают такие размеры, которые перекрывают определенные выступы или углубления фигуры окончательного ручья. При этом предотвращается опасность получения зажимов и других дефектов в поковке. Вместе с тем, сбивается окалина, ввиду чего поковки получаются чистыми и повышается стойкость штампа, так как окалина действует как абразив.
/1 /1
Рис. 4.19. Площадка для расплющивания
Н3- высота расплющенной заготовки
Площадка для расплющивания - это специальное углубление, площадка на плоскости разъема штампов, куда заготовку укладывают плашмя и по ней наносят 1...2 удара. От площадки для расплющивания к облойной канавке окончательного ручья делают плавный переход, чтобы попавшая случайно в область канавки заготовка при расплющивании не была резко деформи
рована, что исключило бы ее дальнейшее использование, так как приводило бы к браку по зажимам. Ширина площадки В = Впок.
Рис. 4.20. Площадка для протяжки: В — ширина; Ц — длина, г > 10 мм
Площадку для протяжки (рис. 4.20) применяют для протяжки концевого участка.
При штамповке поковок с клещевиной площадку для про
тяжки часто применяют для протяжки клещевого конца заготовки. За этот оттянутый клещевой конец удерживают заготовку при штамповке. При протяжке конца заготовки его диаметр уменьшается и уменьшается объем металла, расходуемого на клещевину, чем экономится металл.
Некоторые поковки имеют такую форму, при которой требуется оттяжка концевого участка неболь
шой длины или ступенчатая оттяжка конца. В этих случаях приме
няют площадку для протяжки.
Площадку для протяжки располагают с краю штампа или между ручьями. Обработку заготовки производят за несколько ударов аналогично протяжке на плоских бойках при ковке. После каждого удара заготовку кантуют, поворачивают на 90° вокруг оси и наносят следующий удар. Затем заготовку продвига
ют дальше на площадку для протяжки, производят подачу и наносят следующий удар и т.д. Силу ударов регулируют в зависимости от требуемой величины обжатия.
Гибочный ручей (рис. 4.21) предназначен для изгиба заготовки и некоторой ее формовки в соответствии с формой окончательного ручья в плане. Гибочный ручей применяют при штамповке поковок с изогнутой осью, которые в окончательном ручье располагают этой изогнутой осью в плане (см. рис. 4.9). Из гибочного ручья заготовка поступает в окончательный ручей с кантовкой на 90°, так же как и из формовочного ручья. Гибочный ручей обычно располагают с правой стороны штампа. По заготовке наносят 1...2 удара. Заготовка поступает в гибоч
ный ручей как исходная, так и из протяжного или подкатного ручьев.
В гибочном ручье производят некоторую формовку, поэтому он в известной степени заменяет формовочный. Продольное вертикальное сечение гибочного ручья (см. рис. 4.9) строят вписыванием в контур окончательного ручья в плане. На штампе получаются выступы, выходящие за пределы плоскости разъема, чего нет в формовочном ручье. Для большой прочности выступов разъем по гибочному ручью сдвигают относительно остальной плоскости разъема штампа таким образом, чтобы выступы в верхнем и нижнем штампах были одинаковы по высоте. Для укладки заготовки в нижнем штампе в ручье необходимо предусмотреть две опоры: спереди и сзади ручья. Эти опоры называют «рогами». Они нужны для того, чтобы заготовка при деформации не выворачивалась и не было бы удара по клещам. Для этого же служат и выемки на «рогах» и на выступе верхнего штампа, который первым касается заготовки при деформации. В ручье предусматривают упоры для фиксации заготовки. Передним упором служит выемка для клещевины, но которой в месте пережима можно фиксировать заготовку, поступающую из подкатного ручья, где уже будет получен пережим к клещевине. Исходную заготовку или заготовку из протяжного ручья следует фиксировать по заднему упору, имеющему вид выступа, в который упирается заготовка. Вблизи выступа в верхнем штампе делают более длинную выемку, чтобы предотвратить возможный зажим заготовки в начале деформирования. Ширину ручья определяют как и для формовочного. Так как существуют впадины и выступы, заходящие в них, то необходимо между ними сделать зазор ЛА, предохраняющий от соударения кромок выступа и выемки при сдвиге штампов (см. рис. 4.21).
Если гибку производят в нескольких местах одновременно, то такая гибка приводит к растяжению и защемлению. Ее называют гибкой с защемлением. При этом необходимо делать возможно большие радиусы закруглений.
Рис. 4.21. Гибочный ручей
Заготовительные ручьи, применяемые при штамповке осадкой в торец
Площадку для осадки (рис. 4.22) применяют при штамповке поковок типа шестерен и квадратных в плане, которые штампуют осадкой в торец. По заготовке наносят 1.. .2 удара и получают осаженную заготовку с размерами Яос и Z>oc (см. рис. 4.22). Применение площадки для осадки необходимо по ряду причин. При резке на пресс-ножницах коротких заготовок с отношением Нзат < 1,25Озаг не обеспечивается требуемое качество торцов, поэтому для обеспечения более качественного реза увеличивают длину заготовки Нж - 1,25...1,5£>заг. При осадке с заготовок сбивается окалина, вследствие чего повышается стойкость чистового ручья и качество поковок. Осаженную заготовку легко центрировать в окончательном ручье. Кроме этого, при осадке снимается часть необходимой работы деформирования с окончательного ручья и он меньше разогревается.
Осадкой достигают перераспределение металла в заготовке, соответствующее хорошему заполнению полости окончательного ручья с минимальным отходом на облой, а также лучшему расположению волокон, в особенности в поковках шестерен. Однако при применении осадки затрачивается работа на деформацию заготовки (поскольку заготовка могла быть большего сечения) и уменьшается производительность при штамповке. Вместе с тем, окалину можно снять с заготовки, например, гидроочисткой.
А-А
Рис. 4.22. Площадка для осадки (а) и осаженная заготовка (б)
Диаметр осаженной заготовки принимают равным Doc = Dn0K - 3...5 мм. При таком диаметре заготовку легко центрируют в чистовом ручье.
Площадку для осадки (рис. 4.22,а) располагают непосредственно на зеркале штампа в переднем левом углу, так как слева обычно располагается печь, и путь заготовки к этому ручью будет кратчайшим. Для размещения площадки для осадки штамп делают шире в левую сторону. Если штамп снабжен кольцевыми направляющими, то для образования площадки для осадки в них делают угловой вырез.
Размеры площадки для осадки рассчитывают исходя из свободного расположения на ней заготовки. Часто с целью сокращения габаритов штампа делают плавный переход (см. рис. 4.22,а) от площадки для осадки к прилегающей части облойной канавки.
При этом заготовка частично может осаживаться в области канавки.
Специальный формовочный ручей (рис. 4.23) применяют при штамповке поковок с отростками, в частности, при штамповке поковок типа крестовин. Заготовку осаживают на площадке для осадки, а затем переносят в специальный формовочный ручей с кантовкой на 90°, где укладывают на ребро в выемку ручья. По заготовке наносят один удар, и металл втекает в углубления ручья в верхнем и нижнем штампах. Заготовку с четырьмя отростками (рис. 4.23,в) переносят в окончательный ручей с кантовкой на 90°. При этом отростки укладываются в соответствии с по-
лостями для них в окончательном ручье.
Рис. 4.23. Штамп со специальным формовочным ручьем для штамповки крестовины: а — исходная заготовка; б - осаженная заготовка; в - заготовка после формовочного ручья; г - поковка с облоем; 1 - площадка для осадки;
2 - специальный формовочный ручей; 3 - окончательный ручей
Заготовительные ручьи, применяемые как при штамповке плашмя, так и при штамповке осадкой в торец
Высадочный ручей (рис. 4.24) служит для увеличения одного из сечений исходной заготовки (набор металла), которое происходит за счет уменьшения длины заготовки.
По вертикально установленной заготовке наносят 1...3 удара. Первый удар является центрирующим или установочным, а остальные рабочими. После заполнения конической полости ручья металл вытекает в полость между штампами, образуя нужное увеличение сечения. Сечение может быть увеличено в 2...3 раза и более. Необходимое количество ударов зависит от размеров и формы ручья и заготовки.
Рис. 4.24. Высадочный ручей (а) и поковка (б)
Объем полостей высадочного ручья равен объему соответствующих частей заготовки, причем фланец должен располагаться свободно в штамповочном ручье.
Объемы Vi, У2 и Уфл должны быть равны объемам Уь У2 и Уф соответствующих частей поковки с отходами. Более узкую и высокую полость делают в верхнем штампе.
Поковку из ручья вынимают без затруднений. Полости 1 и 2 делают глубиной 2...3d1>2 и даже до 3,5Ji2. Полость под фланец делают открытой для лучшего выема. Высадочный ручей не увеличивает штамповый кубик, его располагают с края штампа (рис. 4.24).
Диаметр исходной заготовки О заг выбирают равным или несколько меньшим диаметра меньшей вершины конической полости. Длину определяют из объема заготовки. Высадке подле-
жат заготовки с отношением < 3. Если 3 и возможно
D	D
заг	заг
искривление при высадке, то увеличивают диаметр исходной за-готовки и предусматривают специальный протяжной ручей. При предварительной протяжке концов заготовки получают меньшую длину высаживаемой части. Если в специальном протяжном ручье нет необходимости, то после опробования он в дальнейшем не употребляет и в следующих штампах его не делают.
Частичное заполнение полостей высадочного ручья или эксцентричность высаживаемой части допустимы, поскольку при последующей штамповке в окончательном ручье происходит перераспределение металла.
Высадочный ручей имеет ряд отличий по сравнению с подкатным и протяжным ручьями.
В подкатном ручье можно увеличить сечение заготовки в 1,3... 1,6 раза за 8 ударов и требуется клещевина, на которую расходуется от 5 до 20% массы исходной заготовки. В высадочном ручье сечение легко увеличивается в 2...3 и более раз за 2...3 удара и клещевина не требуется. В протяжном ручье обычно требуется еще больше ударов, чем в подкатном и высадка еще более выгодна. С помощью высадочного ручья можно изготовлять такие поковки, которые ранее без предварительной подготовки ковкой или высадкой на ГКМ получить было невозможно.
Высадочный ручей применяют также при штамповке осадкой в торец поковок типа стержня с фланцем.
Специальный протяжной ручей (рис. 4.25) предназначен для протяжки на конус концевых участков большой длины. При обработке в этом ручье по заготовке наносят 2.. .4 и более ударов, со-провождаемых кантовкой на 90° вокруг оси заготовки и подачей в осевом направлении. Специальный протяжной ручей применяют в сочетании с высадочным ручьем, а также отдельно при штамповке поковок с фланцами осадкой в торец. Размеры специального протяжного ручья определяют в соответствии с размерами высадочного ручья или непосредственно в соответствии с размерами стержневой части поковки.
А-А
Рис. 4.25. Специальный протяжной ручей
Отрубные ручьи молотовых штампов. Отрубные ручьи служат для отделения отштампованной поковки от прутка, когда исходный пруток предварительно не разделяют на отдельные заготовки или исходная заготовка служит для последовательного изготовления ряда отдельных поковок. Поковку укладывают перемычкой на лезвие ножа и одним ударом отсекают от заготовки. Отрубной ручей располагают в одном из углов штампа на переднем или заднем углу. В зависимости от этого различают передний отрубной ручей (передний нож) и задний отрубной ручей (задний нож). Оба ручья имеют типовую форму.
Передний нож (рис. 4.26,а) располагают под углом а к боковой грани штампа.
В полости ручья располагают поковку, причем плоскость разъема поковки устанавливают вертикально для уменьшения размера отрубного ручья в плане. Передний нож является более производительным, работать с ним удобнее, так как он располагается близко к штамповщику. Но передний нож занимает место на передней грани штампа, которое может понадобиться для второго заготовительного ручья. Кроме этого, полость переднего ножа может оказаться очень глубокой, так как ширина поковки с облоем может быть велика. В этих случаях применяют задний нож.
а)	Л—А	б)
Рис. 4.26. Отрубные ручьи: а - передний нож; б - задний нож
Задний нож (рис. 4.26,6) располагают так же, как и передний, под углом а к боковой грани штампа. Поковку с облоем располага
ют сзади штампа, а в полости ручья располагают пруток, диаметр которого меньше ширины поковки с облоем в плане. Поэтому по-
лость заднего ручья мельче, а сам ручей прочнее, чем передний. Но работать на нем менее удобно и менее производительно.
Рис. 4.2 7. Поперечное сечение отрубного ручья
При штамповке с лезвиями обычной конструкции с плоским участком по плоскости разъема шириной 5...6 мм (рис. 4.27) на заготовке остается тонкий заусенец («ус»). При последующей штамповке этот «ус» может дать зажим, во избежание чего в заготовительных ручьях делают специальную канавку для «уса». Если изменить конструкцию (рис. 4.27) и сделать заострения, то при отрубке
никакого «уса» не получается, но острие быстро тупится.
4.6.	Технология штамповки на молотах
Выбор ручьев молотовых штампов. При выборе ручьев молотовых штампов рекомендуется вначале рассмотреть, как штампуют поковки с аналогичным распределением металла и массой, и затем приступить к выбору.
Ниже рассмотрены обычные случаи штамповки в открытых штампах, когда все ручьи располагают в одном штампе. В противном случае рекомендуют производить штамповку в двух штампах, установленных на рядом стоящих молотах. Штамповку следует осуществлять с одного нагрева и с применением механизации для быстрой передачи заготовки с молота на молот.
Необходимость штамповки на двух молотах может быть вызвана также сложностью конфигурации поковки (высокие ребра и бобышки, тонкие стенки и т.д.), чувствительной к сдвигу и требующей поэтому центрального расположения штамповочных ручьев в двух отдельных штампах.
Выбор ручьев производят в зависимости от группы и подгруппы поковки по табл. 4.1 и в соответствии с размерами поковки и формой ее поперечных сечений.
Поковки группы I, подгруппы 1. При штамповке этих поковок применяют следующие заготовительные ручьи: формовочный, подкатной открытый, подкатной закрытый и протяжной. Выбор того или иного ручья или комбинации ручьев определяется конфигурацией поковки, и его можно проводить с помощью расчетной заготовки, эпюры сечений расчетной заготовки и коэффициентов подкатки.
Построение расчетной заготовки. Расчетной называют условную (воображаемую) заготовку с круглыми поперечными сечениями, площади которых равняются суммарной площади соответствующих сечений поковки и облоя [2,4, 5].
Отсюда следует, что
5Э = ^п+ 25о = 5п+2^5Об.к,	(16)
где 5Э - площадь поперечного сечения расчетной заготовки в произвольном месте; 5П - площадь поперечного сечения поковки в произвольном месте; 50 - площадь сечения облоя; 5обк - площадь сечения канавки для облоя, определяемая по таблицам для канавки типа 1 (см. рис. 4.10,6) или соответствующим подсчетом для канавок других типов; % - коэффициент заполнения канавки. Внутренний облой следует полностью отнести к поковке, т.е. включить в величину 5П.
Диаметр расчетной заготовки в произвольном месте находят из равенства
(17)
Рассчитав ряд значений d3 для характерных поперечных сечений поковки, отложив отрезки полученных диаметров на линиях этих сечений симметрично по отношению к оси и соединив отрезками прямых и плавными кривыми концевые точки, получим чертеж расчетной заготовки или эпюру приведенных диаметров (рис. 4.28). Построение расчетной заготовки рекомендуют производить в натуральную величину, т.е. в масштабе 1:1.
Если в масштабе М отложить по ординатам величины характерных сечений 5Э в виде отрезков, то, соединив концы этих отрезков, получим эпюру сечений расчетной заготовки (см. рис. 4.28):
Следовательно, эпюрой сечений называют такую диаграмму, каждая ордината которой в определенном масштабе М представляет собой соответствующую площадь поперечного сечения расчетной заготовки.
Поковка.
Средняя расчетная заготовка
1С Головка
Расчетная заготовка
Выступ db
Эпюра среднего сечения .
Эпюра сечений
Рис. 4.28. Поковка, элементарная расчетная заготовка и ее эпюра сечений (поА.В. Ребелъскому)
Площади отдельных ее элементов, будучи помножены на принятый масштаб М, представляют собой величину объемов соответствующих элементов расчетной заготовки:
Vx = F3X  М,	(19)
где Vx - объем любого х-го элемента расчетной заготовки;
F3X - площадь соответствующего элемента эпюры сечений.
Объем расчетной заготовки в целом равен объему поковки с облоем:
V3 = F3M.	(20)
Средней расчетной заготовкой называют цилиндр диаметром dcp, длиной, равной длине поковки (£пок = 4), и объемом Упоб, равным сумме объемов поковки и облоя Уо (см. рис. 4.28).
Исходя из этого определения, можно найти Упоб по формуле
Vnx)6=VaoK+Vo=V3 = F3-M,	(21)
где Уэ - объем поковки с облоем, примерно равный объему расчетной заготовки.
Площадь сечения средней расчетной заготовки
V	V
S =	(22)
ср L	I
1IOK э
диаметр средней расчетной заготовки
^=1,13^	(23)
Объем расчетной заготовки и ее средний диаметр можно также определить, пользуясь эпюрой сечений, предварительно подсчитав тем или иным методом ее площадь F3.
Высота эпюры среднего сечения
Л,..Р=^;	(24)
площадь сечения средней расчетной заготовки, найденная с помощью эпюры сечений:
Scp=Kcp-M.	(25)
При этом в направлении оси эпюр (по линии абсцисс) принят масштаб 1:1.
Часть расчетной заготовки (и соответствующая часть эпюры сечений), в пределах которой d3 > dcp, называют головкой.
Часть расчетной заготовки (и соответствующая часть эпюры сечений), в пределах которой d3 < dcp, называют стержнем.
Разницу между объемом головки Уг и объемом средней заготовки в пределах головки называют недостающим объемом:
Кнед=К-^Ч.	(26)
При этом К находят как объем тела вращения. Значение Уг.нед иногда удобнее определять через недостающую площадь/г головки эпюры сечении:
Vr.^=fr-M.	(27)
Разницу между объемом средней заготовки в пределах стержня и объемом стержня Vc называют избыточным объемом:
^=^4 "К,	(28)
где Vc определяют как объем тела вращения.
Значение Ус.Изб иногда удобнее определять через избыточную площадь стержня эпюры:
Кизб =ЛЛзб-^-	(29)
Если для поковки с отверстием или выемкой форма головки получает резкие очертания (рис. 4.29), то такую головку нужно привести к плавной форме (см. пунктир на рис. 4.29) из расчета сохранения ее объема. Эту линию легче определить сначала на эпюре сечений, так как удобнее приравнивать между собой отрезаемую и прибавляемую площади. Определив таким путем приведенную наибольшую высоту эпюры /гэ тах, можно найти соответствующий наибольший диаметр расчетной заготовки:
Уклон (конусность) стержня
V- _	— ^min	/э
причем если контур стержня состоит из ломаной линии, кривой линии или стержень имеет выступ, то для нахождения размера перехода стержня в головку нужно привести стержень расчетной заготовки к виду усеченного конуса, пользуясь формулой
Рис. 4.29. Способ приведения
расчетной заготовки с резким очертанием к плавной форме:
1 - эпюра диаметров;
2 - приведенная эпюра диаметров
d = 3,82^-0,75<. -0,5J . ,	(32)
к 41 ’ -J	1 mm ’ min ’	v z
V с
где dm\n - наименьший диаметр расчетной заготовки.
Часто величину JK удобнее определять, пользуясь эпюрой сечений, имея в виду, что
< =1,13757 = 1,137^-^	(33)
и что стержень эпюры можно привести к трапецеидальному виду (приближенно). Тогда /гк можно определить по формуле
2F
(34)
где F3 C - площадь приведенной эпюры стержня; Л, min - см. рис. 4.28.
Расчетную заготовку, содержащую только одну головку с односторонне расположенным стержнем, называют элементарной расчетной заготовкой. Ей будет соответствовать элементарная эпюра сечений (см. рис. 4.28).
Сложной является такая расчетная заготовка, которая содержит одну головку с двусторонним стержнем или две и более головок. Соответственно и эпюра сечений будет сложная (рис. 4.30).
Рис. 4.30. Приведение сложной эпюры (головка - двусторонний стержень) к двум элементарным (поА.В. Ребельскому)
Сложную расчетную заготовку и соответственно сложную эпюру сечений можно представить в виде ряда элементарных, построив линии раздела.
1.	Если расчетная заготовка и эпюра представляют собой головку с двусторонним стержнем (см. рис. 4.30), то следует найти такое расстояние х, на протяжении которого недостающая часть объема головки равнялась бы избыточному объему прилегающего стержня (У1г - Vlc). Положение искомой линии раздела проще найти на эпюре сечений, так как здесь должно быть соблюдено равенство площадей:/1г =/ic.
Определив таким образом линию раздела, получим две элементарные эпюры с длинами 11э и 12э.
2.	Если расчетная заготовка и соответственно эпюра представляют собой стержень с двумя головками при незначительной конусности стержня К < 0,1 (рис. 4.31), то следует распределить избыточный объем с таким расчетом, чтобы недостающий объем в головке Vir равнялся избыточному объему Vic на участке искомой длины стержня, причем, определяя место линии раздела (х), рекомендуется для быстроты решения пользоваться равенством площадей на эпюре сечений:
/1г а fie-
Рис. 4.31. Приведение сложной эпюры с двумя головками к двум элементарным
3.	При наличии двух головок и стержня конусностью К > 0,1 (рис. 4.32) следует для нахождения линии раздела отложить от минимального сечения расчетной заготовки расстояние, равное amin, получив таким искусственным приемом два участка. Для полученных участков следует определить средние сечения, исходя из объемов этих участков, или, что проще, из площадей этих участков на эпюре сечений.
В случае когда головки расчетной заготовки достаточно близко расположены друг к другу, можно путем осреднения привести их к одной головке, подобно тому, как это сделано на рис. 4.29.
4.	Если на расчетной заготовке есть граница, откуда начинается конусность К > 0,1 в противоположных направлениях, то эту границу и нужно считать линией раздела. Для полученных двух участков следует построить отдельные средние расчетные заготовки на эпюре сечений - отдельные эпюры средних сечений по участкам.
5.	Если расчетная заготовка и соответственно эпюра сечений содержит три и более головки, то приведение такой сложной расчетной заготовки к ряду элементарных нужно производить исходя из указанного основного принципа распределения избыточного объема стержня меяоду недостающими объемами головок.
6.	Если при наличии трех и более головок некоторые участки стержня имеют конусность К > 0,1, то при приведении к элементарным расчетным заготовкам нужно принимать во внимание указания п. 3.
Рис. 4.32. Приведение к элементарным расчетным заготовкам сложной заготовки (две головки - стержень), когда стержень имеет значительный уклон
Коэффициент подкатки. Средняя расчетная заготовка является первым приближением к исходной заготовке, необходимой для штамповки данной поковки. Поэтому целесообразно сравнивать расчетную заготовку со средней расчетной заготовкой. При таком рассмотрении нетрудно установить, что при штамповке хуже всего будут заполняться те сечения поковки, которые имеют соответствующий максимальный диаметр расчетной заготовки. Чем больше будет разница в диаметрах Jmax и dcp и соответственно в площадях сечений 5тах и 5ср, тем больший набор металла или большую подкатку металла необходимо обеспечить в заготовительных ручьях. Необходимый общий коэффициент подкатки определяют по формуле
о	12
•	__ umax ___ ^max
подк.общ. ~	~	,2
\р «ср
(35)
В заготовительных и штамповочных ручьях можно получить только определенную подкатываемость, характеризуемую А'подк.ручья, для каждого типа ручья. В нескольких ручьях можно получить суммарную подкатываемость. Так как обработка идет
последовательно по ручьям, получим следующую формулу для коэффициента суммарной подкатки:
с	с	с
гт	__ м max ручья 1 ‘“,шахручья2	м max ручья п  
/'_сумм.подк.ручьев	«	«	“с
°исх ° max ручья 1 а тахручьяп-1
__ *^тах ручья и   ту	ту	ту 0	'’подк.ручья! '’подк.ручья2**’ v подк.ручья л5
^исх
где ^тахручья 1,2...п - максимальная площадь сечения заготовки после штамповки в 1, 2 и п ручьях соответственно; 5ИСХ - сечение исходной заготовки;	„ - коэффициенты подкатки в 1,
у шах ручья 1,х««.д	хх	'
2,..	. п ручьях.
Выбор заготовительных ручьев. Количество ручьев с соответствующей подкатываемостью должно быть выбрано таким образом, чтобы суммарный коэффициент подкатки в них был больше или равен необходимому общему коэффициенту подкатки и чтобы количество ручьев было минимальным.
Расчет проводят по формуле
К < К	636^
Значения A"noaKpy4M для заготовительных ручьев следующие: для формовочного ручья 1,2; для подкатного открытого 1,3; для подкатного закрытого 1,6.
Подкатываемость может быть получена в окончательном и предварительном ручьях: Якокон = 1,05; Спреда = 1,1.
Подкатываемость в трех ручьях: подкатном закрытом, предварительном и окончательном равна	= 1,6 • 1,1 • 1,05 = 1,8.
При выборе заготовительных ручьев необходимо учитывать следующие основные замечания:
1.	Если расчетная заготовка элементарная, то заготовительные ручьи определяют непосредственно по расчету 7^подк. общ-
При наличии на расчетной заготовке таких выступов с отношением -^->1,2 или головки сложной конфигурации реко-d  min
мендуется, кроме протяжного ручья (если по расчету получается
протяжной ручей), применять еще формовочный или подкатной открытый ручьи.
2.	Если получается сложная расчетная заготовка с общим для всех участков средним сечением d^, то следует определить заготовительные ручьи для каждой элементарной расчетной заготовки и выбрать наиболее трудоемкий процесс. Например, если для трех участков сложной эпюры соответственно требуется по расчету протяжной, подкатной открытый или подкатной закрытый, то для расчетной заготовки в целом следует применить протяжной и подкатной закрытый ручьи.
Если по расчету для всех участков получается только протяжной, то в целях фиксации расстояний между головками рекомендуется применять еще формовочный или подкатной открытый ручьи.
3.	Если получается сложная расчетная заготовка с различными средними сечениями Jicp, <72сР и т.д. по участкам, то следует определить заготовительные ручьи для каждой элементарной расчетной заготовки, исходя из ее tZmax и <7ср, и выбрать наиболее трудоемкий процесс.
При условии, когда cpmax > 1,2, следует применить протяж-^cpmin
ной ручей, сделав раствор протяжного ручья а (рис. 4.17) в соответствии с .
ср mm
4.	Если для расчетной заготовки в целом требуется только протяжной ручей и штамповка ведется с клещевиной, то при <Уср > 30 мм нужно применять еще подкатной открытый ручей для получения перешейка между поковкой и клещевиной.
5.	Если по цеховым условиям приходится применять заготовку сечением большим, чем это необходимо по расчету, то в таких случаях применение протяжного ручья (или в крайнем случае площадки для протяжки) обязательно.
6.	Вместо протяжного ручья следует применять площадку для протяжки: а) для оттяжки конца, длина которого в исходной заготовке меньше ее толщины; б) для грубой оттяжки равномерного по толщине или ступенчатого конца.
7.	Если заготовка после подкатного или протяжного ручья резко выходит за контуры штамповочного ручья в плане, то еле-
дует применить дополнительно формовочный ручей. В определенных случаях вместо подкатного и формовочного ручьев можно применить один несимметричный подкатной ручей.
8.	Необходимо увязать выбор заготовительных ручьев с применяемой комбинацией штамповочных ручьев: а) применение заготовительно-предварительного ручья упрощает процесс по заготовительным ручьям; б) отмена предварительного ручья часто влечет за собой необходимость более тщательной обработки исходной заготовки в заготовительных ручьях.
9.	Применение высаженной на горизонтально-ковочной машине заготовки, вальцованной заготовки или периодического проката значительно упрощает процесс по заготовительным ручьям и часто позволяет производить штамповку без заготовительных ручьев.
Выбор штамповочных ручьев. Для поковок подгруппы 1 типа А (см. табл. 4.1) применяют окончательный ручей. Для поковок типа Б (см. табл. 4.1) применяют предварительный и окончательный ручьи, а в некоторых случаях предварительнозаготовительный и окончательный ручьи, в зависимости от формы и соотношения размеров поперечного сечения поковки.
Поковки группы I, подгруппы 2. При штамповке этих поковок применяют заготовительные ручьи: пережимной и площадку для расплющивания. Выбор ручьев проводят аналогично поковкам подгруппы 1 с помощью расчетной заготовки, эпюры сечений расчетной заготовки и коэффициентов подкатки. По размерам расчетной заготовки определяют общий необходимый коэффициент подкатки по формуле (35).
Величина Л’ПОДк.ручья для пережимного ручья равна 1,2, а для площадки для расплющивания 1,0.
В трех ручьях: пережимном, предварительном и окончательном
^„№„=1’2-1,1-1,05 = 1,4.
Ручьи выбирают аналогично 1 подгруппе по неравенству (36). Если Л’подк.общ > 1,4, то поковку следует относить к подгруппе 1, группе I. При этом не исключается возможность применения пережимного ручья.
Ориентировочно можно рекомендовать при общ < 1Л применять площадку для расплющивания вместо пережимного ручья.
Для поковок подгруппы 2 типа А применяют окончательный ручей, а для поковок типа Б - предварительный и окончательный ручьи, а в некоторых случаях - предварительно-заготовительный и окончательный ручьи в зависимости от формы и соотношения
размеров поперечного сечения поковки.
Поковки группы 1, подгруппы 3. При штамповке этих поковок применяют заготовительные ручьи высадочный и специальный протяжной. При штамповке поковок типа А применяют высадочный ручей, а при штамповке поковок типа Б применяют специальный протяжной и высадочный ручьи.
Эти ручьи рекомендуются при наличии одного фланца или 5
бурта, требующего А"подк общ = ——> 1,8 (см. формулу (35)), и 5ср
при относительно небольшой длине хвостовика.
При А’подк общ < 1,8 или при большой длине хвостовика поковки относят к группе I, подгруппе 1, типу А.
Для поковок подгруппы 3 применяют окончательный ручей, а для увеличения стойкости окончательного ручья и уменьшения прилипания применяют еще предварительный.
Поковки группы I подгруппы 4. Поковки подгруппы 4 требуют гибки, которую производят либо в гибочном ручье (тип А), либо непосредственно в штамповочном ручье (тип Б). Для поковок типа А необходимы такие же заготовительные ручьи, как и
для поковок подгруппы 1. Для поковок типа Б при > 2,5
применяют заготовительные ручьи, как для поковок подгруппы
1, а при < 2,5 - как для поковок подгруппы 2. Выбор ручь-&СР
ев производят с помощью расчетной заготовки, эпюры сечений расчетной заготовки и коэффициентов подкатки.
Форма поковки и степень протяжки заготовки при гибке обусловливают построение расчетной заготовки одним из следующих трех способов.
1.	Построение расчетной заготовки по развертке (рис. 4.33) применяют для поковок плавных форм, требующих гибки без значительного растяжения заготовки. При этом строят развертку по линии, проходящей на расстоянии 1/3 толщины t от внутреннего контура поковки. Затем производят построение расчетной заготовки и эпюры сечений развертки, как для поковки с вытянутой осью.
Рис. 4.33. Построение расчетной заготовки по развертке:
1 - поковка; 2 - развертка; 3 - расчетная заготовка развернутой поковки; 4 - эпюра
2.	Построение расчетной заготовки по элементам (рис. 4.34) применяют для поковок с резкими перегибами, требующими гибки со значительным растяжением заготовки на соответствующих участках.
При этом выделяют участки, не подвергающиеся растяжению в процессе гибки (элементы длиной \ и /3 на рис. 4.34,а), что достигается проведением лучей ОВ и ОС из центра О дуги перегиба; для этих элементов соответствующие участки расчетной заготовки (рис. 4.34,6) строят исходя из сечений, перпендикулярных к осям ab и cd.
Рис. 4.34. Построение расчетной заготовки но элементам: а - поковка в плане; б — расчетная заготовка развернутой поковки
Длину элемента 12 определяют построением главной оси поковки на участке перегиба. Из центра О проводят ряд сечений (ОМ, ОЕ и т.д.) и определяют положение точек 1, 2, 3, представляющих собой проекции центров тяжести соответствующих их сечений (ОМ, ОЕ и т.д.) на план поковки. Длина кривой bl, Ь2, ЬЗ...Ьс и представляет собой искомую длину 12. Затем находят площади поперечных сечений (ОМ, ОЕ и т.д.) поковки с облоем, соответствующие диаметры расчетной заготовки d3i, d32 ..., которые откладывают на линиях, проходящих через точки 1, 2, 3... Таким образом получают элемент расчетной заготовки на участке изгиба поковки (второй элемент расчетной заготовки в рассматриваемом случае).
3.	Построение расчетной заготовки непосредственно по сечениям применяют для поковок с такой формой линии разъема (рис. 4.35,а) или главной оси (рис. 4.35,6), которым требуется применение гибки при небольшом удлинении заготовки. Построение расчетной заготовки проводят непосредственно по сечениям, как для поковок с вытянутой осью (I-I) (см. табл. 4.1). По размерам расчетной заготовки определяют общий необходимый коэффициент подкатки по формуле (35). Коэффициент подкатки гибочного ручья А"подк. гиб = 1,2. При выборе других заготовительных ручьев рекомендуется пользоваться приведенными выше данными и рекомендациями для поковок подгруппы 1.
а)
Рис. 4.35. Построение расчетной заготовки непосредственно по сечениям
Гибочный ручей выполняет роль формовочного и применяется для поковок подгруппы 4 типа А. Для поковок подгруппы 4 типа А, поз. а применяют окончательный ручей, для поковок типа А, поз. б - предварительный и окончательный ручьи, а в некоторых случаях - предварительно-заготовительный и окончательный ручьи в зависимости от формы и отношения размеров поперечного сечения поковки.
Для поковок подгруппы 4 типа Б необходимо уравновешивание сдвигающих сил. Для поковок типа Б, поз. а применяют окончательный ручей, а для поковок типа Б, поз. б - предварительный и окончательный ручьи и иногда предварительнозаготовительный и окончательный ручьи.
Поковки группы I подгруппы 5. Заготовительные ручьи требуются такие же, как и для поковок подгруппы 1, поскольку поковки удлиненные.
Для поковок подгруппы 5 типа А в ряде случаев необходимо применение формовочного ручья в целях одностороннего смещения металла в сторону отростка. Иногда вместо подкатного и формовочного ручьев целесообразно применить несимметричный подкатной ручей.
Для поковок подгруппы 5 типа А применяют заготовительно-предварительный ручей. Для поковок типа Б применяют заготовительно-предварительный ручей с рассекателем и окончательный ручей. Рассекатель необходим для разделения заготовки по полостям развилин.
В зависимости от формы и размеров поковок иногда целесообразно применять различные варианты штамповки поковок в свернутом виде (вводится промежуточная форма поковки, в которой некоторые элементы общей конфигурации, например отростки, располагаются близко к основному элементу поковки) с последующей после удаления облоя разводкой элементов поковки. В других случаях, например для поковок с весьма узкой развилиной и длинным стержнем, целесообразно проводить штамповку в развернутом виде (при штамповке в молотовом штампе расстояние между развилинами увеличено) с последующей сверткой по требуемой форме.
Поковки группы I, подгруппы 6. Выбор заготовительных ручьев зависит от того, к какой подгруппе можно привести поковку. Поковки приводят к подгруппам 1-5 с изменением формы поковки для рациональной штамповки на молоте и последующей штамповки на другом оборудовании. В зависимости от приведения поковки к соответствующей подгруппе проводят выбор заготовительных ручьев аналогично выбору для данной подгруппы.
Выбор штамповочных ручьев и варианта штамповки также зависит от приведения поковки к соответствующей подгруппе и проводится аналогично выбору для данной подгруппы.
В данном разделе мы не касаемся штамповки от кратной заготовки или от прутка, при которых требуется применение отрубного ручья, о чем будет сказано ниже.
Следует иметь в виду рациональность применения в ряде случаев заготовки, высаженной на горизонтально-ковоч- ной машине, проката периодического профиля или заготовки, полученной вальцовкой на ковочных вальцах.
Поковки группы II
Поковки группы II, подгруппы 1. При штамповке поковок подгруппы 1 назначают только один заготовительный ручей -площадку для осадки. Иногда вместе с осадкой в заготовке делают неглубокую наметку или выступ. Если диаметр исходной заготовки близок к диаметру поковки, то площадку для осадки не применяют. При большом диаметре поковки (-Опок > 300 мм) вместо площадки для осадки выполняют осадку заготовки на отдельных плоских бойках.
Для поковок подгруппы 1 типа А применяют один окончательный ручей. Предварительный ручей можно применять для повышения стойкости окончательного ручья. Для поковок подгруппы 1 типа Б применяют предварительный и окончательный ручьи. Если в поковках типа А или Б прошивают отверстие, то желательно применение предварительного ручья.
Поковки группы П, подгруппы 2. При штамповке поковок подгруппы 2 применяют два заготовительных ручья: площадку для осадки и специальный формовочный ручей.
Для поковок подгруппы 2 типа А с относительно короткими отростками применяют площадку для осадки, а при большом размере 5П0К > 300 мм - осадку заготовки на отдельных плоских бойках. Затем заготовку подвергают осадке в направлении диаметра, в результате чего получают заготовку, близкую в плане к квадратной.
Такая осадка заготовки (в направлении диаметра) необходима для очистки торцов заготовки от окалины. Поэтому при наличии безокислительного нагрева целесообразно применить для штамповки крестовин заготовку квадратного сечения и не прибегать к боковой ее осадке после торцовой осадки. Полученную заготовку следует положить в окончательный ручей так, чтобы направление ее диагоналей совпало с направлением отростков ручья, и тем самым облегчить затекание металла в полости под отростки. При относительно длинных отростках рекомендуется в целях экономии металла применять штамп со специальным формовочным ручьем.
Для поковок подгруппы 2 типа А назначают один окончательный ручей. Для повышения стойкости окончательного ручья можно использовать предварительный ручей.
Для поковок подгруппы 2 типа Б при относительно коротких отростках выбирают один окончательный ручей, иногда предварительный и окончательный ручьи.
При весьма длинных отростках рекомендуется применять заготовительно-предварительный ручей с плавными переходами от отростков к внутренней части фигуры. Такие сложные поковки рекомендуется штамповать в двух штампах на двух рядом стоящих молотах, предпочтительно с одного нагрева и с механизацией передачи заготовки от первого молота ко второму.
Поковки группы Д подгруппы 3. При штамповке поковок подгруппы 3 используют два заготовительных ручья - высадочный и специальный протяжной.
При штамповке поковок типа А назначают высадочный ручей, а при штамповке поковок типа Б назначают специальный протяжной и высадочный ручьи. В случае несложного фланца при штамповке поковок типа Б можно применить один специальный протяжной ручей.
Для поковок подгруппы 3 применяют один окончательный ручей. При сложном фланце, заполняемом выдавливанием при штамповке, с целью повышения стойкости окончательного ручья иногда применяют предварительный ручей.
Расчет массы и размеров исходной заготовки
Расчет массы заготовки. Масса исходной заготовки складывается из массы поковки и отходов:
бзаг блок боб бут бклещ ’
Массу поковки блок определяют умножением объема поковки на плотность у(для стали у = 7,85 кг/дм3). Объем поковки подсчитывают по номинальным горизонтальным размерам и номинальным вертикальным размерам плюс половина положительного допуска. Такой подсчет проводят потому, что величина недоштамповки получается практически равной половине положительного вертикального допуска.
Массу облоя <2о6 определяют как долю от объема канавки для облоя, помноженную на плотность:
боб = (0,75...0,8)5обкР,
где Р - периметр поковки в плоскости разъема; 50б.к - площадь поперечного сечения облойной канавки.
Массу угара <2уг берут в зависимости от способа нагрева. При нагреве в мазутной печи масса угара составляет 2...3% массы заготовки. При нагреве в газовой печи масса угара равна 1,5...2% массы заготовки. При электронагреве масса угара равна 0,5... 1 % массы заготовки.
Массу клещевины бклещ определяют в зависимости от диаметра заготовки или оттянутой под клещевину части заготовки. Площадь поперечного сечения заготовки или оттянутого конца умножают на 0,6... 1 от диаметра заготовки или оттянутого конца, что представляет собой длину клещевины. Полученный объем клещевины умножают на плотность материала.
Расчет размеров заготовки. Размеры заготовки рассчитывают по-разному в зависимости от способа штамповки и от наличия тех или иных ручьев.
Расчет размеров заготовки при штамповке поперек оси заготовки. При штамповке поперек оси заготовку выбирают в зависимости от вида ручьев. При этом возможны следующие варианты:
1.	Есть только штамповочные ручьи.
В этом случае заготовка должна поместиться в ручей по длине и ее длина должна быть почти равна длине поковки. Длину заготовки определяют по следующей формуле:
£ =-----Ье»----
1,02...1,05
где £заг - длина заготовки; £пок - длина поковки.
Площадь поперечного сечения заготовки определяют по формуле
V г ____ заг
^заг j заг
ИЛИ
5заг = (1,02... 1,05)^.
Дюк
Для относительно коротких поковок выбирают коэффициент 1,05, для более длинных 1,02.
Здесь и далее расчет объема заготовки Узаг проводят без учета отхода на клещевину. Рассматривают объем металла, идущий непосредственно на заполнение полости ручья.
2.	Есть пережимной или формовочный ручей. Длину заготовки определяют по формуле
£ =—.
1,05...1,3
Площадь поперечного сечения заготовки определяют по формуле
5заг=(1,05...1,3)^.
1IOK
Коэффициент 1,05 берут при наличии формовочного ручья. Коэффициент 1,3 берут при наличии пережимного ручья, который обычно используют для относительно коротких поковок.
3.	Есть подкатной ручей (открытый или закрытый). Длину заготовки определяют по формуле
заг 1,05...1,2
Коэффициент 1,05 назначают для поковок с двумя крайними бобышками (рис. 4.36,а), так как в случае короткой заготовки возможно незаполнение ручья.
Коэффициент 1,2 назначают для поковок с одной бобышкой и вытянутым концом (рис. 4.36,6). Относительно короткую заготовку выбирают для того, чтобы не было зажимов в конце заготовки.
а)	б)
Рис. 4.36. Определение длины заготовки при штамповке с подкатным ручьем: а - поковка с двумя крайними бобышками; б - поковка с одной бобышкой
Площадь поперечного сечения определяют по формуле
5заг = (1,05...1,2)^-.
AlOK
Для поковок с одной бобышкой и вытянутым концом £заг иногда определяют по следующей формуле:
^заг = Дгок - (20—40) мм.
Тогда площадь поперечного сечения заготовки можно определить по формуле
заг IhoK-(20...40) мм
4.	Есть один протяжной ручей без других заготовительных ручьев за исключением гибочного или формовочного.
Площадь поперечного сечения заготовки устанавливают равной максимальной площади поперечного сечения поковки с
облоем, т.е. 5заг = 5п.об.тах, где 5n.o6.max - максимальная площадь поперечного вертикального сечения поковки с двухсторонним облоем. Длину заготовки определяют по формуле
V
L =------
заг ^п.об.тах
5.	Есть подкатной и протяжной ручьи.
В этом случае назначают некоторое среднее значение поперечного сечения заготовки, для того, чтобы равномерно распределить работу между подкатным и протяжным ручьями.
Вначале определяют сечение заготовки в предположении наличия одного подкатного ручья и затем в предположении наличия одного протяжного ручья.
Площадь поперечного сечения заготовки получают по следующей формуле:
V + S р ^заг.подк ‘“’заглрот - 
При открытом подкатном ручье площадь поперечного сечения заготовки берут ближе к площади поперечного сечения заготовки, определенной в предположении наличия одного протяжного ручья.
Закрытый подкатной ручей может взять на себя большую часть работы по перемещению металла. Поэтому площадь поперечного сечения можно уменьшить и ориентировочно взять по следующей формуле:
5	+ S
q ___ м заг.закр.подк ^заг.прот
заг”	~	
При пользовании этой формулой 5заг можно несколько увеличить.
6.	Есть гибочный ручей.
При гибке без защемления длину заготовки берут по следующей формуле:
Дзокразв -г	НОК.роЗВ
заг~ 1,05... 1,1’
где £пок.разв - длина развертки поковки по средней линии.
Площадь поперечного сечения заготовки определяют по формуле
5^ =(1,05...1,1)—.
^''пок.разв
При гибке с защемлением (поковки типа коленчатых валов) длину заготовки определяют по формуле
L —L + х, заг ^хгок ’
где £пок - длина поковки без развертки; х - дополнительная длина, определяемая экспериментально (ориентировочно при Zotok = 1000 мм х =10.. .20 мм).
Площадь поперечного сечения заготовки рассчитывают по формуле
V с ___ заг
^заг т Дк,к+*
Расчет размеров заготовки при штамповке вдоль оси заготовки. Штамповка вдоль оси заготовки (осадкой в торец) предопределяет необходимость штучной заготовки, причем обычно заготовку осаживают. Поэтому размеры не определяются размерами поковки, их можно выбирать в зависимости от других факторов. При этом, во-первых, учитывают удобство резки заготовок на пресс-ножницах. Для этого требуется, чтобы отношение высоты заготовки Нзаг к диаметру £)заг было больше 1,25. Во-вторых, учитывают возможность продольного изгиба заготовки, так как заготовку устанавливают в штамп вертикально. Чтобы избежать продольного изгиба, отношение	должно быть
менее 2,5.
В результате можно написать следующее неравенство, которому должны удовлетворять размеры заготовки:
2,5 >^>1,25.
^заг
Отношение ——обозначают через К. Обычно принимают К = 2.
Зная отношение —— и объем заготовки, определяют диа-^заг
метр или сторону квадрата заготовки. Кроме круглого и квадратного профилей, при штамповке осадкой в торец других профилей не применяют.
I4V	lv~
Для круга D = ?—221, а для квадрата /Г. = ?.
V TtK	УК
После определения D3ar или Лзаг выбирают ближайший больший размер по ГОСТу и корректируют высоту заготовки.
Выбор профиля поперечного сечения заготовки. Поперечное сечение заготовки выбирают квадратным или круглым и редко прямоугольным. Прямоугольное сечение выбирают только тогда, когда этого требует форма поковки.
Круглым профилем пользуются при штамповке круглых в плане поковок. Удлиненные поковки, штампуемые плашмя, можно изготовлять из квадратного профиля. Исключение составляют поковки, на которых есть отдельные участки с круглым профилем, не деформируемые при штамповке, и поковки, которые требуют перед штамповкой на молоте высадки на ГКМ. На ГКМ легче высаживают круглые заготовки.
При гибке на малый радиус применяют только круглый профиль, так как при гибке квадрата сильно искажается поперечное сечение и при штамповке в окончательном ручье могут получаться зажимы.
Выбор типа заготовки. Заготовки подразделяют на штучную, парную, идущую на две поковки, и кратную заготовку, идущую на несколько поковок. Заготовкой может служить пруток и штамповку можно проводить непосредственно от прутка.
Выбор типа заготовки зависит от вида штамповки, массы и размеров поковки. При штамповке осадкой в торец, как уже указывалось, заготовка всегда штучная.
При штамповке плашмя рекомендуют применять тот или иной тип заготовки в зависимости от массы поковки: 1) поковка до одного килограмма - штамповка от прутка; 2) до 5 кг - заготовка на две поковки, штамповка с поворотом; 3) поковка больше 5 кг - заготовка штучная.
Выбор заготовки при штамповке плашмя можно проводить в зависимости не только от массы поковки, но и от ее длины, так как длина поковки отражается на удобстве и возможности штамповки [2,4, 3].
По сравнению со штамповкой от штучной заготовки при штамповке от парной заготовки отсутствует расход металла на клещевину и увеличивается производительность.
Определение необходимой массы падающих частей штамповочного молота и выбор оборудования. Штамповку на молотах выполняют за несколько ударов. Если энергия удара молота оказывается недостаточной, то число ударов увеличивают и поковку все же получают на данном молоте. Число ударов для получения поковки резко уменьшается при применении молота с большей энергией удара. Неправильный выбор молота приводит к снижению производительности труда, к уменьшению точности штамповки и стойкости штампов, к увеличению расхода металла и расхода энергии. Все это указывает на важность правильного выбора необходимой для штамповки массы падающих частей молота. При штамповке за каждый последующий удар поковку осаживают на меньшую высоту при большей силе деформирования. Чем больше сила деформирования, тем меньше величина осадки достигается за каждый удар, тем меньше оказывается КПД удара, тем больше происходит потерь на сотрясение шабота и фундамента и упругую деформацию штампа. В течение последнего удара молота развиваются наибольшие силы деформирования и достигается наименьшая величина осадки за весь процесс штамповки. Последний удар оказывается самым неэкономичным. Учитывая это обстоятельство, можно выдвинуть положение, что за последний удар должна быть совершена некая (например, экономичная) осадка, т.е. предполагается, что КПД удара не меньше какой-то определенной величины. Для получения экономичной осадки за последний удар молота требуется определенная работа деформирования и соответствующая энергия падающих частей молота. Эта энергия будет заведомо достаточной для получения экономичной осадки за предыдущие удары. Учитывая вышеизложенное, расчет необ
ходимой для штамповки массы падающих частей молота можно вести исходя из последнего удара при штамповке.
Полезную работу, затрачиваемую при последнем ударе, можно подсчитать, зная необходимую силу деформирования в течение последнего удара молота и ход деформирования.
Используя далее соотношение между работой и массой падающих частей, можно получить формулы для определения номинальной массы падающих частей паровоздушного молота двойного действия.
При штамповке круглых в плане поковок в открытых штампах необходимую для штамповки массу (кг) падающих частей паровоздушного штамповочного молота двойного действия определяют по формуле
G0=5,610-4QBt(l-0,0005DnoK)J3,75(fe + %)(75 + 0,001Z)L) + I 4
Ь2 bD , Г 2,5(75 + 0,ООЩЫ
+D(— + —™*-+—™*-)ln 1 + -^--------------k
2	4	50 L DnJi0 J J
(37)
где oB, - предел прочности материала поковки при данной температуре, МПа; b - ширина мостика облойной канавки, мм; h0 - высота мостика облойной канавки, мм.
С учетом указаний А.В. Ребельского легко получить формулу для некруглых в плане поковок:
Gm =5,6-10-4,(1-0,0005^)- 3,75(£ + ^)(75 + 0,001£Р ) +
(38)
b^+bD^ DL 2	4	50
2,5(75 + 0,00101
+ ^)ln 1+—-----------25-

плане 2? = —— ; D, CD	J
где Тулок - длина поковки в плане; 5ср - средняя ширина поковки в
•лр - приведенный диаметр (опр = 1,13^/^).
“ср — J k	J-^IOK У
Значения Go и Gm можно быстро определить по номограмме
на рис. 4.37.
/> 11 м м
Рис. 4.37. Номограмма для определения массы падающих частей штамповочного молота
Массу падающих частей молотов простого действия Gn.M. можно определить по формулам (37) и (38) или по номограмме на рис. 4.37, умножив найденное число на переводной коэффициент, т.е.
GnM =(1,5...1,8)С0(или GJ.
Предложенные формулы пригодны для расчетов при крупносерийном и массовом производстве поковок. При мелкосерийном производстве возможно применение молотов с меньшей массой падающих частей при условии увеличения количества ударов при штамповке.
Формулы (37) и (38) пригодны лишь в тех случаях, когда минимальная толщина поковки больше (4...5)йо. В противном случае необходимо учитывать повышенную неравномерность распределения деформаций и температуры, увеличивая полученное значение массы в 1,2... 1,3 раза.
Предлагаемые формулы показывают зависимость необходимой массы падающих частей молота от основных влияющих факторов: толщины и ширины облоя, диаметра и площади поковки, величины осадки и величины, зависящей в свою очередь от температуры окончания штамповки.
Вычислив необходимую массу падающих частей молота, выбирают ближайший, предпочтительно больший по массе молот из имеющихся.
4.7. Конструкция и проектирование молотового штампа
При штамповке поковок с изогнутой осью или вообще фигурой, вызывающей неравномерное распределение давлений, при штамповке возникают горизонтальные силы р, смещающие половинки штампа одну относительно другой (рис. 4.38).
Для уничтожения сдвигающих сил применяют три основных спо-
Рис. 4.38. Сдвигающие силы
при штамповке поковки с изогнутой осью
соба: 1) штамповку сдвоенной поковки; 2) поворот поковки; 3) уст-
ройство в штампе специальных направляющих-замков.
Штамповку сдвоенной поковки (рис. 4.39) применяют для мелких поковок, чтобы не требовался молот слишком большого тоннажа.
Рис. 4.39. Штамповка сдвоенной Силы р взаимно уравновеши-
поковки
ваются.
Поворот поковки (рис. 4.40) проводят под углом 5, которому соответствует расположение крайних точек фигуры А и Б в од
ной горизонтальной плоскости. В результате поворота сдвигающие силы уравновешиваются и равнодействующая сил р направлена вертикально.
При повороте в отдельных местах поковки необходимо увеличить штамповочный уклон на угол 3, например угол у (см. рис. 4.40), что необходимо для нормальной выемки поковки и заполнения полости. Такое увеличение штамповочных уклонов увеличивает припуски и расход металла. Поэтому поворот поковки не рекомендуется применять в случаях, когда 3 > 7°.
Если для уравновешивания поковки недостаточно поворота в 7°, то следует применять замки, оставляя поковку неразвернутой или поворачивая ее на угол 6.. .7°.
а)	б)
Рис. 4.40. Поворот поковки относительно поверхности разъема: а - до поворота; б — после поворота
Направляющие (замки) следует проектировать таким образом, чтобы они не допускали сдвиг штампа, уравновешивали сдвигающие силы и обладали достаточной прочностью.
В зависимости от формы в плане, связанной с характером поковки и процессом штамповки, направляющие подразделяют-на ряд типов. В качестве примера рассмотрим один тип - упорный зуб (рис. 4.41), который применяют для предохранения от сдвига в одном направлении. Упорный зуб располагают сзади штампа, так как спереди имеется выемка для клещевины.
Высота замка h определяется формой поковки. Силы, срезающие замок, велики, так как замок не только воспринимает сдвигающую силу, но и должен в конце хода исправить сдвиг половинок штампа, получившийся в начале деформирования в окончательном ручье. Для обеспечения нужной прочности ширину замка следует брать не менее 1,5 его высоты (Ь > 1,5й).
Рис. 4.41. Упорный зуб
Рабочие поверхности замка делают с уклоном 0, который определяют из условия, чтобы зазор, создаваемый этим углом (/itg0), был больше полного максимального возможного сме
щения половинок штампа на первых ударах, в начале штамповки, пока замок не вступит в действие. Зазор практически не превышает 2 мм, поэтому 0 колеблется от 1 до 7° в зависимости от h. Для h > 100 мм 0 = 1°, при h < 20 мм 0 = 7°. Зазор А берут равным 0,2...0,4 мм. Внутренние радиусы закруглений замка г = 5.. .6 мм и наружные R = 8... 10 мм. Замок с h < 15 мм применять не рекомендуется, так как лучше повернуть поковку в пространстве на угол 8. Если высота замка излишне большая (h > 100 мм), то можно применять замок с одновременным пово-
ротом заготовки на угол 8 = 7°.
Рис. 4.42. Смещение центра ручья относительно центра штампа: 1 - ось молота, проходящая через центр штампа; 2 - ось, проходящая через центр ручья; 3 - контур штампуемой заготовки; М— изгибающий момент
При применении замка следует размещать центр ручья не в точке пересечения осей хвостовика и шпонки, которая является центром штампа, а в точке, смещенной в сторону, противоположную от замка на 0,2.. .0,4 h (рис. 4.42).
Указанное смещение необходимо делать потому, что с первых же ударов верхний штамп сбивается в сторону замка, который не обладает достаточной прочностью, чтобы воспринимать первые
удары, которые пришлись бы по верхней кромке его наклонной поверхности. При смещении центра ручья в начальный момент штамповки возникает пара сил (см. рис. 4.42), стремящаяся оттянуть верхний штамп от замка. Замок вступает в действие в конце штамповки, при последних ударах. При этом удар воспринимается всей наклонной поверхностью замка и он хорошо его выдерживает.
Кроме упорного зуба направляющие могут быть кольцевые, долевые, крестовые, шлицевые и в виде направляющих колонок.
Расположение ручьев в молотовом штампе. Ручьи на плоскости разъема штампов располагают относительно центра штампа, за который принимают точку пересечения оси хвостовика и шпонки. Через центр штампа проходит ось симметрии молота и равнодействующая сил, действующих со стороны бабы молота.
Штамповочные ручьи располагают вблизи центра штампа, а заготовительные ручьи с боков штампа.
На определенном расстоянии от центра штампа располагают центры ручьев.
Центром ручья называют точку приложения равнодействующей сил сопротивления деформированию поковки и облоя.
В случае если поковка симметричная, то центр ручья лежит на оси симметрии (рис. 4.43,а).
Рис. 4.43. Определение центра ручья у симметричной в плане поковки (а) и несимметричной в плане (б):
1 - центр ручья; 2 - центр ручья и центр тяжести площади фигуры; b - ширина мостика облойной канавки
Если поковка несимметричная, то предполагают, что давление в полости ручья распределяется равномерно, и за центр ручья принимают центр тяжести проекции поковки и мостика облоя в плане (рис. 4.43,6).
В случае если давление в плоскости ручья распределено явно неравномерно, то вначале определяют центр ручья как центр тяжести площади проекции ручья с облоем, а затем сдвигают его в сторону повышенных удельных сил, используя при этом имеющийся опыт по штамповке аналогичных поковок. Центр ручья в этом случае обычно смещают в сторону более сложной или более тонкой части ручья.
Центр штамповочного ручья можно определить более точно, используя существующие представления об очаге деформации и о распределении напряжений при штамповке. Однако при обычной штамповке на молотах в таких уточненных расчетах нет необходимости.
Если в штампе один штамповочный ручей (окончательный) и предварительного ручья нет, то центр ручья совмещают с центром штампа.
При этом, как указывалось ранее, глубокие полости поковки располагают в верхней части штампа. При штамповке с клещевиной глубокие полости располагают ближе к клещевине, чтобы поковку легче было вытаскивать из полости. Застревание поковки происходит в глубоких полостях и чем ближе последние расположены к клещевине, тем меньше изгибающий момент, затрудняющий выемку поковки из полости. Однако при таком расположении возникает опасность того, что часть металла вытечет в клещевину.
Если кроме окончательного ручья есть еще и предварительный, то применяют следующий способ расположения этих ручьев относительно центра штампа.
Ручьи располагают по обе стороны от центра штампа. Центр окончательного ручья располагают на расстоянии, меньшем в два раза, чем центр предварительного ручья (рис. 4.44,а). Между полостями ручьев расстояние 5miri рассчитывают (см. ниже) из условий прочности. Все расстояние между центрами ручьев равно а. Расстояние от центра окончательного ручья до центра
a
штампа —, а от центра предварительного ручья до центра штам-
2
па —а. Выбор отношения между расстояниями от центров ручь-
ев до центра штампа основывался на предположении, что в окончательном ручье возникают силы в два раза большие, чем в предварительном ручье. При штамповке в окончательном ручье возникает сила, равная Р, а при штамповке в предварительном ручье 0,5Р (рис. 4.44,6). Оба ручья расположены по разные стороны от центра штампа, через который происходит нагружение и передается сила от падающих частей молота. Так как между силами, действующими в ручьях и вдоль оси бабы, существует эксцентриситет, то возникают пары сил и соответствующие им моменты М, которые равны и направлены в противоположные стороны:
зз
2 Ра
Мт = 0,5Р—а = —, т.е. М = Мт.
пр ’	3 ’	ок Пр
б)
Рис. 4.44. Расположение штамповочных ручьев относительно центра штампа: а - вид ручьев в плане; б - схема действия сил при штамповке;
1 - предварительный ручей; 2 - окончательный ручей; 3 - центр штампа
При воздействии на поковку момента Мок верхняя часть поковки получает сдвиг вправо относительно нижней части, а при
воздействии момента Мпр верхняя часть сдвигается влево. Таким образом, сдвиг, который получится в предварительном ручье, будет исправлен в окончательном ручье, причем величина сдвига, очевидно, будет одинаковой в обоих ручьях, так как моменты и Л/пр равны (см. рис. 4.44,6). При плохой подготовке заготовки в предварительном ручье могут возникать силы, приближающиеся к силам, возникающим в окончательном ручье. В этом случае расстояние от центров ручьев до центра штампа следует брать в пропорции 1:1.
При расположении штамповочных ручьев стремятся к тому, чтобы ручьи располагались ближе к центру штампа. Для этого идут даже на то, чтобы ручьи располагались на разных расстояниях от передней грани штампа, но при этом выступы в плане полости одного ручья будут входить в выемки другого ручья.
Для заготовительных ручьев остается место только на краях штампа. При таком расположении эксцентриситет нагрузки велик, однако момент будет небольшой, так как силы при штамповке в заготовительных ручьях относительно малы.
При расположении заготовительных ручьев следует учитывать: как расположено оборудование на рабочем месте, где рас
положена печь относительно молота и где расположено сопло
обдувки штампа. Первый заготовительный ручей располагают со стороны печи. Тогда транспортирование заготовки от печи к штампу будет кратчайшим. Сопло обдувки должно быть расположено с противоположной стороны, с тем, чтобы окалина, выдуваемая из первого ручья, сдувалась бы со штампа и не попадала в другие ручьи. Остальные ручьи располагают в такой последовательности, которая обеспечивает кратчайший путь транспортирования по ручьям штампа (рис. 4.45).
Рис. 4.45. Расположение заготовительных и штамповочных ручьев в штампе:
1 - нож; 2 - окончательный ручей; 3 - предварительный ручей;
4 - подкатной ручей; 5 - сопло для обдувки; 6 - печь;
7 - протяжной ручей
Особое внимание следует обращать на расположение гибочного ручья. Он располагается таким образом, чтобы заготовку после штамповки в этом ручье можно было передать в штамповочный ручей без какого-либо разворота, простым поворотом на 90°. В этом случае заготовку приподнимают из ручья и прямо сваливают, поворачивая в штамповочный ручей.
Требование удобства переноса заготовки из гибочного ручья очень важно и его необходимо выполнить, даже поступаясь другими требованиями.
Расположение ручьев в штампе в значительной степени зависит от конкретных условий на рабочем месте, которые обязательно надо учитывать.
Определение толщины стенок в штампе и выбор заготовки для штампа. Стенки между полостями ручьев и боковыми гранями штампа, а также между ручьями должны обладать достаточной прочностью. Чем глубже полости ручьев, тем больше должна быть толщина стенки. Чем меньший уклон будут иметь прилегающие стенки ручьев, тем толще они должны быть. Чем меньше будет радиус на переходе от стенки к дну полости, тем толще должна быть стенка (рис. 4.46). Влияет также и форма ручья в плане. Расстояние меэвду ручьями определяют на основании вспомогательной величины Т [1, 2,4, 5].
Рис. 4.46. Схема к определению толщины стенок в штампе
Вспомогательная величина Т зависит от тех же факторов, что и толщина стенки. Величина Т получена эмпирическим путем и равна
Г = =cosy—7.
y/h + OAr
Величина Т определяет влияние параметров менее глубокой смежной полости, со стороны которой как раз и возможно разрушение стенки. Поэтому величины h, г и у берут из смежного ручья меньшей глубины (см. рис. 4.46).
Толщину стенки между ручьем и гранью штампа определяют по формуле
SY=T.
Толщина стенки между двумя полостями равна S2=Tcosy2, где у2 - уклон более глубокой полости.
Если r>h (например, подкатной ручей), то по расчету может получиться S < 10 мм. Тогда следует принимать 5=10 мм. Если г - h, то 53 - (9,3^/?^-7)cosy2. Если у обоих смежных ручьев r = h, то 54 = 0,8(9,3^/^-7). Толщину стенки между полостями при многоштучной штамповке определяют по формуле
• cosy2.
Расстояние от фигуры до выемки под клещевину определяют по формуле 5КЛ = 0,7Т cosyKI , где ук1 - угол наклона клещевины.
Расстояние от фигуры до выемки под заливку при штамповке осадкой в торец, когда штамповку производят без клещевины, определяют по формуле
53a]I=(l...l,4)TcoSy3a]I,
где узал - угол наклона выемки под заливку.
Во всех случаях толщину стенки в плане определяют для сечения, дающего минимальную толщину между ручьями.
Полученные значения S корректируют. Например, если полость вблизи грани штампа имеет большую длину, вдоль которой толщина стенки 5(- остается постоянной, то полученный по
формуле размер необходимо увеличить, так как при большей длине относительно тонкой стенки последняя оказывается недостаточно прочной.
Выбор штампового кубика. Обычно заготовками для штампов служат штамповые кубики. Прежде всего необходимо определить размеры штампового кубика в плане в соответствии с количеством и размерами ручьев, расположением ручьев, толщинами стенок между ручьями, между ручьями и гранями штампа. Размещение ручьев начинают от центра штампа, относительно которого располагают штамповочные ручьи, а затем с боков штампа располагают заготовительные ручьи (рис. 4.47,а). С учетом необходимых толщин стенок S получают необходимые размеры кубика в плане 1Н и Ьи. Затем определяют геометрический центр штампового кубика в плане. В общем случае центр штампа и центр штампового кубика не совпадают. Между ними вдоль ширины Ьп получается расстояние А£>н, а вдоль /н - расстояние А/н. Чем меньше будут величины А/н и AZ?H, тем более уравновешена масса падающих частей относительно оси молота. Считают, что допустимые величины AZH и AhH не должны превышать 0,1 от соответствующих длины и ширины, т.е. Д/н < 0,1/н и AfeH < 0,1£>н. Если последние неравенства не удовлетворяются, то следует увеличить размеры 1Н и Ьи в направлении от центра штампа, противоположном расположению отрезков Д/н и ЛЬН. При этом геометрический центр кубика приблизится к центру штампа и неравенства будут удовлетворяться.
Затем проводят проверку на необходимую величину площади соударения штампов (рис. 4.47,6, площадь соударения заштрихована). При малой площади штамп при соударении может расколоться или деформироваться, а при излишней площади будет дополнительный расход металла. Площадь соударения, приходящаяся на единицу массы падающих частей молота, зависит от массы штампа. Мелкие штампы закаливают до большей твердости, поэтому они могут выдерживать большие удельные силы по площади соударения, а саму площадь можно уменьшить. Средние штампы (при массе падающих частей молота от 2 до 4 г) закаливают до меньшей твердости, и относительная площадь соуда
рения у них должна быть больше, чем у мелких штампов. Наибольшую относительную площадь соударения принимают для крупных штампов.
Рис. 4.47. Определение размеров штампа в плане: а - выбор необходимых размеров в плане; б — выбор минимальной площади соударения штампов; 1 - центр штампового кубика; 2 - центр штампа; 3 - ось хвостовика; 4 - ось штампа; 5 - центр штампа; 6 - прямая, отсекающая меньшую площадь соударения
Для мелких штампов следует принимать площадь соударения штампов не менее 150 см2 на 1 т массы падающих частей молота или
Fc >150G см2,
где G - масса падающих частей молота, т.
Для средних штампов Fc > 300 G, а для крупных Fc > 450G.
Все эти неравенства являются приближенными. Они верны для обычных марок штамповой стали при обычных способах термообработки.
Выше шла речь об общей площади соударения штампов. Дополнительным требованием для этой площади является равномерность ее распределения относительно центра штампа. Если через центр штампа провести прямую линию так, чтобы она делила пло
щадь соударения на две неравные части, то меньшая площадь соударения должна быть не менее половины площади соударения, определенной по указанным выше неравенствам, т.е. F^> 0,5Fc.
Если площади F' или Fc не удовлетворяют неравенствам, то необходимо увеличить размеры ZH и &н до таких величин, чтобы эти неравенства удовлетворялись. При этом может оказаться целесообразным расположить ручьи на штампе посвободнее.
Так определяют необходимые габаритные размеры штампового кубика в плане.
Выбор высоты кубика должен происходить с учетом прочности штампа и необходимости возобновлений штампа, при которых высота будет уменьшаться. В первом приближении вы-
J
Рис. 4.48. Определение наименьшей высоты штампов
Место
Рис. 4.49. Штамповый кубик
соту кубика можно определить в зависимости от глубины наиболее глубокой полости, имеющейся в штампе (рис. 4.48). Для небольших глубин йтах = 10...25 мм высоту кубика рассчитывают по формуле Hmin = (6... 10)
^maxs а при большей глубине
/гтах = 50... 100 мм Нтт = (3...4) /гтах, причем меньшие значения коэффициентов берут для большей высоты йтах.
После определения необходимых размеров штампового кубика последний выбирают по ГОСТ 7831-78, в котором наряду с размерами указана масса кубика. Кубик имеет размеры H'X.B'X.L. Размер L максимальный, а размер Н минимальный (рис. 4.48). По ГОСТу размеры НХВ изменяются в пределах (40x50).. .(600x1200) мм.
При выборе размеров штам
пового кубика необходимо учитывать, что плоскостью для гравирования фигуры может быть любая плоскость кубика за исключением плоскости Нх.В, перпендикулярной размеру L, который соответствует оси слитка. Волокна в штамповом кубике
располагаются вдоль оси слитка или размера L. Если расположить ручьи на плоскости НУ.В, то волокна расположатся в направлении удара и возникающие в ручьях давления будут как бы раскалывать штамп. Штамп в этом случае получается непрочным, особенно в местах перехода от хвостовика к заплечикам, где растягивающие напряжения при нецентральном ударе будут действовать поперек волокон. Чтобы отличить плоскость Нх.В, заводом-изготовителем ставится на ней клеймо. При расположении ручьев на выбранной плоскости кубика следует учитывать
направление волокон и располагать ручьи по длине в направлении волокон и только в случае глубоких полостей, ради прочности штампа, ручьи располагают поперек волокон (рис. 4.50). По рис. 4.50 расположение ручья вдоль волокна увеличивает стойкость ручья, так как металл будет течь вдоль волокна и износ полости будет меньше. По рис. 4.50,6 стойкость штампа будет ниже, опасные силы действуют вдоль волокон и штамп прочнее. На рис. 4.50,в показано правильное расположение волокон в штампе при штамповке круглых в плане поковок. Здесь имеет значение расположение волокон вблизи хвостовика. В этом случае нагрузка действует вдоль волокон и опасное для разрушения
место будет более прочным.
Рис. 4.50. Расположение волокон в штампе относительно ручья и хвостовика
Заготовки для штампов могут быть не только кубиками. При штамповке круглых в плане поковок часто применяют цилиндрические заготовки.
После выбора размеров штамповых кубиков производят проверку: поместится ли данный штамповый кубик между стойками молота, будет ли достаточен по высоте размер штамповых кубиков и, наконец, будет ли соответствовать масса верхнего штампа массе падающих частей моло
та. Штамповый кубик должен свободно располагаться между стойками молота, чтобы его можно было легко установить и снять с молота. Совместная высота верхнего и нижнего штампов должна быть больше закрытой высоты штампового пространства
в 1,25 раза, что необходимо для возможности последующего возобновления штампа.
Наибольшая масса верхнего штампа должна составлять 0,35 от массы падающих частей паровоздушных молотов и 0,25 от массы падающих частей фрикционных молотов. Ее увеличение приводит к потерям производительности и КПД молота.
Блоки и сменные детали универсально-переналаживаемых молотовых штампов (со сменными вставками). Стойкость штампов относительно низкая. Ввиду этого расход штамповой стали доходит до 10% от массы выпускаемых поковок. Этот расход можно уменьшить, применив вместо цельных штампов блоки со сменными вставками, в которых гравируют ручьи. Расход штамповой стали на вставки в 15...20 раз меньше, чем на целые штампы. Блоки и сменные вставки применяют для штамповки удлиненных и круглых в плане поковок. Во вставке в свою очередь могут быть вставки, образующие быстро изнашиваемые выступы в полости ручья.
На рисунке 4.51 показаны блоки со сменными призматическими вставками, которые крепят в пазах блоков с помощью шпонки и клина. Вставки-заготовки имеют длину от 250 до 560 мм, ширину от 170 до 320 мм при высоте от 61 до 140 мм.
-	Вид А
Рис. 4.51. Блоки со сменными призматическими вставками:
1 - нижний блок; 2 - верхний блок; 3 - верхняя шпонка; 4 - верхний клин;
5 - нижний клин; 6 - нижняя шпонка; 7 - призматические вставки; 8 - места установки прокладок для регулирования установки призматических вставок
Блоки со вставками предназначены для установки на молоты с массой падающих частей до 3150 кг.
Разновидностью блоков и прямоугольных вставок являются подобные описанным блоки, но вместо шпонки у них делают двухсторонний клиновой паз и соответствующий выступ на вставке.
Рис. 4.52. Блоки со сменными цилиндрическими вставками с креплением цилиндрическими клиньями:
1 - нижний блок; 2 - верхний блок; 3 - клин; 4 - вставка; D — диаметр вставки
Эти блоки делают в двух исполнениях: I - без замка и II -с замком в виде боковых направляющих.
I	п
Рис. 4.53. Блоки со сменными цилиндрическими вставками с креплением призматическими клиньями:
1 - нижний блок; 2 - верхний блок; 3 и 4 - клинья; 5 - вставки;
6 - направляющие и боковые; D — диаметр вставки
На рисунке 4.52 показаны блоки со сменными цилиндрическими вставками, которые крепят с помощью клина круглого сечения с продольной лыской. Блоки имеют два исполнения: I -без замка и П - с кольцевым замком. На блоках в переднем левом углу предусмотрена площадка для осадки. Диаметр круглых вставок от 200 до 380 мм при толщине от 80 до 190 мм.
На рисунке 4.53 показаны блоки для крепления цилиндриче
Рис. 4.54. Контрольный угол
ских вставок призматическими клиньями. Блоки делают в двух исполнениях: I - без замка и П - с замком в виде боковых направляющих. Так же как и в предыдущем случае, на блоках имеется площадка для осадки. Размеры вставок аналогичны.
Контрольный угол. Для контроля взаимного расположения верхнего и нижнего штампов во время эксплуатации и при их установке на молот на боковых сопряженных поверхностях штампов прострагивают контрольный угол, составляющий 90° (рис. 4.54).
От контрольного угла выполняют разметку размеров штампа при его изготовлении. Если штамп имеет кольцевой замок, то контрольный угол не делают, поскольку его функции выполняет
этот замок.
Крепление молотовых штампов. на рис. 4.55. Крепление осуществляют с помощью «ласточкина хвоста», шпонки и клина. Шпонку 8 вставляют в паз бабы 1 при креплении верхнего штампа 3 и в паз подушки 6 (штамподержателя) при креплении нижнего штампа 4. Подушку 6 крепят на шаботе молота. В «ласточкином хвосте» верхнего 3 и нижнего 4 штампов имеются
Схема крепления показана
Рис. 4.55. Схема крепления молотовых штампов
пазы под шпонку 7 и 8. Шпонки 7 и S препятствуют перемещению штампов 3 и 4 спереди назад от фронта молота. Для регулирования положения верхнего 3 и нижнего 4 штампов служат прокладки, вставляемые между шпонками 7 и 8 и пазами под шпонку. Окончательно штампы крепят клиньями 2 и 5, прижимающими штампы к опорным поверхностям паза в бабе 1 и паза в подушке 6. Между заплечиками штампов и поверхностями бабы и подушки оставляют зазор для того, чтобы опора штампа проходила через «ласточкин хвост», где проходит ось молота и действуют наибольшие напряжения при штамповке.
4.8.	Штамповка на молотах в закрытых штампах и их конструкции
При штамповке в открытых штампах получается большой отход металла на облой (10...50%), а в некоторых случаях и на клещевину (10%). Для устранения этих отходов применяют штамповку в закрытых штампах на молотах. В этом случае штамп делают закрытым. Замок создает направление верхнему штампу при смыкании с нижним и закрывает полость в процессе штамповки. Зазор в замке делают небольшим и вытекающий в него заусенец мал или вообще отсутствует. Практически весь объем заготовки идет на заполнение полости штампа.
Штамповка в закрытых штампах имеет следующие основные преимущества по сравнению со штамповкой в открытых штампах:
-	экономится металл ввиду отсутствия отходов на облой и на клещевину;
-	снижается трудоемкость, сокращается технологический цикл и экономится энергия за счет отсутствия обрезки облоя и его деформации;
-	не требуется обрезной штамп и пресс для обрезки.
Энергия удара молота при штамповке в закрытых штампах идет почти целиком на деформирование поковки, в то время как при штамповке в открытых штампах значительная часть энергии идет дополнительно на деформирование облоя на мостике облойной канавки.
При штамповке в закрытых штампах достигают более благоприятной схемы деформации, в особенности для участка поковки, расположенного вблизи замка. Здесь не получается расслоений металла, возможных при образовании облоя в случае штамповки в открытых штампах.
Штамповка в закрытых штампах обладает также и недостатками. К ним относятся, во-первых, низкая стойкость штампов и, во-вторых, ограниченность конфигураций поковок, штампуемых данным способом.
Низкая стойкость штампов объясняется рядом причин. При штамповке в закрытых штампах развиваются высокие давления в полости, в особенности в конце удара, когда полость заполнена полностью и остаток энергии падающих частей расходуется в основном на упругую деформацию поковки и штампа. Закрытые штампы часто выходят из строя не из-за истирания или смятия, а из-за поломки вследствие высоких давлений в полости. Поломки происходят обычно по сечению а-а (см. рис. 4.3,6). Здесь может влиять подсадка выступа нижнего штампа, который расширяется и расклинивает (разрывает) замок в верхнем штампе. Может разрушить штамп вытекающий в зазор замка торцовый заусенец.
Ввиду высоких давлений в полости и большой глубины полостей часто в месте радиуса и (см. рис. 4.3,6) образуются разгар-ные трещины, которые являются началом разрушения штампа.
Пониженная стойкость штампов объясняется тем, что до сих пор не применяют необходимые штамповые стали для закрытых штампов. Условия работы закрытых штампов более тяжелые, а материал штампов применяют такой же, как и при обычной штамповке в открытых штампах.
Большое значение для повышения стойкости штампов имеет опыт конструирования штампов, а также опыт работы штамповщика с закрытыми штампами.
Недостатком штамповки в закрытых штампах на молотах является ограниченность форм поковок, которые можно штамповать данным способом. Штампуют круглые в плане поковки типа шестерен, фланцев, стаканов. Кроме этого, можно штамповать простые удлиненные в плане поковки. В основном же штампуют шестерни и поковки типа стержня с фланцем.
При штамповке круглых в плане поковок в открытых штампах отход металла на облой составляет не более 15...20%, а клещевина вообще не требуется. Поэтому экономия металла от перевода на штамповку в закрытых штампах таких поковок относительно невелика.
Вопрос рациональности применения штамповки в закрытых штампах надо решать в каждом конкретном случае путем экономического расчета с учетом низкой стойкости штампа, экономии металла и других факторов.
Чертеж поковки при штамповке в закрытых штампах составляют так же, как и чертеж обычной молотовой поковки. Основой является чертеж детали.
Вначале выбирают плоскость разъема. Здесь учитывают легкость выемки поковки из штампа. Назначают плоскость разъема по верхней или нижней торцовой поверхности детали, по той части, которая имеет наибольшую площадь поперечного сечения и вертикальные прилегающие к ней стенки. Обычно выбирают нижнюю торцовую поверхность с тем, чтобы поковка оставалась на выступе нижнего штампа и ее легко можно было бы удалить из штампа после штамповки.
Припуски и допуски назначают, как и обычно, по ГОСТ 7505-89.
Штамповочные уклоны целесообразно выбирать несколько уменьшенными по сравнению с обычной молотовой штамповкой (см. рис. 4.3,6).
Радиусы закруглений наружные г можно выбирать в зависимости от глубины прилегающей полости по формуле г > 0,1/г, но не менее 1,5 мм. Внутренние радиусы закруглений определяют по формуле
R = (2,5...3)г.
Особое значение имеет радиус который выбирают по возможности большим.
При необходимости получения отверстий в поковках делают наметки двух типов: плоскую и с раскосом (см. рис. 4.8,а,б). Особую конструкцию имеет глухая наметка (см. рис. 4.8,д) при штамповке поковок стаканов. В этом случае пуансон выполняют с заострением.
В технических условиях на изготовление поковок в закрытых штампах оговаривают размеры торцового заусенца, выплывающего в зазор в замке. Его предельный размер устанавливают в зависимости от массы падающих частей молота. Для молотов с массой падающих частей 3 т высота заусенца не более 8... 12 мм, для молотов 3...6 т высота заусенца 12... 15 мм и для молотов более 6 т высота заусенца 15.. .20 мм.
В настоящее время существуют три типовых конструкции.
Первая конструкция (см. рис. 4.3,6) имеет один замок. Применяется при штамповке поковок типа шестерен и типа стержня с фланцем, когда фланец значительно больше по диаметру, чем стержень. При этом молот должен быть новым и хорошо отлаженным.
Размеры штампа показаны на рис. 4.3,6. Следует отметить, что размер А выбирают таким расчетом, чтобы при штамповке по плоскости соударения штампов оставался зазор от 2 до 5 мм в зависимости от массы падающих частей молота и чтобы соударения штампов не происходило. Кроме этого, горизонтальные размеры полости ручья делают минимальными, так как полость при штамповке быстро увеличивается по ширине. Вертикальные размеры на поковке будут получаться в зависимости от объема заготовки, так как полость ручья закрытая.
Вторая конструкция имеет два замка, расположенных один над другим. Такую конструкцию делают для уменьшения высоты верхнего замка и увеличения его прочности и стойкости. Нижний замок предназначен для обеспечения направления верхнего штампа относительно нижнего на первых этапах штамповки.
Третья конструкция имеет один замок и один контрзамок. Назначение контрзамка аналогично назначению нижнего замка во второй конструкции. Разновидностью третьей конструкции является штамп с контрзамком в виде крестовых направляющих, который применяют при штамповке простых удлиненных в плане поковок.
Закрытые штампы при штамповке на высокоскоростных молотах. Ввиду высокой скорости при штамповке выделяется большое количество теплоты и возможен перегрев металла. Поэтому нагрев проводят при температуре на 80... 150°С ниже, чем для штамповки на обычных молотах. Окалинообразование при нагреве должно быть минимальным. Для смазки штампов
применяют масло с графитом и другие смазочные материалы. Штамп перед штамповкой подогревают до 150.. .250°С.
Припуски на поковки назначают по ГОСТ 7505-89, допуски - по первому классу точности. Если поверхности не обрабатывают в дальнейшем резанием, то на размеры между такими поверхностями допуски назначают ±0,2...0,3 мм. Штамповочные уклоны назначают в пределах 0...50. Исходные заготовки обычно вытачивают на станках. Заготовку иногда фасонируют, иногда вытачивают в виде конуса и другой формы.
Типовой закрытый штамп для штамповки на высокоскоростном молоте и горячая поковка к нему показаны на рис. 4.56. Односторонний зазор меиоду пуансоном и полостью матрицы должен составлять не менее 0,1 мм, радиусы переходов от рабочей части пуансона к опорной должны быть не менее 10 мм, а радиусы полости не менее 3 мм. В матрицах с глубокими полостями в местах, заполняемых в последний момент штамповки, делают газоотводящие каналы. В штампе имеется выталкиватель 9. Для гарантии съема поковки с пуансона в матрице делают поднутрения или обратные наружные уклоны 0,5...1°. Открытые штампы высокоскоростных молотов подобны описанным ниже штампам винтовых прессов.
Дополнительных направляющих для штампов обычно не делают, так как центрирование штампов в отверстиях бабы и подштамповой плиты с помощью сухарей очень точное, отклонение от соосности штампов не превышает 0,2.. .0,3 мм.
0101.2 2?
Горячая покоем/ стержня оребренного
Рис. 4.56. Закрытый штамп для высокоскоростного молота:
1 - подпуансонная плита; 2 - пуансонодержатель; 3 - пуансон;
4 - обойма матрицы; 5 - секционная матрица; 6 - подматричная плита; 7 - центрирующая втулка; 8 - подштамповая плита; 9 - выталкиватель
Глава 5
ШТАМПОВКА НА КРИВОШИПНЫХ ГОРЯЧЕШТАМПОВОЧНЫХ ПРЕССАХ
5.1.	Технология штамповки на кривошипных горячештамповочных прессах
Кривошипные горячештамповочные прессы (КГШП) предназначены для объемной штамповки поковок из стали и цветных металлов и сплавов. Заготовками служат сортовой прокат или прессованные прутки, которые штампуют в открытых и закрытых штампах и в штампах для выдавливания. Ориентировочная производительность и масса поковок в зависимости от номинальной силы пресса составляют: для прессов 6300 кН -300...400 кг поковок в час с массой поковки до 1 кг; 25000 кН -900... 1100 кг поковок в час с массой поковки 7-12 кг и 63000 кН -2200.. .2800 кг поковок в час с массой поковки 30.. .50 кг.
Прессы имеют номинальную силу от 6300 до 160000 кН при числе непрерывных ходов от 100 до 32 в минуту, при числе одиночных ходов от 26 до 4 в минуту, при ходе ползуна от 200 до 600 мм. Закрытая высота (соответственно, высота штампа в нижнем положении ползуна) составляет 600... 1900 мм при регулировке высоты 10...20 мм.
Размеры ползуна слева направо 650...2650 мм и спереди назад 700...3450 мм. На эти размеры следует ориентироваться при установлении габаритов штампа в плане.
Кроме указанных обычных прессов, изготавливают также прессы двойного действия для штамповки в закрытых штампах с разъемными матрицами. Практически делают прессы номинальной силы 10000 и 16000 кН. Эта сила делится пополам на деформирующем и прижимном ползуне.
Штамповка на кривошипных горячештамповочных прессах, как и вообще на любых прессах, обладает по сравнению с ударной молотовой штамповкой рядом отличительных черт.
Деформирование на прессах происходит со скоростями, которые, по меньшей мере, на порядок (в десять раз) ниже, чем при штамповке на молотах. Удар молота длится 0,005 с, а продолжительность деформирования в ручье на КГШП составляет 0,03...0,08 с. Кроме того, на молотах деформирование происходит за несколько ударов, а на прессах за одно нажатие в каждом ручье. Ввиду небольшой скорости деформирования на прессе время контакта в процессе самого деформирования значительно больше, чем на молоте. Это приводит к повышенному охлаждению контактных поверхностей заготовки и к повышенному разогреву прессовых штампов. Металл заполняет глубокие полости хуже, чем при штамповке на молотах.
Ввиду того, что деформирование происходит за один ход пресса, верхние и нижние контактные поверхности заготовки находятся приблизительно в одних и тех же условиях охлаждения, что приводит к одинаковому течению металла как в верхний, так и в нижний штамп.
Для получения поковок с чистой поверхностью применяют индукционный электронагрев, дающий минимальную окалину, или заготовки после нагрева очищают.
Кривошипные горячештамповочные прессы являются машинами, которые специально предназначены для относительно точной штамповки ряда конфигураций поковок. Прессы используются преимущественно при штамповке в открытых штампах. Однако их с успехом применяют при штамповке в закрытых штампах и при штамповке выдавливанием.
Сравнительно быстрое распространение КГШП объясняется рядом технологических и эксплуатационных преимуществ по сравнению со штамповкой на молотах:
1.	Поковки получают относительно высокую точность, особенно по высоте. По сдвигу поковки даже не контролируют, так как конструкция пресса обеспечивает высокую точность ввиду хорошего направления ползуна и наличия направляющих колонок в штампе.
2.	Припуски на обработку резанием и штамповочные уклоны меньше, так как существуют выталкиватели. Этим экономят металл и уменьшают последующую обработку резанием.
3.	Производительность при штамповке на КГШП выше в среднем в 1,4 раза, а при штамповке поковок шестерен - в 2 раза. Это объясняется тем, что деформация на прессе в каждом ручье происходит за один ход, а на молоте - за несколько ударов.
4.	При штамповке на КГШП можно применять автоматические перекладчики заготовок, и процесс штамповки полностью автоматизируется.
5.	По расходу энергии пресс обходится дешевле, чем молот. Потребляемая энергия у молота дорогая - пар или сжатый воздух, а у КГШП - электроэнергия. КПД прессов выше, чем у молотов в 4 раза.
6.	КГШП имеют спокойный, безударный характер работы, что позволяет устанавливать их в зданиях облегченной конструкции по сравнению с молотовыми цехами.
7.	Надежность КГШП более высокая. У молотов часто и непредвиденно ломаются штоки.
8.	Работа на прессах более простая.
Недостатки штамповки на КГШП:
1.	Меньшая универсальность в работе по сравнению с молотом. Ввиду жесткого хода такие операции, как протяжка и подкатка, не применяют.
2.	Необходимость очистки заготовок от окалины перед штамповкой, так как деформация происходит за один ход пресса и вся окалина может заштамповываться в поверхность поковки, что приводит к вмятинам на поверхности. Избежать большой окалины поможет применение электронагрева.
3.	Ввиду худшего заполнения полостей при штамповке на КГШП требуется большее количество ручьев по сравнению с молотовыми штампами.
4.	Штампы КГШП более сложные, регулировка их трудоемкая.
5.	Стоимость КГШП в 3...4 раза выше, чем стоимость эквивалентного по мощности молота.
На КГШП в открытых штампах преимущественно штампуют следующие типы поковок: поковки шестерен, в том числе с зубом; поковки рычагов и шатунов; поковки турбинных лопаток. Из крупных поковок можно отметить еще поковки автомобиль
ных коленчатых валов и балок передней оси грузовиков, а из мелких - различные фитинги, крышки шатуна и другие поковки, обычно штампуемые многоштучной штамповкой.
При штамповке поковок шатунов и турбинных лопаток на молотах применяют подкатные и протяжные ручьи. Так как на прессах нецелесообразно применять подкатные и протяжные ручьи, то заготовку перед штамповкой подготавливают разными способами.
Наибольшее распространение имеет обработка заготовки на ковочных вальцах. Некоторые участки исходной заготовки протягивают в ручьях (секторах) ковочных вальцов с большими степенями деформации и очень быстро. Подробно о работе на ковочных вальцах будет сказано в гл. 10.
Перед штамповкой на КГШП заготовку можно высадить на горизонтально-ковочной машине. Применяют также периодический прокат.
При штамповке поковок типа шестерен на молотах используют преимущественно один заготовительный ручей - площадку для осадки. При штамповке на КГШП такая подготовка заготовки часто оказывается недостаточной и необходимо применять вместе с осадкой некоторую формовку торцов (рис. 5.1).
Рис. 5.1. Открытые осадочные ручьи
В случае необходимости еще большего приближения формы заготовки к форме предварительного ручья можно выбирать более сложные ручьи (рис. 5.2).
Рис. 5.2. Закрытые осадочные ручьи
Ручьи штампов КГШП располагают во вставках, которые крепят в универсальном блоке, предназначенном для установки на пресс данной силы. Обычно блок делают для трех вставок и штамповка может происходить в трех ручьях. Если требуются только два ручья, то одну вставку изготовляют без ручья. Размеры призматических вставок определяют по нормали МН 4809-63 или по справочнику [4, 5].
Вставки штампов КГШП, в свою очередь, имеют сборную конструкцию (рис. 5.3). Вставки снабжают выталкивателями, которые воздействуют на поковку
Рис. 5.3. Сборная круглая вставка штампа:
1 - корпус верхний вставки;
2 - верхний пуансон-выталкиватель;
3 - нижний пуансон-выталкиватель;
4 - корпус нижней вставки
после штамповки.
Полость окончательного ручья изготовляют по чертежу горячей поковки. Ручьи с узкими и глубокими полостями плохо
заполняются металлом из-за скопления воздуха и продуктов сго
рания смазки.
Особенностью конструкций вставок для предварительного и окончательного ручьев является то, что в глубоких замкнутых полостях вставок необходимо делать газоотводящие отверстия
для обеспечения заполнения полостей (рис. 5.4).
Облойную канавку для окончательного ручья штампов КГШП делают четырех типов (рис. 5.5). Канавку выполняют открытой со стороны магазина, чтобы не было соударений штам-
Рис. 5.4. Газоотводящие каналы
пов по плоскости разъема при холостом ходе пресса. При штамповке ввиду наличия упругой деформации системы пресс -
во вставке
штамп между штампами должна обеспечиваться толщина облоя h0. При холостом ходе пресса эта величина меньше на упругую деформацию и при наличии плоскости соударений штампов, подобной молотовым штампам, происходил бы удар штампов друг о друга.
Рис. 5.5. Формы облойных канавок
По сравнению со штамповкой на молотах толщину облоя h0 выбирают несколько большую, а ширину b меньшую.
Размеры облойной канавки выбирают в зависимости от силы применяемого пресса (табл. 5.1).
Тип I (см. рис. 5.5) облойной канавки является наиболее распространенным. Мостик (порог) канавки делают в верхнем штампе, чтобы он меньше прогревался. В этом случае облой в магазине изгибается вверх и при его обрезке в том же положении поковки, что и при штамповке, поковка с облоем хорошо укладывается в обрезную матрицу. При обрезке облоя с разворотом поковки мостик (порог) делают в нижнем штампе.
Тип II делают для вставок с большой толщиной стенок в целях уменьшения обработки резанием.
Тип Ш выполняют для сложных поковок с большим отходом в облой на отдельных участках периметра.
Тип IV применяют для горячей калибровки, когда облой минимальный.
Размеры радиусов закруглений кромок ручья на выходе в облойную канавку зависят от глубины прилегающей полости Н (рис. 5.5).
При различных глубинах размеры радиусов осредняют, а при значительной их разнице радиусы закруглений делают различными, что отмечается на чертеже штампа.
Таблица 5.1
Размеры облойных канавок штампов КГШП, мм (рис. 5.5)
Сила пресса, МН	h0	а	b	hi	«1
6,3	1.0...1,5	0.6...1,0	4...5	5	15
10	1,5...2,0	1,0—1,5	4...6	6	15
16	2.0...2.5	1,2—1,6	5...6	6	20
20	2,5...3,0	1,4—1,8	6	6...8	20
25	2,5...3,0	1,6—2,0	6	6...8	20
31,5...40	3,5...4,0	2,0...2,5	6...8	8	25
50...63	4,5...5,0	3,0...3,5	8...12	9...12	30
Для удобства захвата поковок за облой во вставках окончательного и предварительного ручьев делают выемки, аналогичные выемкам для клещевины в молотовых штампах (см. рис. 4.11).
Предварительный ручей конструируют так, чтобы его глубокие полости были бы глубже, чем в окончательном ручье. Тогда в окончательном ручье полости будут заполняться осажива
нием, что меньше изнашивает штамп. Полости в предварительном ручье делают несколько уже, чем в окончательном. При мелких полостях предварительный и окончательный ручьи делают одинаковыми. Облойную канавку в предварительном ручье иногда не делают, но зазор между вставками должен быть. Радиусы закруглений в предварительном ручье делают в три раза большими, чем в окончательном.
Объем исходной заготовки подсчитывают по формуле
V = V + V +У ¥ заг v пок ~ v о ' v уг 9
где Упок - объем поковки, мм3; Уо - объем облоя, мм3; Ууг - объем потерь на угар (при нагреве индукционном 1%, а при пламенном - 2% ОТ Узаг), мм3.
Объем облоя определяют по формуле
Vo = VM + Умаг = p(bh0 + h2B),
где Ум - объем на мостике облойной канавки, мм3; Умаг - объем в магазине облойной канавки, мм3, р - периметр поковки в плане, мм; й2 - средняя толщина облоя в магазине, мм; В - ширина облоя в магазине, мм.
Значение h2 = 2й0, В = 10 мм при Упок до 0,5 кг, В = 15 мм при Упок до 2 кг и В = 20 мм при Упок свыше 2 кг. Для сложных поковок, при наличии предварительного ручья, значение В удваивают.
Определение сил при штамповке на КГШП. Если потребная сила выбрана неправильно, то при недостаточной силе на кривошипном прессе может произойти авария, пресс заклинится.
В настоящее время существует ряд формул по определению сил при штамповке, в которых принимают различную форму и размеры очага деформации при штамповке.
Рассмотрение деформированной сетки внутри поковки при доштамповке (конечный момент штамповки) показывает, что очаг интенсивной деформации по своей форме приближается к форме в виде линзы в центральной части и в виде плоских кольцевых участков периферийной части (в области поковки) (рис. 5.6). Если принять форму очага деформации по рис. 5.6, то можно ожидать большого соответствия теоретической и экспериментальной эпюр распределения напряжений по очагу дефор
маций, так как при данной форме очага деформации теоретические напряжения должны резко возрастать вблизи облоя. Основываясь на такой форме очага деформации, были получены следующие формулы для определения сил.
Для штамповки круглых в плане поковок
Р = с 2,5 + —+ 0,185 К
^ПОК _ 2
к
р(Оп„-2Л.)2
„ b
+G 2 -I----
2й„
пок
(39)
Рис. 5.6. Очаг деформации при доштамповке на участках: I - с цилиндрической частью; II - с линзообразной частью
4
Для штамповки удлиненных в плане поковок
Р = с
*
5
(40)
где о* - напряжение текучести при плоском деформированном состоянии при температурно-скоростных условиях штамповки (о* = 1.15 cs);F0- площадь проекции мостика облойной канавки; Fn0K - площадь проекции поковки или рассматриваемой ее части при расчленении по длине сложной поковки на элементарные участки прямоугольной формы в плоскости разъема; Вср - ширина поковки в плане или ширина рассматриваемого участка при расчленении.
Формулы (39) и (40) действительны для тех случаев, когда выступы в полостях верхнего и нижнего штампов не пересекают плоскости разъема и отстоят от нее каждый на расстоянии не менее 2Н0. В противном случае необходимо увеличить полученную по формулам силу в 1,2... 1,3 раза.
Данные формулы можно применять при штамповке в открытых штампах на КГШП, фрикционных и гидравлических прессах. Каждому виду прессов соответствует определенная скорость деформирования, которая определяет скорость деформации и величину о s.
При определении силы штамповки для КГШП ориентировочно можно принимать напряжение текучести с5 по формуле cs = (2 ... 2,5) <зы, где ав(- предел прочности при температуре окончания процесса штамповки при обычных испытаниях [4, 5].
5.2.	Конструкции прессовых штампов и их проектирование
Крепление ручьевых вставок производят в блоках двух основных типов: для призматических и цилиндрических вставок. Блок состоит из двух опорных плит, направление которых относительно друг друга обеспечивается направляющими колонками (рис. 5.7, 5.8). Блоки для цилиндрических вставок применяют редко, так как для штамповки круглых поковок могут приме
няться цилиндрические вкладыши, которые вставляют в призматические вставки. Кроме универсальных блоков, применяют специальные, предназначенные для одной или нескольких однотипных поковок.
Рис. 5.7. Блок (пакет) штампа КГШП:
1 - вставки призматические (на видах А и В - не показаны)
Верхнюю плиту блока крепят болтами к ползуну пресса, а нижнюю - к столу. На столе пресса блок можно перемещать с помощью клиньев, действующих на скошенные поверхности, сделанные в нижней плите. В верхней плите имеется паз, в который входит выступ ползуна пресса.
Размеры универсальных блоков (см. рис. 5.7) для призматических вставок для прессов силой 6,3...63 МН даны в нормалях МН 4808-63: В = 630... 1800 мм, L = 750...2000 мм и Я= 574... И 60 мм.
Клиновая подушка на столе пресса позволяет регулировать закрытую высоту блоков. С учетом этой регулировки а и минимальной закрытой высоты штампового пространства А номинальную закрытую высоту Н выбирают по формуле Н=А + 0,75а.
При заклинивании пресса необходимо уменьшить закрытую высоту, что и обеспечивается данным расчетом. Направляющий узел блока показан на рис. 5.8. Он состоит из направляющей колонки 3, которая входит во втулку 4. Втулка 4 вставлена в верхнюю плиту 1, а колонка 3 - в нижнюю плиту 7. Сверху отверстие в плите 1 закрыто крышкой 2. Сальник 5 поджимается нижней крышкой 6. Колонок делают две, но иногда три или четыре. На колонки, втулки и другие детали направляющего узла имеются нормали МП 4810-63 и МН 4811-63.
Призматические вставки крепят в блоках пятью способами, показанными на рис. 5.9. Крепление вставок на рис. 5.7 соответствует позициям биг рис. 5.9.
Рис. 5.8. Направляющий узел блока
в)	г)	<))
Рис. 5.9. Крепление штамповых вставок в блоке:
а - продольное прихватами; б - продольное прижимными клеммами;
в — боковое упорными винтами 1; г - боковое прижимными клеммами; д — упорными винтами 2 через стойку
Существует несколько схем механизмов выталкивателей универсальных блоков. Чаще всего применяют рычажнокулачковый выталкивающий механизм, показанный на рис. 5.10. Рычаги 1 сидят на оси, закрепленной в разъемных подшипниках 7. На средний рычаг 1 действует стержень выталкивателя пресса 2, который поворачивает все рычаги 7, сидящие жестко на оси. От рычага 1 движение передается на стакан 3, перемещающийся во втулке 4. От стакана 3 движение передается на стержень вы
талкивающего механизма 5, который прижимается к дну полости стакана 3 пружиной 6. В дальнейшем от стержня 5 движение передается на толкатель штамповой вставки 8, который возвращается в исходное положение с помощью пружины. Длина хода толкателя 10...40 мм в зависимости от силы пресса 6,3...80 МН. Описанная система имеет достаточную жесткость и выдерживает большие силы. Толкатель вставки может воздействовать прямо на тело поковки, на облой или внутреннюю
Рис. 5.10. Рычажно-кулачковый выталкивающий механизм
перемычку. Обычно рычаги 1 делают двуплечими, так как в блоке имеются три вставки, из которых одну используют для осадки или гибки, когда выталкивание не требуется, а двуплечие рычаги 1 обеспечивают выталкивание во вставках для окончательного и предварительного ручьев. Систему выталкивания в нижней и верхней плите делают одинаковой. Для поковок, изготовляемых выдавливанием, иногда делают специальную систему, обеспечивающую большой ход толкателя.
5.3.	Штамповка выдавливанием
Схемы штамповки в штампах для выдавливания и прошивки показаны на рис. 5.11.
Прямое выдавливание (рис. 5.11,а,е) характеризуется тем, что металл течет в направлении движения деформирующего пуансона. Силы трения направлены в сторону, противоположную движению пуансона. Обратное выдавливание и прошивка (рис. 5.11,б,в) характеризуются тем, что металл течет в направлении, противоположном движению деформирующего пуансона. Силы трения направлены по движению деформирующего пуансона. На рис. 5.11,г показана схема поперечного выдавливания. Здесь металл вытекает в боковые полости. На рис. 5.11,д дана схема комбинированного выдавливания, когда имеет место комбинация прямого и обратного выдавливаний.
Из схем прямого выдавливания наиболее употребительной является схема по рис. 5.11,а.
Из схем обратного выдавливания и прошивки наиболее часто встречается схема по рис. 5.11,в.
Штамповка выдавливанием в сущности представляет собой процесс прессования. Схема прямого прессования аналогична схеме по рис. 5.11,а. Прессование является разновидностью обработки давлением, с помощью которой изготовляют прутки и трубы различного профиля. Остающаяся в матрице часть металла является отходом, который отрезают от прутка и удаляют. В отличие от прессования при штамповке выдавливанием часть металла, остающаяся в матрице, является составной частью единой детали, например детали типа стержня с фланцем.
Для прессования применяют специальные горизонтальные гидравлические прессы.
Для штамповки выдавливанием применяют КГШП, гидравлические прессы различной конструкции, а также винтовые прессы.
При прессовании течение металла имеет стационарную стадию. Течение металла при выдавливании является нестационарным. Очаг деформации при выдавливании изменяется на протяжении всего процесса.
При выдавливании образуется схема всестороннего неравномерного сжатия. Однако на отдельных участках возникают также растягивающие деформации, которые могут приводить к появлению дефектов: пресс-утяжин, прострелов, трещин, разрывов, сколов по поверхности естественного конуса (при наличии застойных зон).
Для разработки технологии штамповки выдавливанием необходимо учитывать форму поковки, степени деформации при выдавливании, скорости деформации при выдавливании, подбор смазочного материала, нагрев и другие факторы.
Особые требования предъявляют к правильной форме поковки. Поковку по возможности следует выполнять с плавными переходами. В особенности большие радиусы закруглений следует назначать в местах перехода от стержневой части к фланцу, поскольку там наблюдается повышенный износ штампов истиранием, вызванный интенсивным течением металла и высокими давлениями.
При больших радиусах закруглений износ уменьшается.
Для штамповки на КГШП разработана классификация поковок по конструктивно-технологическому признаку, которая учитывает преимущественно те поковки, для которых имеются определенные технологические решения.
В этой классификации поковки, изготавливаемые выдавливанием, сведены в одну группу, состоящую из трех подгрупп.
К первой подгруппе относят поковки типа стержня с утолщением. Стержневые элементы получают прямым выдавливанием, а отдельные выступы обратным выдавливанием (закрытой прошивкой).
Вторую подгруппу составляют поковки с отростками (типа крестовин), выполняемые поперечным выдавливанием, и поковки, выполняемые поперечным и прямым или обратным выдавливанием, т.е. комбинированным выдавливанием.
Третью подгруппу образуют поковки с глухой или сквозной полостью. Это поковки типа стаканов, а также типа стержня с фланцем, с отверстием по оси поковки. Полые элементы поковок получают выдавливанием металла в кольцевую полость. Для сложных поковок применяют разъемные матрицы и двухстороннее движение пуансонов.
Заготовки применяют как цельные, так и с отверстиями (из труб).
Штамповку прямым выдавливанием выполняют преимущественно на КГШП. С успехом можно проводить прямое выдавливание на гидравлических, а также на фрикционных прессах. Принципиального отличия в конструкциях штампов для прямого выдавливания на различном оборудовании нет.
Типичной поковкой при штамповке выдавливанием на КГШП является поковка типа стержня с фланцем. Переходы при штамповке выдавливанием такой поковки показаны на рис. 5.12. Сначала производят предварительное выдавливание, при котором получают стержень (рис. 5.12,6). В окончательном переходе (рис. 5.12,в) оформляется головка с незначительным истечением металла в стержень. После штамповки излишнюю часть стержня длиной Д/с отрезают (рис. 5.12,г). Этот излишек играет роль компенсатора.
Рис. 5.12. Штамповка прямым выдавливанием:
а - заготовка; б - предварительный переход; в - окончательный переход;
г — поковка
На рисунке 5.12 показана штамповка головки в окончательном переходе без заусенца или с небольшим торцовым заусенцем. Здесь могут быть различные варианты (рис. 5.13).
Рис. 5.13. Виды заусенца или облоя при прямом выдавливании: а — торцовый заусенец; б - развернутый плоский облой; в — поперечный облой с выходом в магазин; г — поперечный облой с торцовым заусенцем
При проектировании технологии штамповки выдавливанием на КГШП необходимо учитывать следующие особенности:
1.	Дно матрицы необходимо выполнять коническим с заход-ным углом 2у < 150 (рис. 5.16). В целях большей гарантии отсутствия мертвых зон входной угол 2у лучше назначать не более 120°.
При выдавливании наиболее эффективным является пуансон с коническим торцом с углом 150°. Однако при штамповке сложных головок, если требуется доштамповка головки в следующем ручье, целесообразнее применять плоский пуансон.
2.	Относительное обжатие
F - f
5 = -—М00%,
F
где F - площадь поперечного сечения матрицы; f - площадь поперечного сечения очка (отверстия в матрице для образования стержня), меняется в пределах 15...95%.
р
3.	Скорость истечения металла w = y-v, м/с, где v - скорость движения пуансона, определяемая по графику движения ползуна.
Высоколегированную сталь штампуют при меньших скоростях истечения, чем низколегированную и углеродистую.
4.	В зависимости от формы поковки, выбранного технологического процесса и колебаний объема заготовки в результате штамповки выдавливанием можно получить поковки: без заусенца, с торцовым заусенцем, с поперечным облоем и с поперечным облоем и торцовым заусенцем (см. рис. 5.13).
Образование торцового заусенца и его величина зависят от среднего давления, определяемого при прочих равных условиях р коэффициентом вытяжки к = —, где F - площадь проекции голов-
ки поковки на плоскость разъема;/- площадь сечения стержня.
При малых значениях к металл легко выдавливается в стержень и головка получается заполненной.
При к < 7,5...7,8 выдавливание осуществляют без торцового заусенца на поковке; при к > 7,8... 15 при выдавливании получается торцовый заусенец. При к > 15 торцовый заусенец настолько велик, что происходит заклинивание пуансона, задиры, быстрый его износ. Практически при к > 15 выдавливание не рекомендуется. Если вместо отношения площадей взять отношение соответствующих диаметров, то можно считать, что торцовый заусенец при выдавливании получается при ^пок < 2,6.. .2,7.
Если при сложной форме поковки по условиям удаления заусенца более целесообразен поперечный облой, то предусматривают специальную канавку. При небольшой головке несложной формы эту канавку делают глубиной 1...2 мм и шириной 15...30 мм (см. рис. 4.10,а).
При штамповке в два или несколько переходов поковок с головками, имеющими выступающие бобышки, необходимо предусмотреть, чтобы торцовый заусенец, образовавшийся при штамповке в закрытом предварительном ручье, был выведен в поперечный облой при окончательной штамповке в открытом ручье (см. рис. 5.13).
5.	Зазор между пуансоном и матрицей принимают в зависимости от выбранного технологического процесса. Если поковку надо получить без торцового заусенца, зазор берут в пределах: для поковок с диаметром головки до 60 мм - 0,05...0,15 мм на сторону, при 60... 100 мм - 0,3...0,4 мм. Если предусматривают торцовый заусенец, зазор устанавливают 1,2... 1,4 мм на сторону.
6.	Осадку заготовки перед штамповкой выдавливанием производят главным образом для снятия окалины, при этом одновременно учитывают преимущества резки заготовок меньшего диаметра и большей длины. Иногда при осадке производят фасонирование заготовок для более удобной укладки заготовки в штамповочный ручей.
7.	При оформлении ступенчатых стержней иногда в верхней цилиндрической части стержня наблюдается утяжка. Это происходит при недостаточном перепаде диаметров фланца и относительно малой его высоте. При отладке процесса штамповки выдавливанием в случае незаполнения в стержне необходимо предусмотреть напуск на меньший диаметр фланца.
Пресс для штамповки выдавливанием надо выбирать с учетом того, что при выдавливании необходима большая штамповая высота, чем при осаживании, а также выталкиватель с большим ходом. Выталкиватель может быть механическим, связанным с прессом, пневматическим, пневмомеханическим или гидравлическим, встроенным в пресс.
Необходимо проверить соответствие силы штамповки допускаемой силе пресса на участке хода, соответствующем началу выдавливания.
На рисунке 5.14 показан штамп для выдавливания на КГШП, в котором имеются два перехода. Штамп отличается тем, что на нем имеется дополнительное клиновое устройство для отдельной регулировки положения пуансона на переходе I (рис. 5.14,а). Регулировка перехода П (рис. 5.14,6) производится непосредственно регулировкой стола пресса. В штампе имеется водяное охлаждение.
а)	б)
Рис. 5.14. Штамп КГШП для прямого выдавливания: 1 - вода; ТТзакр - закрытая высота штампа
Из схем выдавливания особое значение имеет схема штамповки прошивкой или закрытой прошивкой (рис. 5.15). Так изготовляют поковки корпусов снарядов и поковки типа стакана. Однако такие поковки штампуют обычно на гидравлических прессах.
Силы при штамповке прямым выдавливанием зависят от конфигурации матрицы (рис. 5.16). Для поковок, соответствующих форме матрицы по рис. 5.16,а, силу определяют по формуле
f 1 х 2	\ D2 ,2L 2l~\iid2
------1---------in—-Ч------1—  .
2siny l + 2cosyj d D J J 4
(41)
* 0D '
Рис. 5.15. Схема штамповки прошивкой: 1 - пуансон; 2 - поковка; 3 - матрица
Рис. 5.16. Схемы различных типов инструмента для прямого выдавливания
Следует учитывать, что величина 2у должна быть не более угла естественного течения, т.е. не более 120°.
Для поковок, соответствующих форме матрицы по рис. 5.16,6,
( 1 \п^2 ^2L_l_2l'\nd2
----- in—-ч----1— -----.
2siny J d D d J 4
(42)
Для поковок, соответствующих форме матрицы по рис. 5.16,в,
Р = <5
2 sin у J df
1п^- + 1 + —!— In— di 2siny J d
+ 2Л + 2/	(43)
Силы при штамповке закрытой прошивкой определяют по формуле (см. рис. 5.15)
причем d/h < 6. При dlh > 6 необходимо учитывать влияние осадки донышка.
При выборе значения напряжения текучести необходимо учитывать температурно-скоростные факторы деформации.
5.4. Методы мало- и безоблойной штамповки
Экономию металла за счет облоя можно получить штамповкой в закрытых штампах (безоблойная штамповка) или в штампах с компенсаторами (малооблойная штамповка).
Схема штамповки в закрытом штампе показана на рис. 4.3. Так как штамп является закрытым, то для штамповки требуется заготовка точного объема, который равен объему полости штампа. В противном случае поковка будет получаться ббблыпей по высоте. Увеличение высоты потребует соответствующего увеличения упругой деформации системы «штамп - КГШП». Пресс будет перегружен, возможно заклинивание и т.п. Однако при условии относительно точной дозировки заготовки по массе штамповку в закрытых штампах на КГШП можно проводить, не применяя никаких дополнительных устройств. Небольшие колебания по высоте поковки будут компенсироваться податливостью системы «штамп - КГШП». На рис. 5.17 показан закрытый штамп и переходы штамповки для поковки щеки цепи Галля.
130
Рис. 5.17. Закрытый штамп КГШП без компенсаторов (а) и переходы штамповки для поковки щеки цепи Галля (б)
Получение дозированной по массе заготовки перед штамповкой является задачей, которая до сих пор не решена в экономическом плане. Точные заготовки остаются дороже обыкновенных и получение их связано с усложнением процесса резки. Вопрос экономичного получения точных заготовок зависит от точности прокатанных прутков.
Другим направлением для штамповки в закрытых штампах на КГШП является отказ от точной дозированной заготовки и применение различных компенсирующих устройств. Заготовки обычной точности имеют колебания объема до 5... 10%. Этот избыток металла необходимо удалить из полости при штамповке или он должен остаться на отдельных участках поковки и будет удалей при обработке резанием.
Существует несколько способов штамповки на КГШП в закрытых штампах из заготовок обычной точности. Рассмотрим два способа.
Первый способ был разработан в НИИТАвтопроме. Способ заключается в том, что в противниках окончательного ручья расположены калиброванные отверстия - компенсационные полости (рис. 5.18), в которые затекает излишний металл при штамповке, подобно вытеканию в облой при открытых штампах. Заготовка вначале деформируется в осадочном ручье 1, затем в предварительном ручье 2 (с неполным его заполнением), и, наконец, в окончательном ручье 3. Отштампованные поковки пробиваются на обрезном прессе. При этом вместе с выдрой удаляют и избыток металла, вытесненный в компенсаторы. Этот способ можно применять при штамповке поковок диаметром не менее 50 мм. Недостатком способа являются большие давления в полости окончательного ручья, которые возникают вследствие высокого сопротивления течению металла в компенсаторы, расположенные в середине тонкой пленки под пробивку.
Рис. 5.18. Закрытый штамп КГШП с компенсаторами в виде полостей в противниках
Второй способ разработан в Московском государственном техническом университете (МГТУ МАМИ) (рис. 5.19). Штамп снабжают подпружиненными выталкивателями, кольцевыми или цилиндрическими. Пружины предварительно сжимают на силу, обеспечивающую заполнение полости штампа при неподвижных выталкивателях. После полного заполнения полости, если в заготовке есть избыток металла, давление в полости возрастает и выталкиватели сдвигаются, освобождая место для избытка металла. После штамповки пружины возвращают выталкиватели
в исходное, фиксированное относительно полости положение. Обычно делают подпружиненным один выталкиватель, верхний или нижний. На рис. 5.19,а показан штамп с подпружиненным верхним кольцевым выталкивателем, а на рис. 5.19,6 - штамп
с подпружиненным цилиндрическим нижним выталкивателем.
а)	б)
Рис. 5.19. Закрытый штамп КГШП с подпружиненными выталкивателями-компенсаторами:
1 - пакет тарельчатых пружин; 2 - верхние выталкиватели; 3 - верхняя плита; 4 - нижняя плита
Система подпружиненного выталкивателя такова, что обеспечивает возможность жесткого выталкивания поковки от выталкивателя пресса.
Недостатками способа являются усложнение конструкции штампа и необходимость в увеличенной обработке резанием поковок на участках контакта с подпружиненными выталкивателями.
Сложные поковки, выполняемые поперечным или комбинированным выдавливанием, требуют новых конструкций штампов, обеспечивающих экономию металла. Такими штампами являются штампы с разъемными матрицами.
Ввиду особенностей КГШП закрытые штампы с разъемными матрицами надо снабжать компенсаторами для выхода излишнего металла из полости. В противном случае заготовка должна быть точной по массе.
При штамповке на КГШП штампы с вертикальным разъемом матрицы обычно не применяют. Применяют штампы с горизон-
тальным разъемом матрицы. Такие штампы можно использовать для штамповки поковок типа крестовин (рис. 5.20). Заготовку вначале осаживают в ручье 3, а затем устанавливают в центре нижней части матрицы 5, закрепленной на нижней плите штампового пакета. Верхняя часть матрицы 4 подвешена к верхней плите пакета и опирается на пружинные прижимные устройства 1. Таким образом, верхняя часть матрицы 4 может перемещаться по пуансону 2, который входит в отверстие матрицы 4. Пуансон 2 жестко закреплен па верхней плите пакета, связанной с ползуном пресса. При движении ползуна пресса вниз матрица 4 движется вместе с пуансоном 2 до соприкосновения с матрицей 5, после чего остается неподвижной, а пуансон 2 продолжает двигаться и деформирует заготовку. При этом пружины прижимного устройства 1 сжимаются и придавливают матрицу 4 вниз. Полость между матрицами 4 и 5 оказывается закрытой. Деформируемый металл заполняет полость, а излишний металл вытекает в компенсатор в виде канавки, размещенной по периметру поковки. Получается тонкий заусенец, который затем можно обрезать в холодном состоянии.
5 4
Рис. 5.20. Закрытый штамп КГШП с горизонтальным разъемом
Глава 6
ШТАМПОВКА НА ВИНТОВЫХ ПРЕССАХ
6.1. Технология штамповки на винтовых прессах
Винтовые прессы используют для объемной штамповки в открытых и закрытых одноручьевых штампах, а также для высадки, чеканки, гибки, рихтовки и калибровки. Материалом поковок служат сталь и труднодеформируемые металлы и сплавы, в том числе медные.
Номинальная сила пресса по ГОСТ 713-88 составляет 0,4... 100 МН. Для этих прессов указывают еще и допустимую силу в соответствии с номинальной. Ее больше примерно в 1,5 раза, что гарантирует пресс от поломки. Эффективная номинальная энергия не менее 0,8...5000 кДж, причем для каждого типа пресса при одной номинальной силе предусмотрены две эффективные энергии. Ход ползуна составляет 200... 1000 мм. Высота штампа не менее 190...2000 мм. Частота ходов при наибольшем ходе от 42 до 5 в минуту. Чем больше сила пресса, тем меньше число ходов.
В открытых штампах на винтовых прессах штампуют мелкие фасонные поковки и поковки типа болтов и заклепок. Эти прессы имеют относительно большую скорость деформирования по сравнению с другими прессами, однако течение металла при штамповке на этих прессах аналогично штамповке на других прессах. Большой ход позволяет производить штамповку поковок типа стержня с фланцем высадкой. Слабое направление ползуна обусловливает штамповку только в одном ручье, расположенном на оси пресса.
В последние годы винтовые прессы были значительно модернизированы, стали более быстроходными, а в некоторых конструкциях выполнено хорошее направление ползуна, что позволяет производить штамповку и в многоручьевых штампах.
Чаще применяют одноударную штамповку в одноручьевых штампах, но возможна также многоударная штамповка и штамповка в двухручьевых штампах.
Классификация поковок, штампуемых на винтовых прессах, подразделяет поковки на два вида: штампуемые в открытых штампах и штампуемые высадкой и выдавливанием в закрытых штампах с неразъемной и разъемной матрицами.
Поковки, штампуемые в открытых штампах, подразделяют на четыре группы: группа 1 - круглые в плане, типа шестерен и крестовин; группа 2 - с прямой осью, удлиненные в плане; группа 3 - с изогнутой осью, удлиненные в плане; группа 4 - с отростками и развилинами или произвольной формы.
Поковки, изготовляемые высадкой и выдавливанием в закрытых штампах с неразъемной и разъемной матрицами, показаны в табл. 6.1.
Таблица 6.1
Поковки, изготовляемые высадкой и выдавливанием в закрытых штампах с неразъемной и разъемной матрицами
Поковки	Эскиз
Стержневые с фланцами или буртами	
С глухими или сквозными полостями	
С боковыми отростками	
Сложной формы	
Размеры заготовок и переходы штамповки поковок в открытых штампах можно определять так же, как и при штамповке на молотах. Если предусматривают операции протяжки и подкатки, то необходима предварительная вальцовка заготовки или ее ковка на пневматическом молоте.
Облойную канавку выбирают, находя толщину мостика облойной канавки h0 по формуле h0 = 0,02^/FnoK, и далее в соответствии со штамповкой на молотах по тем же таблицам принимают ширину мостика b и размеры магазина.
На винтовых прессах успешно проводят штамповку в закрытых штампах высадкой и выдавливанием.
Если при штамповке применяют выталкиватели, то штамповочные уклоны выбирают от 0 до 2°.
Положительные отклонения допусков на вертикальные размеры увеличивают в 1,5...2 раза по сравнению с молотовыми поковками по ГОСТ 7505-89. Припуски и допуски на стержневые элементы поковок, штампуемых выдавливанием, выбирают в зависимости от типа производства и последующей обработки резанием по специальным таблицам.
Объем заготовки при штамповке в закрытых штампах определяют по формуле Узаг = (1,02... 1,05)УПОК.
При штамповке высадкой на участке стержня выполняют два уклона. На части стержня, примыкающей к фланцу или бурту, принимают уклон 2...3° на длине (0,15...0,2 )d, где d - диаметр стержня.
На остальной части стержня уклон берут не более 30'. При штамповке поковок обратным выдавливанием (закрытой прошивкой) с глухими или сквозными полостями для облегчения выталкивания в матрице делают уклон 20'.
Расчет необходимой силы деформирования можно проводить по формулам, приведенным в гл. 5. При этом необходимо учитывать скоростной коэффициент.
Для ориентировочного определения силы деформирования можно использовать следующую формулу:
где а - 3 - при штамповке в закрытых штампах без значительного выдавливания металла; а = 4 - при штамповке в открытых штампах; а = 5 - при штамповке выдавливанием в закрытых штампах; Fn0K - площадь проекции поковки в плане, мм ; Кок - объем поковки, мм3; овг - временное сопротивление материала поковки при температуре штамповки, МПа.
6.2. Конструкции штампов для винтовых прессов
При штамповке удлиненных поковок в открытых штампах применяют универсальный переналаживаемый блок, показанный на рис. 6.1. Во вставках 3 располагают один ручей. Вставки крепят клиньями 7.
Рис. 6.1. Универсальный переналаживаемый блок штампа с одним штамповочным ручьем (а) для штамповки поковок с удлиненной осью и вставка штампа (б)
От сдвига вставок в перпендикулярном фронту штампа направлении служат шпонки 4, которые устанавливают в подкладные плиты 5. Все эти детали монтируют в блоке, состоящем из верхней 2 и нижней 1 плит, связанных направляющими колонками 8 и втулками (на рис. 6.1 втулки не показаны). Верхнюю плиту 2 крепят к ползуну пресса через хвостовик б. Такие блоки устанавливают на прессах силой 2,5...6,3 МН. Размеры блоков следующие: В - 500.. .710 мм, L - 500.. .630 мм, Н- 344.. .430 мм.
При штамповке круглых в плане поковок применяют универсальный переналаживаемый блок (рис. 6.2). В нем отсутствуют направляющие колонки и центрирование верхней вставки относительно нижней происходит с помощью кольцевых направляющих, аналогичных молотовым штампам. Сменные вставки 2 устанавливают в цилиндрические гнезда, выполненные в нижней 1 и верхней 3 плитах. Вставки 2 опираются на промежуточные подкладные плитки 4. Вставки крепят клиньями 6. Плиту 3 крепят к ползуну пресса с помощью хвостовика 5. Такие блоки устанавливают на прессах силой 0,4.. .2,5 МН.
Рис. 6.2. Универсальный переналаживаемый блок штампов с осевым расположением направляющих узлов
При штамповке поковок типа болтов производят высадку нагретого концевого участка стержневой заготовки в универ
сальном переналаживаемом блоке штампов, показанном на рис. 6.3. Блок имеет осевое расположение направляющих узлов (колонок 2 и втулок 3). Сменные нижнюю 1 и верхнюю 2 вставки крепят к нижней 7 и верхней 1 плитам. Верхнюю вставку 12 крепят к пуансонодержателю 4 с помощью гайки 5. Между пу-ансонодержателем и вставкой установлена подкладная плитка. Пуансонодержатель 4 крепят к плите 1 болтами. Нижнюю вставку 11 крепят к нижней плите 7 кольцом б и болтами. Выталкиватель 9 можно регулировать в соответствии с длиной стержня поковки, для чего служит резьбовая пробка 10, перемещающаяся в корпусе 8.
Для штамповки в закрытых штампах можно использовать универсальные блоки, показанные на рис. 6.2 и 6.3. Во вставках располагают ручьи и замок, который делает штамп закрытым.
Рис. 6.3. Универсальный переналаживаемый блок штампов с комплектом сменных вставок
При штамповке поковок с отростками типа корпусов газосварочной аппаратуры и крестовин применяют блок штампов с разъемными матрицами с вертикальным разъемом (рис. 6.4). Нижняя часть блока состоит из корпуса б, представляющего собой кольцо с внутренней конической полостью. Корпус 6 закреплен на плите 8. В полости корпуса б располагают полуматрицы 4 и 17, которые снизу имеют паз в виде ласточкина хвоста. В пазу скользит насадка 16, закрепленная наверху трубы 9. В трубе 9 имеется внизу скос 15, а снизу дно, которое крепится к штоку 11 пневматического цилиндра 13, закрепленного под столом пресса шпильками 12 с регулируемыми втулками 10. Крышки цилиндра 13 закреплены шпильками 14. В правой полуматрице 4 имеется выталкиватель 7, скользящий по вкладышу 5 и выталкивающий поковку, действуя на боковой отросток. К корпусу 6 внутри закреплены два клина 18, раздвигающие полуматрицы при ходе вверх после штамповки. В верхней части штампа пуансон 3 закреплен с помощью пуансонодержагеля 2 к плите 1. Направление верхней части штампа относительно нижней происходит с помощью колонок 19 и втулок 20.
В исходном положении полуматрицы 4 и 17 сомкнуты и находятся в крайнем нижнем положении. Заготовку укладывают в отверстие между полуматрицами сверху и наносят удар пуансоном 3. После штамповки пуансон 3 уходит вверх, а труба 9 поднимается вверх под действием пневмоцилиндра 13. При движении трубы 9 вверх одновременно поднимаются полуматрицы 4 и 17, которые также расходятся в стороны под действием клиньев 18. Поковка выталкивается из полуматриц толкателем 7 и падает в зазор между ними, а затем через отверстие в насадке 16 и вдоль трубы 9 до скоса 15. Ударившись о скос 15, поковка попадает на склиз и в тару. После этого шток 11 пневматического цилиндра опускается, полуматрицы опускаются и смыкаются, а штамп принимает исходное положение.
Особенностью штампов с разъемными матрицами является необходимость наличия пневматических или гидравлических цилиндров, а иногда клиновых или рычажных систем для раскрытия и закрытия полуматриц и выталкивания поковок.
Рис. 6.4. Штамп с разъемными матрицами и пневматическим устройством для раскрытия и закрытия матриц с выталкивателями поковок
Крепление верхней плиты всех рассмотренных штампов в ползуне пресса может производиться с помощью цилиндрического хвостовика или болтами. Нижнюю плиту штампа обычно крепят прихватами или болтами к столу пресса, в котором имеются Т-образные пазы.
Глава 7
ШТАМПОВКА НА ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ПРЕССАХ
7.1. Технология штамповки на гидравлических прессах
Гидравлические прессы для горячей объемной штамповки предназначены для объемной штамповки поковок из стали и цветных металлов и сплавов. Их можно использовать также для осадки, правки, листовой штамповки и других операций, не требующих приложения эксцентрических нагрузок.
Прессы имеют номинальную силу для трех ступеней давления. Для первой ступени пресс П272А имеет номинальную силу 10 МН, для второй ступени - 20 МН и для третьей ступени - 31,5 МН.
Пресс 2547 имеет номинальную силу для первой ступени 16 МН, для второй ступени - 20 МН и для третьей ступени - 50 МН.
Для пресса П272А наибольший ход подвижной траверсы 1000 мм, наибольшее расстояние между столом и подвижной траверсой 2200 мм; размеры выдвижного стола 1600x2000 мм; скорости: рабочего хода - 50 мм/с, холостого - 200 мм/с и обратного - 250 мм/с.
Для пресса П2547 наибольший ход подвижной траверсы 1250 мм, наибольшее расстояние между столом и подвижной траверсой 2500 мм; размеры выдвижного стола 2500x2000 мм; скорости: рабочего хода - 80 мм/с, холостого - 200 мм/с и обратного - 200 мм/с.
Номинальные силы аналогичны силам других прессов, максимальные от 12,5 до 50 МН, но могут доходить до 500 МН.
Гидравлические многоплунжерные прессы для безоблойной штамповки служат для штамповки в разъемных матрицах поковок сложной конфигурации из стали, алюминиевых сплавов и титановых сплавов. Имеются модели ПБ2636, ПБ2638А и ПБ2640.
Горизонтальные пуансоны имеют две ступени и соответственно номинальные силы: пресс ПБ2636 - первая ступень 2000 кН, вторая ступень - 4000 кН; пресс ПБ2638А - первая сту
пень 3150 кН, вторая ступень - 6300 кН; пресс ПБ2640 - первая ступень 5000 кН, вторая ступень - 10000 кН. Ход горизонтальных пуансонов: пресс ПБ2636 - 100 мм, пресс 2638А - 125 мм, пресс ПБ2640 - 150 мм. Скорость штамповки горизонтальными пуансонами на первой ступени 100...80 мм/с, на второй ступени -50.. .40 мм/с.
Вертикальные пуансоны имеют номинальные силы штамповки соответственно 1000, 1600 и 2500 кН при ходе пуансонов 50... 100 мм и скорости штамповки 110, 102 и 165 мм/с.
Номинальная сила прижимной траверсы пресса ПБ2636 -8000 кН, пресса ПБ2638А - 12500 кН и пресса ПБ2640 -20000 кН при ходе прижимной траверсы соответственно 400, 500 и 630 мм.
Гидравлические прессы ввиду безударного характера работы, возможности получения номинальной силы в любом положении подвижной траверсы, разнообразия их размеров и конструкций, возможностей автоматизации и механизации и других преимуществ применяют в различных отраслях народного хозяйства.
На них штампуют крупные поковки, которые на другом оборудовании получить невозможно, а ввиду большого рабочего хода штампуют поковки типа длинных стаканов, получаемые закрытой прошивкой. Кроме того, на гидравлических прессах штампуют поковки методами изотермической штамповки (с постоянной температурой штампов, равной температуре поковки) и поковки, требующие специальных физико-химических условий горячей деформации.
На обычных гидравлических штамповочных или универсальных прессах большой силы (свыше 10 МН) выполняют штамповку в открытых и закрытых штампах. Гидравлические прессы имеют плохое направление подвижной поперечины, которое предопределяет штамповку в одном ручье, расположенном на оси пресса.
В открытых штампах на гидравлических прессах штампуют поковки из черных и цветных металлов. Штамповка из алюминиевых и магниевых сплавов имеет широкое распространение.
Поковки из алюминиевых и магниевых сплавов могут иметь очень большие размеры. Это поковки типа панелей и рам с площадью проекции до 2,5 м2, узкие и длинные поковки типа балок и лонжеронов (длина до 8 м), поковки типа стаканов, втулок и крыльчаток.
Из стальных и титановых поковок можно отметить поковки типа дисков.
При изготовлении сложных поковок заготовку подвергают ковке и только затем штампуют. На рис. 7.1 показаны переходы ковки, поковка и готовая деталь, которую штампуют на прессе силой 180 МН. Исходной заготовкой служит пруток из алюминиевого сплава массой 157 кг, диаметром 165 мм и длиной 2700 мм. Готовая поковка имеет массу 120 кг.
Рассмотрим особенности штамповки на гидравлических прессах.
Ввиду большой чувствительности пресса к нецентральной нагрузке необходимо точно рассчитывать центр ручья штампа и совмещать его с осью пресса (см. гл. 4, п. 4.7).
При штамповке крупногабаритных поковок давления в полости достигают очень большой величины. Поэтому штамп деформируется, образуется мениск, а поковка получается неравномерной по толщине. Для получения поковок с большей точностью следует изготовлять штампы с коррегированной рабочей поверхностью, т.е. с заранее заданной выпуклостью.
Тихоходность гидравлических прессов при штамповке заготовок из алюминиевых и магниевых сплавов приводит последние к сильному остыванию, и на поковках могут получаться дефекты, так как не будет выдержан узкий для этих сплавов температурный интервал. Чтобы избежать остывания таких поковок, применяют постоянный электрический подогрев штампов.
При штамповке черных металлов штампы сильно нагреваются, поэтому необходимо внутреннее или наружное водяное охлаждение.
В закрытых штампах штампуют поковки из стали, алюминиевых и магниевых сплавов. Гидравлические прессы приспособлены для штамповки в закрытых штампах, поскольку не боятся перегрузок, а ход их может заканчиваться в любой точке
по достижении максимальной для данного пресса силы. Поковки получают с точными размерами и малыми штамповочными уклонами (30'... 1 °).
В закрытых штампах можно проводить штамповку жидкого металла (алюминиевые и медные сплавы). В штампах должны быть предусмотрены защитные кожухи, предупреждающие выплеск металла в сторону рабочего. Металл расплавляют в индукционной печи, переливают из печи в дозированную емкость и из нее заливают в матрицу.
В штампах с разъемной матрицей на гидравлических прессах штампуют мелкие, средние и даже крупные поковки из черных и цветных металлов и сплавов.
2	--j- „aiBfflifl
ЗИИЙ^Е=—31 4 вшаег-'^: ।
5	"дДр-'- - >
Рис. 7.1. Деталь и технологические переходы штамповки:
1 - деталь; 2 - исходная заготовка; 3-5 - высадка утолщений и фланца; 6-7 - гибка; 8 - предварительная штамповка; 9 - поковка
Прошивку и вытяжку на гидравлических прессах применяют при изготовлении поковок типа стакана: корпуса снарядов, толстостенные баллоны и цилиндры.
Существуют два основных способа закрытой прошивки. По первому способу заготовку выбирают с диаметром, равным диаметру матрицы, и по длине значительно меньшей, чем длина поковки (рис. 7.2,а). По второму способу заготовку берут квадратного сечения или с диаметром, существенно меньшим диаметра матрицы (рис. 7.2,6). Длина заготовки по второму способу получается приблизительно равной длине поковки.
Рис. 7.2. Способы закрытой прошивки: а — течение металла навстречу пуансону; б - течение металла в стороны;
1 - начало процесса; 2 - конец процесса; h — толщина донышка;
d — диаметр пуансона; D — диаметр матрицы, равный £>пок
При деформации заготовки по первому способу металл течет навстречу пуансону.
По второму способу металл растекается в стороны и одновременно прошивается. В начале прошивки будет происходить осадка заготовки, а в конце процесса металл будет течь навстречу пуансону, так как матрица в нижней части заполнится полностью.
Преимущество первого способа заключается в хорошем центрировании заготовки относительно матрицы, что позволяет получить относительно небольшую разностенность при хорошем центрировании пуансона. Недостатком способа является высокое давление полости на протяжении всего процесса прошивки.
Преимущество второго способа: относительно низкое давление в полости от начала и вплоть до последнего этапа прошивки, когда полость матрицы заполнится полностью. Недостатком способа является пониженная точность (повышенная разностенность), так как процесс прошивки с одновременной раздачей приводит к значительному уводу пуансона в сторону на большой длине процесса деформирования. Несмотря на это, предпочитают второй способ, а заготовку берут квадратного поперечного сечения, что дает центровку в матрице.
Повышение точности при прошивке зависит от многих факторов: от точности направления ползуна (траверсы) пресса и соответствующего направления пуансона в матрице; от качества заготовки (перпендикулярность торцов и др.); от точности центрирования заготовки; от равномерности нагрева заготовки перед прошивкой; от равномерности износа пуансона (головки); от возможной предварительной подготовки заготовки перед прошивкой (осадка в матрице с наметкой отверстия или без наметки).
После прошивки обычно производят операции вытяжки для уменьшения толщины стенки при неизменном внутреннем диаметре прошитого стакана. Толстостенный стакан при прошивке получают относительно легко.
Схема штампа для вытяжки с утонением стенки показана на рис. 7.3. Заготовку после прошивки укладывают на верхнюю кольцевую матрицу 1 и проталкивают подвижным пуансоном 2 через две матрицы (иногда три), а затем снимают с пуансона при его обратном ходе съемником (рис. 7.3,а). Иногда пуансон 2 неподвижен, а движутся матрицы 1 (рис. 7.3,6).
Число матриц, необходимое для изготовления поковки, определяют в зависимости от площади F, определяемой по формуле F = F\- F2, где Ft - максимальная площадь поперечного кольцевого сечения заготовки и F2 - площадь поперечного кольцевого сечения поковки (после вытяжки). Площадь пуансона обозначают как f. При расчетах принимают два условия F < 0,4/ и F < 0,7F2. Первое условие позволяет избежать пробивки дна стакана при малой площади пуансона/, а второе условие предупреждает отрыв дна или стенки заготовки при малой площади F2.
a)
б)
Рис. 7.3. Вытяжка с утонением стенки: а — пуансон подвижный; б — матрицы подвижные
Зная размеры заготовки и поковки, а также площадь вытяжки F, с помощью этих соотношений можно определить число матриц и их диаметры. Диаметр последней матрицы принимают равным диаметру цилиндрической части поковки в нагретом состоянии. Площадь вытяжки F распределяют при двух матрицах так, чтобы на первую матрицу (кольцо) приходилось 2/3F, а на вторую 1/3F.
Расчеты размеров при прошивке для получения заготовки -стакана и вытяжки с утонением должны быть согласованы, чтобы удовлетворить, в частности, упомянутым двум условиям вытяжки. Если размеры тюковки принять £>пок и d, а размеры про
шитого стакана-заготовки для вытяжки О, и d, то неравенства получат следующий вид:
^<^+0,4^ и ^<71,70^-0,7^.
По этим неравенствам легко получить размер Dr, по известным размерам Опок и d.
Расчет необходимой деформирующей силы можно проводить по формулам, приведенным в гл. 5, с учетом скоростного коэффициента. Силу для вытяжки с утонением можно принимать ориентировочно равной половине силы для предварительной прошивки.
7.2. Конструкции штампов для гидравлических прессов
Открытые штампы гидравлических прессов аналогичны молотовым штампам, но могут иметь водяное охлаждение или, наоборот, обогрев. Крепление выполняют винтами. Штампы делают одноручьевыми. Полость штампа должна соответствовать чертежу горячей поковки с припусками и допусками по ГОСТ 7505-89.
Радиусы закруглений желательно выбирать как можно большими, ориентировочно в 1,5...2 раза больше, чем при штамповке на молотах.
Схема закрытого штампа в сечении показана на рис. 7.4,а, а на рис. 7.4,6 - поковка для данного штампа. Требования к штампам и технологии штамповки такие же, как и для штамповки в закрытых штампах на винтовых прессах.
Рис. 7.4. Схема закрытого штампа (а) и поковка (б)
В штампах с разъемными матрицами разъем делают вертикальным или горизонтальным. Штампы с вертикальным разъемом матриц аналогичны штампу, показанному на рис. 6.4.
На рисунке 7.5,а изображен штамп с горизонтальным разъемом матриц и со вставными пуансонами. Поковка втулки трехлопастного авиавинта представлена на рис. 7.5,6. В гнездо плиты 8 укладывают нижнюю полуматрицу 7. Затем в пазы полуматрицы 7 закладывают пуансоны 6. Сверху укладывают вторую полуматрицу 5, в которой снизу также имеются пазы для пуансонов 6. Прижимную плиту 4 надевают на верхнюю полуматрицу 5, вставляют в гнездо плиты 8 и крепят клиньями 3. Через отверстие в верхней полуматрице 5 вводят заготовку. Деформирование производят пуансоном 2, соединенным через державку 1 с ползуном (траверсой) пресса.
а)	б)
Рис. 7.5. Штамп со вставными пуансонами (а) и поковка втулки трехлопастного авиационного винта (б)
Заготовка имеет форму усеченного конуса длиной 360 мм с верхним диаметром 230 мм и нижним 150 мм.
Подъем верхней полуматрицы 5 производят с помощью ползуна пресса. Клинья 3 предварительно выбивают.
Далее поковку вынимают вместе с пуансонами б и сами пуансоны выбивают из поковки.
На рисунке 7.6 представлен штамп для прошивки, в котором матрица сделана многослойной. Пуансон 3 и матрица 4 имеют водяное охлаждение.
Рис. 7.6. Штамп для прошивки:
1 - верхняя плита; 2 - нижняя плита; 3 - пуансон; 4 - матрица;
5 - центрирующий бандаж (направляет пуансон относительно матрицы);
6 - клиновой затвор бандажа; 7 - выталкиватель; 8 - форсунка для смазывания и охлаждения штампа
Штамп для изотермической штамповки поковок поршней из высококремнистых силуминов для двигателей внутреннего сгорания показан на рис. 7.7. Матрицу 7 нагревают индуктором промышленной частоты 8 до температуры 45О...48О°С. До такой же температуры нагревают и заготовку. Пуансон 9 устройства для по
догрева не имеет и разогревается перед работой от матрицы, когда штамп находится в сомкнутом состоянии. Матрицу крепят к нижнему башмаку 2 разъемным матрицедержателем 5, состоящим из двух половин. Матрица опирается на башмак через промежуточные плиты 4 и 3. Для съема поковки с пуансона предусмотрен съемник 11 со сменной вставкой 10, соединенный с верхним башмаком 13 специальными тягами. При обратном ходе пуансона съемник удерживается рычагами 15, и поковка отрывается от пуансона. Затем кулачки 14 разводят рычаги, съемник с помощью тяг поднимается вверх. Поковку выталкивают из матрицы выталкивателем 6.
Рис. 7.7. Штамп для изотермической штамповки поршней из силумина
Для уменьшения тепловых потерь между столом и нижним башмаком, а также между ползуном и верхним башмаком проложены асбоцементные доски 1 и 12.
Кроме рассмотренной конструкции, для изотермической штамповки используют открытые и закрытые штампы, а также выдавливание в разъемных матрицах.
Изотермической штамповкой получают точные и сложные поковки без штамповочных уклонов с минимальной последующей обработкой резанием. Материалами поковок служат алю
миниевые, титановые сплавы и сверхпрочные стали и даже чугун. В качестве смазочных материалов наибольшее применение нашли стеклосмазки.
На рисунке 7.8 дан штамп для жидкой штамповки. В открытом положении (рис. 7.8,а) расплав заливают в матрицу. Затем ползун пресса опускают вместе с закрепленными на нем верхней плитой 1, пуансонодержателем 2, пуансоном 5, рычагами 4, плитой съема 5 и втулкой съема 6. При движении рычаги отклоняют подпружиненные скобы 7 и вводят под них плиту съема, которая далее удерживается подпружиненными штифтами 8, расположенными в гнездах матрицы 9. В то же время втулка съема б входит в полость 10 матрицы, не достигая зеркала залитого металла (рис. 7.8,в,б). Скобы возвращаются в исходное положение под действием пружин. Далее пуансон продолжает опускаться вместе с рычагами 4, внедряется в расплав и происходит формообразование отливки - поковки. Заканчивается этот процесс при соприкосновении бурта пуансона с торцом втулки и плиты съема. После этого пуансон, втулка и плита съема опускаются вместе, сжимая пружины штифтов 8 и затвердевающую отливку-поковку, уплотняя ее. В конце хода нижний торец пуансона прошивает дно в отливке-поковке. При этом дно 11 матрицы, расположенное в механизме выталкивания 12, опускается вниз, и пружина под дном сжимается (рис. 7.8,в).
После некоторой выдержки (прессования) ползун пресса вместе с закрепленными деталями поднимается. При подъеме плита съема упирается в скобы, останавливая втулку съема. Так как пуансон продолжает движение, то застрявшая на нем отливка-поковка сдергивается и падает в матрицу. Далее рычаги верхними скосами отклоняют подпружиненные скобы в стороны, и плита и втулка съема поднимаются вверх. Скобы и дно матрицы под действием пружин возвращаются в исходное положение. Подвижное дно матрицы поднимает также прошитый в дне отливки-поковки пресс-остаток.
Выталкиватель пресса выталкивает механизм выталкивания вместе с отливкой-поковкой и пресс-остатком, после удаления которых выталкиватель пресса опускается, а механизм выталкивания пружинами возвращается в исходное положение.
а)	б)	в)
Рис. 7.8. Штамп для жидкой штамповки и пробивки отверстия в поковке: а — исходное положение (после заливки); б — смыкание прессующего узла с матрицей; в - окончание процесса
Штамп для жидкой штамповки более простой конструкции показан на рис. 7.9. Расплав заливают в матрицу 1, он прессуется пуансоном 2 и втулкой-съемником 5. Пуансон 2 закреплен на пуансонодержателе 4. После прессования пуансон 2 вынимают из матрицы вместе с отливкой-поковкой, которую затем сдергивают с пуансона с помощью тяг 3 и втулки-съемника 5. На данном штампе получают отливки-поковки детали «ползун» из сплава АМц 9-2 массой 30 кг. Штамповку проводят на прессе силой 1 МН. По сравнению с ковкой экономия металла составляет около 20 кг.
Кроме рассмотренных конструкций, существуют и другие, в том числе и с разъемными матрицами.
Штамповкой жидкого металла получают плотные отливки-поковки с уменьшенными припусками и с выходом годного до 95%.
Этим способом изготавливают простые и сложные поковки из сплавов алюминия, магния, меди и цинка. В стадии отработки находится жидкая штамповка стали и чугуна.
Рис. 7.9. Штамп для жидкой штамповки с неразъемной матрицей
Требуемые давления при жидкой штамповке зависят от материала отливки-поковки и от ее формы. Перед штамповкой пуансон и матрицу смазывают графитом или воском (для алюминиевых сплавов). Иногда смазочный материал применяют совместно с теплоизоляционным покрытием (меловая краска).
Глава 8
ШТАМПОВКА НА ГОРИЗОНТАЛЬНО-КОВОЧНЫХ МАШИНАХ И ГОРЯЧЕШТАМПОВОЧНЫХ АВТОМАТАХ
8.1. Технология штамповки на горизонтально-ковочных машинах
Горизонтально-ко вечные машины (ГКМ) предназначены для горячей штамповки поковок из прутка (высадки, прошивки, пробивки) в многоручьевых разъемных матрицах.
Горизонтально-ковочная машина отличается от механического пресса наличием дополнительного зажимного ползуна, который осуществляет зажим недеформируемой части заготовки. Деформация заготовки производится главным ползуном.
Схема штамповки на горизонтально-ковочных машинах показана на рис. 8.1.
в)
Рис. 8.1. Схема штамповки на ГКМ
Характерной особенностью следует считать наличие двух разъемов в штампе, причем главный разъем проходит между пуансоном, закрепленным в блоке пуансонов 1, и блоком матриц. Блок матриц выполнен разъемным, состоящим из подвижной 4 и неподвижной 3 частей. В начале процесса (рис. 8.1,а) пуансон и блок матриц находятся в разомкнутом состоянии. В блок матриц вставляется заготовка в виде прутка диаметром d до откидного упора 2. При совершении рабочего хода сначала происходит зажим прутка в блоке матриц между подвижной 4 и неподвижной 3 частями блока (рис. 8.1,6), затем отводится из рабочей зоны упор 2 и производится деформация пуансоном свободной (незажатой) части заготовки (рис. 8.1,в). При обратном ходе сначала отводится блок пуансонов 1, затем происходит перемещение подвижной части блока матриц 4 в исходное положение и освобождение зажатой части заготовки.
ГКМ могут быть двух типов: 1) с вертикальным разъемом матриц; 2) с горизонтальным разъемом матриц.
Некоторые параметры отечественных ГКМ (ГОСТ 7023-89) с вертикальным разъемом матриц представлены в табл. 8.1.
ГКМ с вертикальным разъемом матриц составляют подавляющее большинство всего мирового парка этих машин.
Кроме ГКМ с вертикальным разъемом матриц, получают распространение также ГКМ с горизонтальным разъемом. На рис. 8.2 показана схема перемещения исполнительных механизмов ГКМ с горизонтальным разъемом матриц. В исходном положении I заготовку-пруток укладывают в первый ручей в нижнюю неподвижную матрицу 2. Затем происходит зажим заготовки подвижной матрицей 1 (положение П) и движение высадочного ползуна с блоком пуансонов 3 (положение Ш). После высадки головки на заготовке ползун и подвижная матрица отходят в исходное положение, а затем заготовка с высаженной головкой укладывается в следующий ручей (положение IV). Потом происходит деформирование заготовки и передача ее в следующий ручей и так далее до окончания штамповки.
Перемещение заготовки в горизонтальной плоскости облегчает условия труда и позволяет применять широкую автоматизацию и механизацию штамповки.
Таблица 8.1
Параметры ГКМ с вертикальным разъемом матриц
Наименование	Модель				
параметра	ВА1132	4В1136	В1139	В1143	БВ131145
Номинальная сила высадочного ползуна, кН	1600	4000	8000	20000	31500
Ход подвижной матрицы, мм	68	125	80	280	350
Ход высадочного ползуна, мм:					
полный	230	290	380	570	700
рабочий	90	190	250	390	480
Число ходов ползуна в минуту	75	50	35	25	23
Размеры матрицы, мм:					
длина	280	450	590	850	1020
ширина	120	160	220	320	390
высота	320	480	660	1030	1300
Производительность, кг/ч	120	300	600	1500	2400
Наибольший диаметр обрабатываемого прутка, мм	40	80	120	210	270
Наибольший диаметр поковки, мм	55	100	160	255	315
На ГКМ штамповка происходит без ударов и имеет чисто прессовый характер. Ввиду относительно низких скоростей рабочего хода деформирования штампы сильно нагреваются и их необходимо охлаждать. В отличие от молотов и прессов, на ГКМ штампуют менее разнообразные поковки. Первоначально ГКМ служили для получения поковок типа болтов (стержень с фланцем). В дальнейшем технологические процессы стали более раз
нообразными, а номенклатура поковок расширилась. В настоящее время на ГКМ в большинстве случаев штампуют поковки типа стержня с фланцем, кольца и стакана. Классификация поковок, изготовляемых на ГКМ, отражена на рис. 8.3.
Рис. 8.2. Перемещение исполнительных механизмов ГКМ с горизонтальным разъемом матриц:
1 - подвижная матрица; 2 - неподвижная матрица; 3 - блок пуансонов
Рис. 8.3. Представители групп поковок, штампуемых на ГКМ:
I - типа стержня с утолщениями; П - типа кольца;
III - с глухим отверстием; IV - полая, из трубы;
V - смешанной формы (с полым утолщением на конце стержня);
VI - требующая дополнительно высадки фланца на ГКМ
Основными операциями при штамповке на ГКМ являются высадка, прошивка и пробивка (рис. 8.4).
Рис. 8.4. Схемы основных операций при штамповке на ГКМ: а — высадка; б - прошивка; в — пробивка; 1 - передний упор; 2 - пуансон;
3 - деформируемая часть прутка; 4 - пробивная матрица
Штамповка на ГКМ имеет ряд преимуществ:
1.	На ГКМ можно легко штамповать такие детали, которые на другом оборудовании рационально изготовить нельзя, например, поковки типа стержня с фланцем и др., т.е. ГКМ имеет особую область штамповки.
2.	При штамповке на ГКМ достигают экономии металла, так как штамповку производят преимущественно в закрытых штампах, а штамповочные уклоны отсутствуют.
3.	Макроструктура поковок получается благоприятной для высокого качества деталей.
4.	Возможность применения вставок для ручьев, чем экономится штамповая сталь.
5.	Работа на ГКМ безударная, спокойная и безопасная.
6.	Работа на ГКМ легко автоматизируется, существуют автоматические ГКМ с горизонтальным и вертикальным разъемами матриц.
К недостаткам штамповки на ГКМ относят:
1.	Меньшую универсальность по сравнению с молотами и прессами. Номенклатура поковок ограниченная. Масса поковок относительно небольшая, преимущественно до 150 кг.
2.	Низкую стойкость штампов, которая объясняется рядом причин. Штамп является закрытым и возникают перегрузки
в полости ручья. Избежать перегрузок не представляется возможным, так как требуется точное дозирование высаживаемой части прутка, что невозможно ввиду недостаточной жесткости переднего упора, отклонений по размерам прутка (проката), отклонений высаживаемого объема при различной температуре прутка и т.д.
3.	Необходимость очистки нагретого прутка от окалины, так как деформирование происходит за один ход и вся окалина будет заштампована.
4.	Высокую стоимость ГКМ, примерно в 1,5 раза выше, чем стоимость КГШП той же мощности.
При разработке техпроцесса штамповки на ГКМ необходимо учитывать следующие особенности:
1.	В первом ручье должна быть зафиксирована с помощью упора и высажена определенная часть прутка, необходимая для штамповки поковки или ее части.
2.	В каждом предыдущем переходе, начиная с первого, в заготовке должна быть создана специальная опорная поверхность, по которой заготовку центрируют или устанавливают в следующем переходе.
3.	При штамповке в матрице во избежание перекосов пуансон перед началом деформирования должен получить определенное направление, войти в матрицу на длину 10... 15 мм.
4.	Тонкие и высокие ребра в поковке желательно оформить в первых переходах, когда металл хорошо прогрет. Ребра толщиной менее 6 мм и высотой более 25 мм делать не рекомендуется, так как они плохо заполняются.
5.	При штамповке поковок с фланцами в матрице максимальный диаметр поковки желательно располагать ближе к пуансону. В этом случае течение металла между торцом пуансона и матрицей облегчено, а пуансон будет более прочным.
6.	Штамповка одинаковых поковок происходит легче из прутка с большим диаметром, так как в этом случае степень деформации при штамповке и затрачиваемая работа меньше, чем при штамповке из прутка с меньшим диаметром.
7.	Диаметр прутка следует выбирать из условия необходимости получения минимального количества переходов. Если
диаметр прутка слишком мал, то может потребоваться дополнительный наборный переход; если диаметр прутка слишком велик, то может потребоваться дополнительный пережим.
8.	Следует избегать первоначальной высадки прутка с чрезмерно большим диаметром. В этом случае пруток может быть вытолкнут пуансоном в осевом направлении и высадки не произойдет. Отношение длины высаживаемой части прутка к его диаметру должно быть больше 0,6.
9.	Штамповка поковок в пуансоне является более предпочтительной, так как они получаются более точными, а инструмент более прочным и простым.
10.	При глубокой прошивке необходимо сконструировать предварительные ручьи таким образом, чтобы в процессе прошивки металл тек в стороны, а не навстречу пуансону. В заготовке желательно иметь впереди центрирующий бурт, который будет препятствовать подсадке металла на прошиваемом участке.
11.	При первоначальном наборе в матрице форма пуансона должна быть такой, чтобы конец прутка центрировался по пуансону и было затруднено образование одностороннего торцового заусенца.
12.	Между пуансоном и матрицей при холостом ходе ГКМ необходимо оставлять зазор. Минимальный зазор, обеспечивающий отсутствие соударений при холостом ходе, равен 0,5.. .4 мм в зависимости от мощности машины.
Первоначальную высадку можно проводить или в матрице, или в пуансоне. Различают высадку свободную и на ограниченный диаметр, близкий к диаметру высаживаемого прутка. Высадку свободную и на ограниченный диаметр при штамповке в матрице проводят в соответствии с рекомендуемыми соотношениями размеров высаживаемой части прутка и матрицы.
За один ход ползуна машины в условиях свободной высадки (рис. 8.5) можно высадить круглую заготовку (пруток) до большего диаметра, если длина высаживаемой части заготовки /в < 2,5d. В противном случае произойдет изгиб и зажим на заготовке (рис. 8.6).
Рис. 8.5. Ограничение свободной высадки плоским пуансоном
Рис. 8.6. Образование зажима при отношении l/d > 2,5
Если высадка не свободная, то ее проводят в наборном переходе, перед окончательной высадкой в формовочном переходе.
Если /Уб/ > 2,5d, то конечный диаметр высадки D < 1,3d (рис. 8.7,а). При ZB > 2,5d hD< 1,3d длина участка заготовки, выступающего из матриц (рис. 8.7,6) или находящегося между матрицами и пуансоном (рис. 8.7,в), Ц < d.
в)
Рис. 8.7. Ограничение размеров матрицы и пуансона при l/d > 2,5: а — ограничение диаметра цилиндрической матрицы; б — ограничение выступающей длины прутка при D < 1,3d', в - ограничение выступающей длины
прутка при высадке в конических пуансоне и матрице
Если /в > 2,5d и D < l,25d, то Ц < 1,5 J (рис. 8.8). Если I* не выступает за пределы матрицы (рис. 8.9), то диаметр утолщения D можно не ограничивать при условии, что высота утолщения Н будет равна или меньше 3d.
Наибольшее распространение имеет высадка в коническом наборном ручье пуансона (рис. 8.10). Здесь высадку подразделяют на отношения l^/d в пределах от 2,5 до 11 и l^d >11.
Если 11й? > ZB > 2,5d, а больший диаметр пуансона Z>K < 1,5d (при ~ d), то длина участка прутка, находящегося между торцами матрицы и пуансона в начале высадки, Ц < 2d (рис. 8.10,а).
При DK < l,25d h < 2,5d (рис. 8.10,6).
Рис. 8.8. Ограничение выступающей длины прутка при D < l,25d
Рис. 8.9. Ограничение Н при высадке прутка во внутренней цилиндрической полости
d^=d+Q,Q5d DK<l,5t/
d^=d+ 0,05c?	DK< 1,25d
a)	6)
Puc. 8.10. Ограничение выступающей длины прутка за пределы пуансона: а - при DK < l,5d; б - при ZJK < l,25d
Рис. 8.11. Высадка в коническом пуансоне при lB> lid
Если /в > 1 Id, то DK < l,25d, а /1 < 2,5d. Конструкцию пуансона выполняют в соответствии с рис. 8.11.
Выше были приведены данные, основанные на практике штамповки на ГКМ.
Определение размеров конусных пуансонов при первоначальной высадке. Приведенные практические данные по соотношениям при высадке в конических пуансонах не позволяют непосредственно по ним выполнить конструкцию пуансона со всеми размерами. Для определения рабочих размеров конической полости пуансона необходимо учитывать также очевидное равенство объемов конической полости и высаживаемой части прутка. Объем высаживаемой части прутка определяют по формуле (рис. 8.12)
Объем конической полости будет равен
Рис. 8.12. Высадка в коническом пуансоне при lB < lid
На практике часто задают размеры £)к, принимают (Ц ~ d и, зная,
что VK = Ув = I,, по-4
лучают длину 1К. После этого проверяют, какова окажется длина Zi и будет ли она удовлетворять вышеупомянутым соотношениям.
Если длина оказывается слишком большой, то диаметр Z)K уменьшают и расчет повторяют снова.
Рассчитать размеры конической полости пуансона можно, используя равенство объемов VB = VK и относительные размеры полости и высаживаемой длины прутка (относительные размеры показаны на рис. 8.12). Необходимо получить ек.
Формула для ек должна учитывать зависимость р = /(£к), а последняя должна соответствовать принятым в нормалях рекомендациям. Расчет должен удовлетворять также условиям равенства объема конической полости VK объему высаживаемой + Z)KrfK +	)	,2
части прутка VB, причем VK =---------------1К и Ув =---/в
12	4
с учетом необходимого увеличения конической полости на величину коэффициента U = 1,02... 1,13.
Зависимость р =/(ек) в первом приближении можно принять линейной. Тогда при р = 2,5, ек = 1,25 и р = 2, £к = 1,5 (эти данные соответствуют нормалям) имеем Р = -2ек + 5.
Для получения зависимости ек = Д\|/, ц), принимая р = /(ек), исходим из приближенного равенства объемов Ув и VK с учетом необходимости увеличения объема полости VK на величину коэффициента U.
Положим U = 1. Имеем Ув =УК,^—/„ =	I или в отно-
в к> 4 в 4 к
сительных величинах \|/ - екцХ. Учитывая, что X - \|/ - Р и Р = -2ек + 5, имеем X = \|/ + 2ек - 5.
Подставим вместо X ее выражение и получим I 2 7	А
у = ект|(у + 2ек-5), откуда ек =1,25-^+^^-- 0,625-^- .
Данная формула действительна до \|/ < 11, что соответствует ек < 1,25, р < 2,5 и г] = 1,05.
Формула является приближенной.
Уточненная формула будет иметь вид:
I 2 ек=1,22- —+ J3L 4 V16
0,625—- ш + 1,56. 2Д Г
(45)
Последняя формула и является расчетной.
Величину X можно определить исходя из точной формулы равенства объемов Ув = Ук, т.е.
^2 _л(£>к2+Пк4 + ^к2)
4 в“ 12
В относительных величинах имеем
3\|/ е2+П2+ЕкП'
(46)
Величину /к необходимо скорректировать в соответствии с коэффициентом увеличения полости U: 1К скорр = UlK. Обычно ц принимают равным 1,05.
Формула (45) применима при 11 > \|/ > 5,4. При ц/ < 5,4 ек принимают равным 1,5, V = 1,05. Подсчитывают DK и dK, определяют X, а следовательно, и 1К.
Иногда в наборном коническом пуансоне имеется керн. Тогда меньший диаметр конуса dK должен быть больше 1,1 d.
Последующая высадка. При высадке на ограниченный диаметр в матрице или пуансоне (см. рис. 8.7, 8.8, 8.10) может оказаться, что длина высаженной части будет слишком велика по сравнению со средним ее диаметром. В этом случае последующая свободная высадка окажется невозможной, и необходим дополнительный наборный переход. При этом переходы выбирают
однотипными.
Обычно это наборные переходы
Рис. 8.13. Ограничение выступающей длины предварительно высаженного конического перехода за пределы конического пуансона при DK < l,5dcv
в конических пуансонах (рис. 8.13).
Если после первого набора длина конуса ZK окажется больше 2,5dcp, то необходима вторичная высадка в коническом наборном пуансоне, которую рассчитывают аналогично первоначальной высадке, но вместо диаметра прутка прини
мают средний диаметр уже высаженного конического фланца заготовки.
Значение \|/ менее 2,5 указывает на то, что наборных переходов больше не требуется и можно выполнять окончательную высадку фланца в формовочном переходе.
Заготовкой для штамповки поковок высадкой является круглый пруток. При штамповке в закрытых штампах желателен калиброванный пруток. Поковки типа стержня с фланцем обычно штампуют из штучной заготовки. Поковки с малым отношением длины стержня к диаметру штампуют также от прутка. Отделение поковки проводится в окончательном ручье путем сдвига поковки относительно прутка в направлении, перпендикулярном его оси (см. рис. 8.17). Диаметр заготовки принимают равным диаметру стержневой части поковки. Объем заготовки слагается из объема поковки и объема отходов на угар и облой, которые определяют аналогично штамповке на молотах.
Штамповка поковок колец с пробивкой. На ГКМ легко штампуют кольца. При этом экономится металл, так как штамповка идет почти без отходов.
В зависимости от соотношения размеров диаметра отверстия и диаметра прутка может быть три варианта штамповки (рис. 8.14).
По варианту, показанному на рис. 8.14,а, диаметр прутка равен диаметру отверстия (d = do). Это простейший случай. Если
отношение — < 1,7, то штамповку ведут за два перехода. d
В первом переходе проводится формовка кольца в пуансоне, а во втором делают пробивку. Отход металла при пробивке остается на конце прутка и идет на изготовление следующего кольца. При формовке для облегчения пробивки делают наметку. Если высота кольца невелика (Нк < O,6do), то наметку можно не делать. Такой вариант применяют, когда диаметр прутка равен do.
При отношении — >1,7 необходим дополнительный наборный d
переход.
Рис. 8.14. Штамповка кольца: а - при do = d; б- при do > d; в- при do < d
По варианту, показанному на рис. 8.14,6, dQ > d, причем разница между диаметрами невелика (Jo < l,ld в зажимной части формовочного ручья). В этом случае делают плавный конусный переход от диаметра отверстия до диаметра прутка. Вариант обладает тем преимуществом, что пробивка проходит очень легко и без каких-либо дефектов. Нетрудно подобрать пруток с диаметром, меньше диаметра отверстия кольца. Здесь следует учитывать возможность штамповки без наборного перехода, что оп-
ределяется отношением — < 1,7. Так как диаметр d уменьшен, то d
неравенство может не удовлетворяться. Тогда следует перейти к варианту по рис. 8.14,а или 8.14,в.
Вариант по рис. 8.14,в характеризуется тем, что d > d0, причем d < 1,1 do. Здесь одновременно с формовкой необходимо выполнить пережим прутка до диаметра отверстия d$. Пережим можно выпол
нить в формовочном ручье на круг или на овал, меньшая ось которого равна диаметру отверстия, а большая - диаметру прутка. В последнем случае перенос заготовки в пробивной ручей выполняют с поворотом вокруг оси на 90° и в пробивном ручье окончательно выполняют пережим на круг, а затем пробивку.
Рис. 8.15. Окончательные формовочные ручьи:
а и б- закрытый и открытый в матрице; в - открытый в пуансоне;
г - открытый в матрице и пуансоне; д - открытый с фигурой сложной формы в пуансоне; е — открытый с фигурой сложной формы в матрице и с канавкой для облоя; 1 - передний упор; 2 - задний упор; Л! и Л2 ~ зазоры
Ручьи штампов ГКМ. При штамповке на ГКМ существуют следующие виды ручьев: окончательные формовочные ручьи, наборные, пережимные, пробивные, обрезные и отрезные.
Окончательные формовочные ручьи (рис. 8.15) служат для получения окончательной формы поковки. Полости этих ручьев выполняют полностью в соответствии с формой поковки. Поковки конструируют по ГОСТ 7505-89 и в соответствии с рекомендациями по РТМ 39-61. Размеры полости отличаются от размеров поковки на величину усадки (для стали 1,5%).
Наборные ручьи были рассмотрены ранее. Основные виды наборных ручьев: наборный в матрице (см. рис. 8.7,а,б), наборный в матрице и пуансоне (см. рис. 8.7,в), наборный в коническом пуансоне (см. рис. 8.10).
Пережимные ручьи служат для пережима прутка на меньший диаметр. На рис. 8.14,в показан пережим, который выполняется одновременно с формовкой. Однако пережимные ручьи могут быть выполнены в виде отдельных ручьев.
Пробивные ручьи служат для получения пробивки (см. рис. 8.4,в). Имеется несколько вариантов.
Обрезные ручьи служат для от-« деления радиального облоя от поковки (рис. 8.16). Облой опирается на острую кромку матрицы 2 и обрезается при проталкивании поковки пуансоном 1.
2	Отрезные ручьи служат для от-
деления поковки от прутка Рис. 8.16. Обрезной ручей	(рис 8 17) Существует две разно-
видности отрезных ручьев. В первом случае (рис. 8.17,а) поковка остается неподвижной, а пруток сдвигают и отделяют от поковки. Во втором случае (рис. 8.17,6) сдвигают поковку. В обоих случаях происходит процесс, аналогичный резке прутка на пресс-ножницах.
а)	б)
Рис. 8.17. Отрезка заготовки от прутка:
1 и 2 - вставки-ножи; 3 - поддержка прутка
Определение сил при штамповке на ГКМ. Силы при штамповке на ГКМ определяют по формуле
тгГ)2
P = 10“6fc—^ов мн,
4
где £>пок - диаметр поковки, мм; ов - предел прочности при температуре окончания штамповки, МПа; к - коэффициент, определяемый в зависимости от вида штамповки на ГКМ по табл. 8.2 (для высадки в конусном наборном пуансоне к = 4).
Таблица 8.2
Коэффициент к для определения силы штамповки в закрытых формовочных и прошивных ручьях ГКМ (по В.И. Залесскому)
Тип и эскиз операции
Значение коэффициента к
Примечание. В операциях типа IV (прошивка с радиальной раздачей металла) фланец подготавливают в предыдущем ручье.
Экономичными технологическими процессами при штамповке на ГКМ являются процессы штамповки в скользящих матрицах и штамповки из труб.
Штамповку в скользящих матрицах применяют при изготовлении поковок с фланцами и буртами, когда необходима высадка в двух или более местах заготовки по ее длине, а также в случае необходимости высаживать пруток на большом расстоянии от его конца, когда недеформируемая часть прутка не может поместиться в пуансоне. Схема высадки в скользящих матрицах показана на рис. 8.18. Зажимная часть матриц 1 и 2 сжимает пруток силами на длине L$, достаточной для того, чтобы пруток не был вытолкнут из матриц при высадке. Скользящие матрицы 3 и 4 зажимают пруток на длине L$, отделяя высаживаемые длины Ц и 1^. Далее ходом пуансона 5 силой Р происходит высадка в конической полости участка 1^2 и одновременная высадка участка L,, так как матрицы 3 и 4 скользят в сомкнутом положении, перемещаясь на длину L и окончательно закрывая полость для высадки длины L,. При обратном ходе пуансона матрицы раскрываются, поковку вынимают и под действием пружин 6 скользящие матрицы 3 и 4 возвращаются в исходное положение.
Рис. 8.18. Схема высадки в скользящих матрицах: а - начальная стадия; б - конечная стадия (разрез в плане)
Рис. 8.19. Высадка трубных заготовок
В данном случае одновременно было высажено два утолщения. Если использовать еще одну пару скользящих матриц, то можно высадить сразу три утолщения, а при большем количестве скользящих матриц можно получать большее число утолщений.
Штамповку из труб применяют для получения утолщений на их концах при изготовлении полых поковок с фланцами и внутренними утолщениями. На рис. 8.19 показана штамповка из труб различных поковок. Согласно А.Н. Дунаеву, расчет трубных заготовок проводят, руководствуясь следующими рекомендациями.
1.	Раздачу конца трубы выполняют по рис. 8.19,а.
2.	Тонкий фланец при h = (0,25...0,5)f можно получить с диаметром £)пок = (2.. ,2,5)JH (рис. 8.19,6).
3.	При массивных фланцах, когда h < 0,75JH и ®пок + 0,75JBH , вначале проводят высадку внутрь трубы до d (Рис- 8.19,в) и затем окончательную высадку с увеличением внутреннего диаметра d до исходного JBH и наружного диаметра до заданного £>ПОк(рис. 8.19,6).
4.	При еще более массивных фланцах, когда h > 0,75rfBH и £>ПОК<7^ + 0,75С , высадка трубы должна происходить за три операции, из которых две наборные (рис. 8.19,г).
Иногда конец трубы высаживают в коническом пуансоне (рис. 8.19,д).
8.2. Конструкции штампов ГКМ и их проектирование
Штампы ГКМ делают в виде блоков матриц и блока пуансонов. Блоки матриц крепят в гнездах станины и зажимного ползуна. Блок пуансонов крепят в высадочном ползуне. Блоки матриц и пуансонов должны соответствовать характеристике штампового пространства ГКМ.
Блоки пуансонов. Блок пуансонов и его крепление в ползуне показаны на рис. 8.20. Блок 1 установлен в гнезде ползуна. Сверху он закреплен планкой 3, которую прижимают к ползуну болтами 9. К регулировочному клину 10 блок поджимают болтом 4, упирающимся в выступ 2 блока 1. Болт 4 проходит через планку 3. Клин 10 может подниматься с помощью болта 11. В этом случае болт 4 необходимо вывернуть. После регулировки болт 4 завинчивают вновь. Пуансоны в блоке крепят различными способами. На рис. 8.20 пуансоны 7 закреплены накладками 8 и винтами 5. От поворота пуансона вокруг оси предохраняет лыска 6, которая упирается в выступ на блоке пуансонов. Пуансон может иметь вставки (рис. 8.21).
2 3
Рис. 8.20. Блок пуансонов
Рис. 8.21. Пуансон со вставкой
Блоки матриц. Левый блок матрицы (левый и правый блоки аналогичны) показан на рис. 8.22. В сомкнутом положении, при штамповке, блоки матриц ограничены с трех сторон опорными поверхностями. Поэтому для крепления блока достаточно применить прижимные планки 1 (клеммы) и нажимные болты 2. Для предохранения от смещения блока по ходу высадочного ползуна служит шпонка 3. Для экономии штамповой стали матрицы для ручьев делают в виде вставок, которые крепят болтами 4 с гайками 5 в блоке. Вставки имеют форму полуцилиндра с выемкой для рабочей части ручья. При складывании двух вставок образуется полость ручья. Вставки для матриц делают на весь ручей или на его часть.
Рис. 8.22. Блоки матриц
Для зажимной части ручья вставки обычно делают отдельно. На рис. 8.23,а показана гладкая зажимная часть ручья, а на рис. 8.23,6 - рифленая часть.
Гладкую зажимную часть применяют для зажима большой длины /3 прутка. При высадке прутки не должны проталкиваться вдоль оси.
Рифленую зажимную часть ручья применяют в целях сокращения длины /3, но в этом случае на прутке остаются выемки от рифлений. Если рифленая часть прутка не является частью поковки, то это не имеет значения.
При штамповке мерной заготовки применяют задние упоры (рис. 8.24). Схема заднего упора показана на рис. 8.24,1. В этих случаях конец прутка не нагревают, и сила Р от высадки вначале целиком передается на упор, вызывая реакцию Ry После высадки головки появляется реакция Т?2, и задний упор воспринимает только часть силы Р. Задний упор заменяет передний для установки заготовки в зажимную часть ручья, так как выемка в матрице для прутка служит лишь для предотвращения продольного изгиба. Упор по рис. 8.24,11 представляет собой выступ на матрице, в который упирается конец заготовки 1, причем заготовка укладывается в матрицу с помощью изогнутых под прямым углом клещей. На рис. 8.24,Ш показаны упор-клещи. Заготовка 1 упирается в зажимную часть клещей, а клещи - в выступ в матрицах. Варианты задних упоров для относительно длинных заготовок 7 даны на рис. 8.24,IV,V.
('ечеиие но АЛ
Рис. 8.23. Зажимная часть ручья: а - гладкая; б - рифленая; Л - зазор
Рис. 8.24. Задние упоры: 1 - заготовка-пруток
8.3. Горячештамповочные автоматы и особенности штамповки на них
Горячештамповочные автоматы служат для производства поковок массой до 3...5 кг, которые можно разделить на две группы. К первой группе относятся поковки типа стержня с фланцем (болты больших диаметров). Вторую группу образуют поковки типа шестерен и колец (гайки шестигранные, квадратные). Высота поковки обычно меньше диаметра.
Применительно к этим двум группам поковок выпущены автоматы для горячей штамповки стержневых поковок и горячей штамповки коротких поковок.
Серийно выпускают автоматы с силой 400... 15000 кН, а по специальным заказам и до 28000 кН. Развитие конструкций автоматов идет по пути увеличения их номинальной силы и расширения области эффективного применения. Горячештамповоч-ные автоматы работают как самостоятельные машины либо входят составной частью в автоматические линии и комплексы.
Производительность автоматов достигает 200 и более поковок в 1 мин, что во много раз превышает производительность универсального горячештамповочного оборудования.
При штамповке на автоматах обеспечивается высокая стабильность размеров поковок с небольшими (0,5... 1 мм на сторону) припусками на последующую обработку резанием при отсутствии заусенцев и штамповочных уклонов на поковках. Это приводит к экономии металла (КИМ составляет около 0,84...0,96) и последующей обработке поковок резанием. Себестоимость поковок массой 0,5...2 кг, изготовляемых на автоматах, в 1,8 раза ниже, чем на универсальных горячештамповочных прессах.
Штамповка на этих автоматах напоминает штамповку на ГКМ, однако имеет ряд особенностей.
Чтобы выдержать жесткие допуски и получить достаточную стойкость инструмента, необходимо свести к минимуму окалину при нагреве, использовать для штамповки точные прутки из горячекатаной стали (отклонение диаметров в одной партии не должно превышать 1 мм) или проводить их предварительную калибровку или сортировку и ограничить высоту получаемой кольцевой поковки (не более 0,8.. .0,9 внутреннего диаметра кольца).
На рисунке 8.25 показаны переходы штамповки заготовок колец подшипников на горячештамповочном автомате АМР70 по технологии 1-го ГПЗ с получением сразу трех различных колец за один ход ползуна. Отрезанную от нагретого прутка заготовку свободно осаживают на первой позиции. На второй позиции формуют поковку, на третьей позиции поковку разделяют на два кольцевых элемента. Один элемент является заготовкой кольца, другой на четвертой позиции разделяют на две кольцевые заготовки.
Рис. 8.25. Переходы штамповки колец подшипников
Поковки шестерен (а) и фланцев (б) и переходы штамповки на автомате GF-6 фирмы «Pelzer» (Германия) показаны на рис. 8.26. На этом автомате штампуют поковки шестерен и фланцев семи типоразмеров массой 0,75...2,32 кг с производительностью 1300...4200 шестерен/ч или 1500...3000 фланцев/ч.
Инструмент на горячештамповочных автоматах работает в очень тяжелых термических и силовых условиях, поэтому должен обладать высокой стойкостью.
Основной причиной износа инструмента является появление и развитие сетки разгарных трещин. Противники пуансонов выходят из строя ввиду износа истиранием и реже из-за смятия элементов гравюры.
a)
б)
Рис. 8.26. Поковки, изготавливаемые на автомате GF-6
Пуансоны и матрицы обычно изготовляют из стали ЗХЗМЗФ с термообработкой до HRC 50...52 и с толщиной азотированного слоя 0,2...0,3 мм. Эффективным является применение твердосплавных вставок для некоторых элементов штампов, а также наплавка и напыление быстроизнашивающихся поверхностей гравюр твердыми сплавами. Большое значение имеет автоматическое нанесение эффективных смазок и интенсивное водяное охлаждение инструмента в процессе работы автоматов. Повышение стойкости инструмента позволяет реже выполнять контрольные операции при штамповке, а также расширить технологические возможности горячештамповочных автоматов за счет увеличения номенклатуры деталей, которые можно и экономически целесообразно на них штамповать.
Инструмент для штамповки заготовок шестерен на автомате GF-6 фирмы «Pelzer» (Германия) иллюстрирует рис. 8.27.
На позиции отрезки установлены направляющие полувтулки 1, зажимные полуматрицы 2 и ножи 3, соответствующие диаметру обрабатываемого прутка.
На первой позиции происходит осадка отрезанной заготовки с целью ее уширения и удаления окалины. Пуансон первого перехода состоит из рабочей вставки 4, корпуса 5, фланца 9. Фиксация отрезанной заготовки после ее переноса механизмом отрезки осуществляется пальцем 8 и подпружиненной опорой 7, которая в крайнем переднем положении пуансона взаимодействует с пальцем 6. Осадочная плита 10 матрицы является универсальной для всех случаев свободной осадки заготовок.
На второй позиции выполняют предварительную штамповку. Пуансон второго перехода состоит из формообразующей вставки 18, фланца 19 и опоры 20. Прижимной палец-выталкиватель 27 связан с подпружиненным выталкивающим штырем 22, который опирается на шайбу 23. Матрица состоит из трех вставок 14,15 и 16. Вставки 14 и 75 фланцем 77 прижимаются к опоре 13, смонтированной на подставке 72. Через полый выталкиватель 77 во вставку 14 подают охлаждающую воду. При выталкивании поковки вода через радиальные отверстия во вставке 14 поступает на внутренние поверхности вставок 15 и 16 для их охлаждения и удаления окалины из ручья.
A
Рис. 8.27. Инструмент для штамповки заготовок шестерен
На третьей позиции окончательно формуется поковка с наметкой отверстия. Пуансон и матрица третьего перехода в целом аналогичны применяемым на втором переходе. Матрица в труд-нозаполнимых участках имеет газоотводящие каналы, а пуансон - внутреннее охлаждение.
На четвертой позиции производится прошивка отверстия в поковке. Быстросменный прошивной пуансон 24 крепится к корпусу винтом. После прошивки отход (выдра) проталкивается пуансоном в матрицу и удаляется из нее под действием силы тяжести через наклонное отверстие, а поковка снимается с пуансона жестким съемником 25.
Диаметр штамповочных матриц Z)M устанавливают в зависимости от наибольшего диаметра штампуемой поковки 7)пок. В четырехпозиционных автоматах на нагруженных второй и третьей позициях принимают Z)M - 2,25.. .2,75 Dn0K. При этом для крупных автоматов берут коэффициент 2,25, а для мелких - 2,75. На первой и последней позиции применяют матрицы несколько меньшего диаметра.
Перемычки между матрицами выбирают как из прочностных условий, так и из конструктивных соображений, чтобы обеспечить возможность размещения в них крепежных болтов или шпилек.
Крепление пуансонов производится в пуансонодержателях 10 (рис. 8.28), каждый из которых связан с ползуном четырьмя специальными болтами 11 и притягивается к зеркалу ползуна винтами 13. Перемещаются навстречу друг другу два натяжных клина 12, расположенных в ползуне автомата. Предварительное регулирование соосности пуансонов по матрицам проводят вертикальным и горизонтальным винтами 4 и 7 при освобожденных (примерно на 1/2 оборота) зажимных винтах 13. Затем с помощью микро-привода вводят пуансоны в матрицы и выполняют точное регулирование щупом, обеспечивая зазоры 0,1 мм. Осевое регулирование пуансонов производят скалкой 75 через клин 2 с гайкой 7. Выпадение клина при полном вывинчивании гайки 7 предотвращается планкой 74, а скалка от проворота удерживается фиксирующим штырем 3.
Рис. 8.28. Пуансонодержатели
Для облегчения и ускорения смены пуансонов пуансонодержатели имеют съемные крышки 5, которые крепят болтами 9. После снятия крышек пуансоны легко перемещают с помощью тали.
При установке пуансона винты б освобождают, а после закрытия крышки с их помощью отжимают и фиксируют втулки 8 с пуансоном в осевом направлении.
В автоматах малого размера
1
2 3 4 5
8
9 10 11 12 13 14 15
Рис. 8.29. Матричный блок крупного автомата целесообразно применять
плунжерное направление пуансонов в общем для пуансонов и матриц блоке. Такая конструкция обеспечивает точную соосность пуансонов и матриц независимо от бокового зазора ползуна и распределения нагрузок на ползун. Матричный блок (рис. 8.29) состоит из корпуса 13, двух крышек 7,11 и клиновой зажимной плиты 9, выполненной в виде ласточкина хвоста.
Штамповочные матрицы 10, 12, 14 и 15 крепят в блоке крышками 7 и винтами 4, 5, а отрезную полуматрицу 8 - зажимной плитой 9, клином 1 и винтами 2, 3. В матрицах и крышках выполнены резьбовые отверстия для рым-болтов б, используемых при
монтаже и демонтаже. Матричный блок крепят к станине на шпонках с прокладкой стальной термически обработанной плиты между блоком и станиной.
Большое значение имеет уменьшение трудоемкости и затрат времени на смену инструмента, особенно в крупных автоматах. Сокращение времени переналадки позволяет уменьшить простои оборудования и повысить гибкость производства за счет снижения минимального допустимого числа изделий в партии и, следовательно, расширения номенклатуры штампуемых на автоматах изделий.
Фирма «Pelzer» (Германия) разработала установку для автоматической смены инструмента. Необходимое число держателей с пуансонами и матрицами помещают в гнезда револьверного блока, откуда их по команде с управляющего устройства передают на рабочие позиции автомата.
Применение сменных, налаживаемых на специальном приспособлении матричных и пуансонных блоков и сменных механизмов переноса фирмы «National» (США) позволяет автомат любого размера полностью переналаживать на изготовление другого изделия за 4 ч.
Определение силовых параметров штамповки. В технических характеристиках горячештамповочных автоматов обычно указывают номинальную силу и наибольший размер отрезаемой заготовки.
Силу штамповки определяют по формуле
Рис. 8.30. К определению скоростного коэффициента п
р = ГнокОвЛи-ПГ6 МН,
где FnoK- площадь проекции поковки на плоскость, перпендикулярную к направлению движения ползуна, мм2; овг - временное сопротивление материала при температуре штамповки, МПа; k - коэффициент, учитывающий характер технологической операции (табл. 8.3); п - скоростной коэффициент, учитывающий скорость деформирования материала (рис. 8.30).
Силу отрезки заготовок с учетом притупления ножей определяют по формуле
Рт = 0,8oBf£)3ar - КГ6 МН,
где D3ar - диаметр отрезаемой заготовки, мм; овг - временное сопротивление материала при температуре штамповки, МПа.
Для нормальной стабильной работы необходимо гарантированное выталкивание изделий из матриц и пуансонов, что обеспечивается соответствующей силой выталкивания (7\ыт).
1)	Для цилиндрических поковок
Рвыт=7СОпокНпок^-10^МН,
где £>пок - диаметр поковки; Япок - высота поковки;/- коэффициент трения между поковкой и инструментом; / = 1,05-0,0005? (? - температура штамповки); р - давление, р - (0,8...1,0)св/.
Таблица 8.3
Зависимость коэффициента к от технологической операции
Выдавливание и высадка тонкостенных полостей
О 0,2 0,6 1,0 sti
2)	Для шестигранных поковок (заготовок гаек)
РВЫТ=3,55ЯПОК#-10^ МН,
где 5 - размер под ключ для данной заготовки гайки, мм.
3)	Для квадратных поковок
ДЬ1Т=4ЙЯПОК^-10^МН,
где Ъ - сторона квадрата, мм.
Глава 9
ОТДЕЛОЧНЫЕ ОПЕРАЦИИ ПОСЛЕ ГОРЯЧЕЙ ШТАМПОВКИ
9.1.	Обрезка облоя и пробивка перемычки
Для обрезки облоя на поковках, пробивки перемычек, правки и калибровки служат обрезные прессы. Эти прессы делают кривошипными и лишь для особо крупных поковок иногда используют гидравлические прессы. Прессы изготовляют с номинальной силой 16...25 МН, ходом ползуна 250...700 мм, числом ходов ползуна 40... 16 в мин и закрытой высотой штампового пространства 450... 1100 мм.
Обрезные прессы могут иметь автоматизированное управление с реечным съемником, механизмом загрузки и механической рукой; с промышленным роботом или манипулятором.
Схема обрезного штампа показана на рис. 9.1. Обрезной штамп состоит минимум из трех частей: обрезной матрицы 6, обрезного пуансона 4 и нижней плиты 7. Кроме этого, штамп может иметь съемник 2, пуансонодержатель 3, крепежные и регулировочные болты.
Рис. 9.1. Схема обрезного штампа
Поковку 1 укладывают в матрицу и движением пуансона 4 проталкивают через нее. При этом облой 5 срезают. Режущим элементом здесь является матрица, а пуансон - подающим элементом.
При обрезке облой может оставаться на пуансоне. Для его снятия применяют съемник 2.
Обрезку облоя подразделяют на горячую и холодную. Крупные и средние по массе поковки, штампуемые на молотах с массой падающих частей более 1 т, имеют относительно толстый облой, который целесообразно обрезать в горячем состоянии, непосредственно после штамповки. Мелкие поковки с тонким облоем легко обрезают в холодном состоянии. При горячей обрезке обрезной пресс находится рядом с основной штамповочной машиной (молотом или прессом) и работает с ним в одном агрегате. Холодную обрезку производят в отделении для холодной обрезки, где устанавливают несколько обрезных прессов. Производительность при обрезке выше, чем при штамповке, поэтому при горячей обрезке обрезной пресс, как правило, недогружен. При холодной обрезке есть возможность устанавливать меньше обрезных прессов, чем молотов или других штамповочных машин.
Если в поковках есть сквозные отверстия, то при штамповке делают наметки с оставлением перемычки (внутреннего облоя). Эту перемычку пробивают после штамповки аналогично тому, как обрезают облой. При этом применяют те же самые обрезные прессы. Толщина перемычки значительно больше, чем толщина облоя, поэтому пробивку производят обычно в горячем состоянии. Схема пробивки показана на рис. 9.2. Пробивной штамп состоит из трех основных частей: пробивной матрицы 4, пробивного пуансона 2 и нижней плиты 5. При пробивке режущим элементом является пробивной пуансон, а матрица является направляющим и удерживающим поковку 1 элементом. Зазор между пуансоном и матрицей делают за счет матрицы. Диаметр пуансона берут равным диаметру отверстия в поковке с учетом усадки, считая, что пробивка происходит при температуре 700...800°С. Для стали эта усадка равна 1...1,2%.
Рис. 9.2. Схема пробивного штампа
При пробивке поковка 1 остается на пуансоне, а пробитая перемычка 6 падает в отверстие нижней плиты. Для снятия поковки применяют съемник 3.
При обрезке и пробивке возможны дефекты. Поковки могут искривляться или получать смятие. Если диаметр матрицы будет мал, то срезается часть боковых стенок поковки вместе с облоем или перемычкой. При увеличенном размере матрицы на поковке остается часть облоя или перемычки. Эти остатки регламентирует ГОСТ 7505-89, они должны быть небольшими. При неточном изготовлении пуансона может возникать точечный контакт с поковкой, который приводит к местным смятиям. При сдвиге верхнего штампа относительно нижнего при штамповке, в дальнейшем при обрезке получают с одной стороны поковки срез боковой стенки, а с другой - увеличенный остаток облоя. То же может получаться при неправильной укладке поковки в обрезной матрице (со сдвигом).
Дефекты, полученные при обрезке, можно устранить правкой или обточкой на наждачном станке (остатки облоя). Смятие поковок может приводить к браку.
Для предотвращения дефектов необходима тщательная подгонка пуансона и матрицы перед обрезкой и пробивкой каждой партии поковок и постоянный контроль. Следует точно выдерживать рекомендации при проектировании штампов.
Определение силы обрезки или пробивки. Необходимую силу обрезки облоя или пробивки перемычки определяют по формуле
Р = (1,5 ... 1,8) • 1(Г6 • S • t • oBt МН,
где 5 - периметр среза, мм; t - действительная толщина среза облоя или перемычки, мм; овГ - предел прочности при температуре обрезки, МПа.
Если обрезка облоя и пробивка перемычки проходят одновременно, то общую силу определяют по формуле
Р — ^обр + ^пр,
где РОбр - сила обрезки облоя, МН; - сила пробивки перемычки, МН.
Действительная толщина среза облоя равна t0-z + п.
Действительная толщина среза перемычки равна /п - z' + п + и.
Размеры z и z' определяют графически как расстояние между точками сопряжения радиусов закруглений с боковыми стенками поковки, соответственно по линии среза облоя или перемычки (рис. 9.3). Можно определить эти размеры также расчетом при номинальном значении облоя или перемычки с прибавлением двух радиусов закруглений.
Линия среза облоя
Рис. 9.3. Действительная толщина среза облоя и пробиваемой перемычки
Величина п учитывает максимально возможную недоштам-повку, которая равна положительному допуску на высоту поковки.
Величина и учитывает износ (подсадку) выступа под наметку в штампе. Ее принимают равной 2.. .5 мм.
Обрезные прессы в дальнейшем выбирают в 1,1... 1,2 раза больше номинальной силы, полученной расчетом.
При горячей обрезке или пробивке обрезные прессы обычно закрепляют за штамповочными молотами и КГШП исходя из соотношений
Р = (0,7...1,0)G,
где Р - сила пресса, МН; G - масса падающих частей молота, т
или
Р = (0,07... 0,1)Ркр, где Ркр - номинальная сила КГШП, МН.
В этих случаях расчет силы обрезки или пробивки является поверочным.
9.2.	Конструкции штампов для обрезки облоя и пробивки перемычки
Обрезная матрица. Контур обрезной матрицы проектируют в соответствии с контуром разъема поковки. В момент окончания штамповки поковка имеет горячие размеры аш (рис. 9.4,а). Эти же размеры в момент обрезки апо станут меньшими, так как поковка остынет. Между контурами поковки и матрицы будет образовываться зазор т, приводящий к появлению небольшого заусенца после обрезки, если контур матрицы сделать по контуру поковки. Это приводит также к образованию утяжки и к одностороннему срезу. Для получения качественной обрезки, исключающей последующую заточку заусенца, необходимо производить обрезку с частичной зачисткой штамповочного уклона (рис. 9.4,6). Контуры обрезной матрицы ак0 для горячей обрезки можно рассчитать по формуле ак0 = ап0 - 2Да.
Величина Да для круглых в плане поковок может быть рассчитана по формуле
Да =
' h
~ + г tgy, 12 )
соответственно,
Йзаг = Z = h0 + 2г,
где h0 - толщина мостика облойной канавки; г - прилегающий к облою радиус закругления; /гзаг - высота зачищаемой части поковки; у - штамповочный уклон.
Рис. 9.4. Обрезка: а - обычная; б - с частичной зачисткой штамповочного уклона
Зазор между пуансоном и матрицей. Зазор между пуансоном и матрицей необходимо выбирать в зависимости от типа пуансона (рис. 9.5).
Рис. 9.5. Схема к определению зазора 5 между пуансоном и матрицей
При режущем пуансоне (рис. 9.5,а) зазор рассчитывают по формуле 8 = kh0, где к - коэффициент, зависящий от материала поковки (к - 0,8.. .0,1); величина 8 должна быть не менее 0,2 мм.
Давящий пуансон (рис. 9.5,б,в,г) непосредственно в процессе резания облоя не участвует, и величина зазора 8 не влияет на качество реза.
При обрезке облоя у высоких поковок (рис. 9.5,6) (h > 100 мм) пуансон делают по упрощенному варианту. Его контур делают не по контуру матрицы, а просто круглым или прямоугольным, перекрывающим в плане контур матрицы. Такой пуансон
не должен входить в матрицу, по боковой поверхности его можно не обрабатывать. Пуансон может быть использован для группы поковок, обрезаемых на одном прессе. В этом случае зазор 8 будет различным на отдельных участках контура матрицы, может быть положительным и отрицательным.
При обрезке облоя у невысоких поковок необходимо рассчитывать зазор, так как пуансон должен войти в матрицу.
В этом случае, чтобы предотвратить зависание облоя на пуансоне после горячей обрезки, необходимо выбирать 8 не менее 1,0...1,3 мм на 100 мм размера поковки.
При обрезке облоя поковок по рис. 9.5,в зазор 8 = 0,3 мм. Величину S рассчитывают по формуле
З,3-О,3у шт 
При этом не исключается затягивание облоя в зазор 8, поэтому желательно изменить конструкцию поковки.
При обрезке облоя у поковок по рис. 9.5,г зазор выбирают в зависимости от диаметра D. При D - 20 мм зазор 8= 0,3, при D > 70 8 = 1,5 мм. Величину Si рассчитывают по формуле Si — 0,20 +1 мм.
Зазор 8 по всему контуру поковки обычно делают одинаковым, что упрощает наладку штампа.
Обрезной пуансон. Главным в конструировании пуансона является правильная конструкция его рабочей поверхности, по которой он должен плотно контактировать с опре-
Рис. 9.6. Обрезной пуансон деленными участками поковки (рис. 9.6). На переходах от одного сечения поковки к другому обычно предусматривают зазоры А. Пуансон не должен охватывать внутренние радиусы, выемки и т.д.
При горячей обрезке пуансон необходимо пригонять по свинцовой отливке с окончательного ручья. Это основное пра
вило, но есть исключения. Например, поковки типа шестерен или фланцев следует сопрягать с пуансоном только по одной горизонтальной плоскости, примыкающей к боковой контурной поверхности поковки.
Конструкции штампов для обрезки облоя и пробивки можно подразделить на простые, последовательные и совмещенные.
Штампы простого действия показаны на рис. 9.1 и 9.2.
В последовательном штампе на верхней и нижней плитах устанавливают два комплекта матриц и пуансонов, обрезной и пробивной. Поковку передают от одного комплекта инструмента к другому, осуществляя требуемые операции.
В совмещенных штампах, которые сложнее последовательных, производят обрезку и пробивку за один ход пресса. Существуют также штампы, в которых наряду с обрезкой выполняют правку и другие операции.
Конструкции съемников. При малом зазоре между пуансоном и матрицей (S < 1 мм при горячей обрезке и 8 < 0,5 мм - при холодной) облой после обрезки застревает на пуансоне. При пробивке поковка застревает на пуансоне. Для снятия облоя и поковок применяют съемники. Жесткий съемник на распорных втулках был показан на рис. 9.1. В съемнике 2 толщиной 15...25 мм делают отверстие по контуру пуансона с зазором 1,5...2,5 мм на сторону. Съемник крепят в плите 7 штампа болтами диаметром 15...25 мм через распорные трубки, которые устанавливают не ближе 10... 15 мм от наружного контура облоя.
Нижняя плоскость съемника 2 должна находиться от матрицы на достаточной высоте, чтобы можно было уложить в нее поковку с облоем. Со стороны рабочего съемник можно выполнить открытым, при этом уменьшить упомянутую высоту.
При обрезке крупных поковок применяют съемник в виде лапок, закрепленных с боков матрицы на плите.
При холодной обрезке применяют резиновые съемники, состоящие из одной или нескольких резиновых пластин, насаженных на пуансон путем пробивки резины на матрице.
При обрезке высоких поковок и при малой закрытой высоте пресса вместо съемника на распорных трубках применяют съем-
ник на пружинах (вместо трубок устанавливают пружины). Для очень высоких поковок применяют пружинный съемник с верхним расположением пружин. При пробивке перемычки съемник обычно выполняют на распорных трубках.
Крепление обрезных матриц в нижней плите производят винтами или клином (при простой форме). Пуансоны крепят непосредственно к ползуну пресса винтами или клином, или таким же образом к пуансонодержателю, а последний к ползуну. Нижнюю плиту к столу пресса крепят прихватами и болтами с квадратными головками, входящими в Т-образные пазы стола пресса.
9.3.	Калибровка, правка и очистка поковок
Калибровкой называют разновидность обработки давлением, при которой за счет небольшого обжатия отдельных участков или всей поверхности поковки достигают повышения точности размеров. При калибровке улучшают качество поверхности и снижают колебания массы поковки, в некоторых случаях она может заменять обработку резанием.
Калибровка получила распространение в массовом и крупносерийном производстве стальных поковок.
Различают плоскостную и объемную калибровку.
Плоскостная калибровка служит для получения точных вер-
тикальных размеров на одном или нескольких участках поковки,
ограниченных горизонтальными плоскостями (рис. 9.7,а). Пло-
хие. 9.7. Схемы процессов калибровки: а - плоскостной; б - объемной
скостную калибровку также называют чеканкой.
Плоскостную калибровку выполняют в холодном состоянии на чеканочных кривошипно-коленных прессах.
Поскольку калибровку производят осаживанием соответствующих участков поковки, последняя должна иметь большие, чем требуется, размеры по высоте.
Увеличение размеров дают на величину припуска на калибровку. При калибровке деформация обычно равна припуску. При этом высота калибруемого участка уменьшается, а диаметр увеличивается. Чтобы получить высокую точность после калибровки, поковки должны иметь повышенную точность перед калибровкой.
Припуск на калибровку зависит от результатов, какие желательно получить: при увеличении припуска снижается точность калиброванных размеров, но зато повышается качество поверхности.
Для низких поковок (до 10 мм) величину нормального припуска на размер рекомендуют брать 0,3...0,6 мм в зависимости от диаметра или ширины обжимаемого участка. С увеличением толщины поковки номинальный припуск увеличивают примерно до 0,5... 1,0 мм. Если нужно повысить точность калибровки, то номинальный припуск уменьшают приблизительно вдвое.
Если необходима особенно высокая точность, то следует сортировать поковки перед калибровкой на группы с интервалами размеров в 0,3...0,4 мм и производить переналадку пресса для каждой группы поковок.
Горизонтальные размеры поковок, подлежащих калибровке, следует назначать меньше номинальных, чтобы компенсировать их увеличение после калибровки.
Перед калибровкой поковки очищают от окалины. Поковки из алюминиевых сплавов и низкоуглеродистой стали калибруют без предварительной термической обработки. Поковки из других сортов углеродистой стали предварительно отжигают.
Объемная калибровка (рис. 9.7,6) служит для получения более точной поковки по всем размерам. При этом некоторый излишек металла вытекает в облой и можно получить точную массу поковки. Различают калибровку криволинейных поверхностей, которая приближается к объемной.
Точность объемной калибровки ниже, чем плоскостной, но ею охватывается вся поверхность поковки. Иногда применяют комбинированную калибровку - сначала объемную, а затем плоскостную, соединяя преимущества обоих способов.
Объемной калибровкой можно обрабатывать поковки как в холодном, так и горячем состоянии. Холодную объемную ка
либровку производят так же, как и плоскостную на чеканочных кривошипно-коленных прессах.
Горячую объемную калибровку выполняют на штамповочных молотах, винтовых прессах, кривошипных горячештамповочных прессах.
Поковки направляют на горячую объемную калибровку после обрезки облоя. Горячую объемную калибровку целесообразно производить с выдавливанием небольшого количества металла в облой, подлежащий последующей обрезке.
Поковки из цветных сплавов перед нагревом под горячую объемную калибровку подвергают очистке.
Размеры поковок, подлежащих калибровке, по ширине можно выполнять несколько меньше, а по высоте несколько больше окончательно требуемых. Однако соответствующую подгонку ручья ковочного штампа обычно удается сделать лишь опытным путем.
Горячую объемную калибровку осуществляют при температурах более низких, чем температура конца штамповки. Так, нагрев под объемную калибровку рекомендуется для стали до температуры 700...850°С, для алюминиевых сплавов - 300...400°С, для магниевых сплавов - 23О...25О°С. Таким образом, данный вид калибровки по существу следует называть «полугорячей» калибровкой, поскольку температуры нагрева лежат лишь немного выше или даже ниже порога рекристаллизации.
Рабочими деталями калибровочных штампов при холодной калибровке являются верхняя и нижняя калибровочные плитки из штамповой стали, которые прикрепляют болтами к промежуточным плиткам.
Последние в свою очередь крепят к верхней и нижней державкам с помощью клиньев или болтами.
Штампы для горячей калибровки по конструкции не отличаются от ковочных штампов, применяемых на соответствующих машинах. Для повышения точности калибровки размеры ручьев следует назначать с учетом усадки при пониженных температурах нагрева. Канавку для облоя делают упрощенной формы, без магазина. Штампы перед работой подогревают.
Штампы для холодной объемной калибровки, как правило, выполняют с направляющими колонками, а калибровочные вставки для увеличения прочности запрессовывают в обоймы.
Сила пресса, необходимая для калибровки. Для плоскостной калибровки силу можно определить исходя из того, что калибровка представляет собой холодную осадку с небольшой степенью деформации и с высоким коэффициентом трения. Для вычисления необходимой силы калибровочного пресса можно рекомендовать приближенные формулы, при выводе которых элементарные силы контактного трения были приняты постоянными и равными произведению напряжения текучести на коэффициент трения.
Формула Зибеля для контактной круглой в плане плоскости:
n f 1 d \ltd2
Р = а, 1 + -ц- ---
s 3 h 4
Формула Губкина для контактной плоскости в виде прямоугольника в плане:
р = <^
3b-а а ] , -----ц— а-Ъ, 6b h
где Р - сила деформирования, Н; as - напряжение текучести, МПа (Н/мм2); h - высота поковки в зоне калибровки, мм; d - диаметр контактной поверхности или диаметр вписанного круга, если ее форма - правильный многоугольник, в частности квадрат, мм; b - большая сторона прямоугольника, мм; а - меньшая сторона прямоугольника, мм; ц - коэффициент контактного трения.
Рекомендации в отношении коэффициента трения ц следующие: для стали 0,12...0,18 - без смазки, 0,06...0,10 - со смазкой; для алюминиевых сплавов 0,25...0,3 - без смазки, 0,1...0,15 - со смазкой. Чтобы снизить удельные силы при калибровке, необходимо применять смазку контактных поверхностей.
Удельные силы объемной калибровки примерно в 1,5.. .2,0 раза больше, чем плоскостной.
Правка поковок. Правкой называют разновидность обработки металлов давлением, с помощью которой устраняют искажения формы поковок.
Штампованные поковки могут искривляться при удалении из ручья, если они застревают в штампе. При штамповке крупных поковок по отдельным участкам искривление может получиться вследствие неправильной укладки, а также при транспортировании поковок, обрезке облоя и пробивке перемычки.
На изогнутых поковках при обработке резанием в некоторых местах может не хватать припуска, а в других будет избыток. Если изгиб мал и припуск всюду нормальный или близок к нормальному, то правка не нужна. В противном случае правка необходима.
Правку выполняют в горячем и холодном состоянии. Чаще используют холодную правку.
Горячую правку применяют для простых поковок типа валиков и зубчатых колес. В этом случае правка происходит в окончательном ручье ковочного штампа после обрезки облоя. Недостатком является снижение стойкости ковочного штампа и производительности основной машины.
Если поковки сложные или имеют отверстия, то горячую правку таких поковок выполняют на специальных правочных штампах, устанавливаемых на другом оборудовании, например, на молоте или прессе, расположенном в одной линии со штамповочной машиной. Правочный штамп делают одноручьевым. Ручей выполняют по типу окончательного с упрощением конфигурации и без облойной канавки.
При горячей правке в поковке не получается дополнительных остаточных напряжений от изгиба, но в дальнейшем, так как поковка горячая, ее необходимо осторожно транспортировать, чтобы она не изогнулась уже после правки. Горячая правка необходима, если поковки изготовлены из высокоуглеродистой или высоколегированной стали, при холодной правке которых возможно появление трещин. Чтобы избавиться от необходимости горячей правки, целесообразно выявить и устранить причины изгиба поковок в процессе штамповки и обрезки.
Холодная правка является производительным и экономичным процессом. Если можно применить холодную правку, то всегда избегают горячую. Холодную правку осуществляют после термообработки и очистки поковки от окалины. Такой правке подвергают сложные, преимущественно мелкие и средние по массе поковки. При холодной правке нельзя получить абсолютно неискривленную поковку. Всегда будет какое-то пружижение и поковка останется изогнутой. Обычно эта изогнутость невелика и укладывается в поле допусков. В этом случае применение холодной правки оказывается оправданным.
Правочный штамп для холодной правки аналогичен описанному для горячей правки.
Для крупных удлиненных поковок на гидравлических одностоечных прессах применяют правку методом гибки на подкладках.
Очистка поковок от окалины. После штамповки на стальных поковках остается слой окалины, который препятствует последующей обработке резанием и ухудшает качество поверхности поковок. Очистка поковок от окалины происходит после обрезки облоя, пробивки перемычки и термообработки поковки. Существует несколько способов очистки: травление, галтовка и дробеструйная (дробеметная) очистка.
Травление применяют для очистки от окалины сложных и крупных поковок, которые могут получить коробления при других видах очистки. Травление стальных поковок состоит в том, что поковки окунают в раствор кислот, состав которого на 1 литр воды следующий: 200 г серной кислоты, 150 г соляной кислоты, 10 г жидкости-присадки КС, играющей роль стабилизатора процесса. Поковки выдерживают в растворе 15 мин. При этом кислота проходит через трещины в слое окалины и вступает в бурную реакцию с металлом, образуя рыхлую пленку железного купороса между металлом и окалиной. Эта пленка распирает окалину, последняя растрескивается и сваливается с поковки. Затем поковки поступают на промывку в баки с водой и с щелочным раствором.
Для травления никелевых сталей используют более концентрированный раствор кислот.
Поковки из алюминиевых сплавов травят в щелочном растворе, а затем осветляют в растворе азотной кислоты.
Производительность при травлении стальных поковок составляет 300 кг в час на 1 м3 раствора кислот.
Способ очистки поковок от окалины травлением является самым дорогим и качественным способом.
Галтовку применяют для очистки от окалины мелких и средних по массе поковок простой формы, типа валиков или шестерен, без отверстий. Во вращающийся вокруг горизонтальной оси барабан загружают поковки и вместе с ними шары и чугунные звездочки. При вращении поковки шары и звездочки ударяют друг друга и окалина отваливается. Недостатком способа является большой шум. Производительность одного барабана 2 т поковок в час.
Дробеструйную очистку применяют для очистки от окалины мелких и средних сложных поковок. Очистка заключается в том, что на очищаемые поковки из сопла со скоростью 20...30 м/с нагнетают чугунную дробь (иногда проволочную насечку). Дробь разгоняют сжатым воздухом давлением 0,5...0,6 МПа. Оптимальное расстояние от сопла до поверхности поковки 200-300 мм. При ударе дроби о поверхность поковки окалину сбивают. Поковки при этом должны поворачиваться разными сторонами относительно сопла, чтобы очистка произошла со всех сторон. При этом получают довольно хорошее качество очистки. Расход дроби составляет 2,5...3,5 кг (безвозвратные потери, дробь крошится) на 1 т поковок. Недостатком является то, что имеющиеся на поковке дефекты в виде мелких трещин могут быть забиты и в дальнейшем их трудно обнаружить.
Аналогично дробеструйной очистке дробь воздействует на поковки при дробеметной очистке, при которой поток дроби с помощью быстровращающихся лопаток крыльчатки дробеметной головки направляют на поковку со скоростью 70... 80 м/с.
Глава 10
ИЗГОТОВЛЕНИЕ ПОКОВОК МЕТОДАМИ ПРОКАТКИ
10.1.	Изготовление поковок поперечной и поперечно-винтовой прокаткой
Поперечная прокатка (рис. 10.1) заключается в том, что круглой заготовке придают вращательное движение ее валками в поперечном направлении. Соответственно, получать можно только тела вращения. Поперечную прокатку проводят в двухвалковом (рис. 10.1,а,б) или в трехвалковом стане (рис. 10.1,в).
При прокатке по рис. 10.1,а валки вращаются в одном направлении, а заготовка - в обратном. Чтобы процесс деформирования был непрерывным при прохождении зоны деформации и заготовка затягивалась между валками, необходимо, чтобы скорости были различны, причем Vi > v2. Это возможно получить либо за счет разных диаметров валков > D2, либо за счет различного числа оборотов валков ni > п2 при равных диаметрах = D2. Для продвижения заготовки через очаг деформации при Vi = v2 можно применять задающе-проталкивающие устройства (направляющие линейки и задающие ролики), но для заталкивания заготовки необходимо приложить силу Q (см. рис. 10.1,а).
При прокатке по рис. 10.1,6 по мере вращения заготовки между валками последние сближаются. Таким путем получают зубья зубчатых колес, о чем будет сказано ниже.
По схеме на рис. 10.1,в валки сближаются и деформируют заготовку.
Поперечно-винтовая прокатка является разновидностью поперечной прокатки, когда заготовка получает вращательное движение и движение вдоль своей оси (рис. 10.2). Валки стана располагают под углом друг к другу и к заготовкам, придают им необходимую форму, оформляющую поверхность заготовки.
,1
.1
Рис. 10.1. Схемы поперечной прокатки: а-в двухвалковом стане с разными окружными скоростями или с заталкивающе-проталкивающим устройством (сила Q); б-в двухвалковом стане с изменяемым расстоянием между валками; в-в трехвалковом стане; 1,2- валки; 3 - заготовка
Рис. 10.2. Схема поперечно-винтовой (косой) прокатки
На рисунке 10.3 показана поперечно-винтовая прокатка шаров. Заготовку 1 подают между двумя валками вдоль их осей. На поверхности обоих валков выполнены винтовые калибры переменной глубины с постепенным ее возрастанием. Заготовка получает винтовое движение, калибры валков врезаются в заготовку и придают ей форму шара. В конце процесса готовый шар отделяют от заготовки. Шары выполняют диаметром 25... 125 мм.
Рис. 10.3. Поперечно-винтовая прокатка в спиральных калибрах
Схема поперечно-винтовой прокатки на трехвалковом стане представлена на рис. 10.4. Так можно получать заготовки для последующей штамповки или обработки резанием. Рабочие валки 1 (дисковые) имеют синхронный гидравлический привод и вращаются в одном направлении. Заготовку 2 зажимают в зажиме 6, который мо
жет вращаться вокруг оси и имеет привод 5 перемещения вдоль оси заготовки. Зажим 6 жестко связан с копиром 3, который является сменным и выполнен в соответствии с необходимым контуром заготовки. От копира 3 через следящее устройство 4 гидросистемы приводят в движение валки 1 (валки сходятся или расходятся), что и обеспечивает соответствующую протяжку на заготовках. Получают периодические профили круглого поперечного
сечения.
Поперечная и поперечно-винтовая прокатки отличаются высокой производительностью и точностью. Недостатками являются дефекты в осевой зоне заготовки (рыхлости) и рентабельность только в массовом производстве, так
Рис. 10.4. Схема поперечно-винтовой прокатки периодического профиля
как переналадка станов	на трехвалковом стане
представляет большие трудности.
Накатку зубчатых колес и звездочек производят на двухвалковых станах поперечной прокатки. Применяют два способа: с осевой подачей заготовки (прутковая прокатка) и с радиальной подачей валков (штучная прокатка). Схема прокатки шестерни с осевой подачей заготовки дана на рис. 10.5. Зубчатые валки 3
вращаются в одном направлении и оси их закреплены неподвижно относительно друг друга. На валках нанесены профили
зубьев с заходной частью. Заготовку 1 нагревают в индукторе 2
и проталкивают между валками 3. В начале прокатки заготовку 1
Рис. 10.5. Схема прокатки шестерни с осевой подачей заготовки
приводят во вращение делительным зубчатым колесом, находящимся в зацеплении с валками. Диаметр заготовки 1 должен быть равен диаметру делительной окружности получаемой шестерни 4. Таким путем получают прямозубые и косозубые шестерни с небольшими модулями (<	6 мм)
и диаметрами менее 200 мм.
Схема прокатки шестерни с радиальной подачей валков показана на рис. 10.6. Нагретую штам
пованную заготовку 4 помещают между оправками 1, зажимают
и вращают со скоростью, соответствующей передаточному числу между валками и прокатываемой шестерней.
Рис. 10.6. Схема прокатки шестерни с радиальной подачей валков (3 - ограничительные диски)
Затем зубчатые валки 2 сближают, зубья валков углубляются в заготовку и образуют впадины. В результате из заготовки 4 получают шестерню.
Деформацию зубьев вверх и вниз ограничивают дисками 3. Профиль зуба эвольвентный. Диаметр исходной штампованной заготовки подсчитывают исходя из равенства объемов заготовки 4 и шестерни.
10.2.	Изготовление поковок поперечно-клиновой прокаткой
Рис. 10.7. Принципиальная схема поперечно-клиновой прокатки
Поперечно-клиновая прокатка (рис. 10.7) заключается в том, что заготовку вращают и деформируют между двумя параллельными плитами, перемещающимися относительно друг друга поперек оси заготовки. На плитах выполнены наклонные грани, расположенные под углом к плоскости вращения, которые деформируют металл заготовки, перемещая его
вдоль оси и вращая, тем самым перераспределяют металл вдоль оси заготовки.
Оставшаяся часть металла на данном участке заготовки прокатывается между инструментами, приобретая их негативный профиль в продольном сечении тела вращения (рис. 10.7). При движении инструмента обжатие заготовки по мере ее вращения происходит постепенно, причем точки поверхности заготовки неоднократно попадают в зону контакта с инструментом, и в зонах прямого обжатия форма инструмента имеет вид клина - валки переменного радиуса, плоский инструмент разной толщины или ширины (или того и другого). Аналогичную форму клина может иметь поверхность инструмента и при поперечновинтовой прокатке, например, поверхность валков для прокатки заготовок втулок заднего колеса велосипеда.
Поперечно-клиновой прокаткой получают как готовые изделия, так и заготовки под штамповку.
Основные схемы поперечно-клиновой прокатки показаны на рис. 10.8. Каждой из схем соответствуют свои конструкции станов.
В двухвалковых станах (см. рис. 10.8,а) заготовку удерживают в рабочей зоне направляющими проводками или центрами, что часто приводит к искажению формы и перерасходу металла- возникает необходимость отрезки торцовых участков. Для загрузки и выгрузки валки, как правило, необходимо останавливать либо размещать инструмент не по всей окружности, что снижает производительность процесса. Преимуществом валко
вых станов является возможность прокатки изделий из прутка, что наиболее эффективно при изготовлении коротких изделий, поскольку облегчает механизацию и автоматизацию процесса и снижает отходы, весьма значительные при изготовлении коротких изделий из штучных заготовок. Валковые станы успешно применяют и при прокатке несимметричных деталей, так как при этом отпадает необходимость в выравнивании условий прокатки на различных частях заготовки.
Рис. 10.8. Схема поперечно-клиновой прокатки
Трехвалковый стан (рис. 10.8,6) обеспечивает более благоприятное напряженное состояние в очаге деформации, которое снижает возможность получения осевой рыхлости. Наблюдается ограниченность минимального диаметра изделия в зависимости от диаметра валка £)в. Приближенно dm\n > 0,155£>в или, соответственно, DB < 6,46dmin. Такие станы применяют для получения коротких изделий с невысокой точностью, в том числе для прокатки заготовок под последующую штамповку. Валковосегментные станы (рис. 10.8,в) показывают высокую производительность, так как загрузку и выгрузку заготовок выполняют без остановки валков. Инструмент (сегменты) и его отладка являются сложными. Заготовка только штучная и ее точность невысокая.
Двухсегментные станы на рис. 10.8,г имеют пониженную производительность. Их применяют для накатки шлицев и зубьев шестерен, а также прокатки валов.
Станы с двумя подвижными плитами (рис. 10.8,д) имеют сравнительно простой инструмент, но невысокую производительность. Точность получаемых изделий-валов высокая.
Станы с подвижной и неподвижной плитами (рис. 10.8,е) имеют те же преимущества и недостатки, что и предыдущие, но не требуют остановки для загрузки и удаления заготовок.
Недостатком этих конструкций является невозможность прокатки от прутка. Станы применяют в основном для сложных изделий при небольших партиях и высокой точности.
10.3.	Раскатка кольцевых заготовок
Раскатка кольцевых деталей (заготовок) - технологическая операция формоизменения, посредством которой производится одновременное увеличение наружного диаметра и диаметра отверстия кольцевого полуфабриката (поковки) за счет уменьшения толщины его стенки, при этом может быть также изменена форма поперечного сечения кольца. По существу, это процесс прокатки.
Раскатку осуществляют в процессе деформирования валками на специализированных кольцераскатных машинах и применяют при изготовлении кольцевых деталей диаметром от 50...70 до 7000 мм, шириной соответственно от 5...7 до 1200 мм и массой от нескольких десятков грамм до 12,5 т.
В зависимости от поставленных задач, габаритов изготовляемых деталей, марки материала и других условий раскатку выполняют в горячем, полугорячем или холодном состояниях.
Способы раскатки. По схемам формоизменения раскатку кольцевых заготовок условно разделяют на открытую, полуоткрытую, закрытую и полузакрытую. Наиболее распространенной является открытая раскатка (рис. 10.9,а). Исходную заготовку (полуфабрикат) 1 помещают между двумя валками 2 и 3, один из которых (обычно наружный) является приводным, а второй вращается за счет сил трения от контакта с заготовкой. Один из валков (нажимной) имеет возвратно-поступательное перемещение, при своем рабочем ходе воздействуя на заготовку с силой, необ
ходимой для ее деформирования. Увеличиваясь в диаметре, заготовка в течение всего процесса деформирования соприкасается с двумя свободно вращающимися направляющими валками 4 и 5, которые прижимаются к ней с определенной силой, предотвращая смещение центра заготовки от оси центров раскатных валков 2 и 3, устраняя вибрации и обеспечивая правильную геометрическую форму кольца. При раскатке с небольшими степенями деформации два подвижных опорных валка 4 и 5 могут быть заменены одним неподвижным (правым), выполняющим те же функции. В процессе раскатки с заготовкой контактирует контрольный ролик 6, который при достижении заданного наружного диаметра подает сигнал на отвод нажимного валка 3 в исходное положение, после чего заготовка может быть удалена с валка 2.
а)	б)
Рис. 10.9. Схемы раскатки: а — открытой; б — полуоткрытой
Полуоткрытая раскатка (рис. 10.9,6) отличается от открытой тем, что с помощью пары приводных или холостых торцовых конических валков 7 и 8 производится обжатие заготовки в осевом направлении и проработка ее торцов. В процессе раскатки при постепенном сближении торцовых валков достигается заданная деформация по ширине заготовки. В некоторых случаях расстояние между осями пары конических валков в процессе раскатки не изменяется, и они лишь препятствуют естественному уширению, обеспечивая проработку торцов заготовки и устраняя утяжины, обусловленные неравномерностью уширения в продольном сечении заготовки. Применение принудительно сближающихся в процессе раскатки торцовых валков позволяет
более интенсивно перераспределить металл и получать более сложные формы поперечных сечений у кольцевых заготовок.
Закрытая раскатка (рис. 10.10), в отличие от предыдущих способов, осуществляет формоизменение заготовки прокаткой между внутренним валком 2 и наружным полым валком 3. Радиальное обжатие заготовки достигается принудительным сближением осей внутреннего и полого валков. Процесс формоизменения продолжается до тех пор, пока наружный диаметр заготовки 1 не примет размера диаметра отверстия полого валка, а толщина ее стенки не достигнет заданной. После этого исходное положение осей валков восстанавливается, а заготовку удаляют из полого валка выталкивателем 4.
Полузакрытая раскатка представляет собой совмещение схем открытой и закрытой раскатки.
Рис. 10.10. Схемы закрытого способа раскатки
Использование закрытой и полузакрытой раскатки ограничено размерами наружного диаметра до 150 мм и массой поковки (детали) до 1,0 кг.
Открытая и полузакрытая раскатки имеют широкое распространение. Формы поперечных сечений колец различны. Могут быть выполнены, например, внутренние или внешние канавки колец подшипников для роликов или шариков. Полуфабрикаты (кольца) для раскатки могут быть получены штамповкой на ГКМ высадкой в пуансоне от переднего упора или на горячештамповочном автомате, а также штамповкой на специализированных гидравлических прессах (трехпозиционных). Крупные полуфабрикаты (кольца) получают ковкой на молотах или гидропрессах, в том числе и на специализированных. Размеры заготовки под раскатку определяют в зависимости от допустимого отношения толщины стенок заготовки к толщине стенок поковки:
jq _ ^заг ^заг ^пок ~ ^пок
где Опок, Озаг - наружные диаметры поковки и заготовки, мм;
^пок, ^заг - внутренние диаметры, мм.
Технологические расчеты и расчет размеров инструмента для раскатки приведены в [4].
Значение коэффициента К для колец диаметром меньше 100 мм составляет не более 1,5. Для поковок с диаметром более 100 мм значение коэффициента К может быть увеличено до 1,7.
Внутренний диаметр заготовки назначают по формуле j _ ^пок ызаг	‘
Наружный диаметр определяют исходя из равенства объемов поковки и заготовки с учетом угара. Ширина заготовки равна ширине раскатанной поковки. Раскатку заготовок колец с диаметром свыше 700...800 мм производят на оборудовании, предназначенном для прокатки бандажей колес локомотивов, или на специализированных раскаточных машинах, допускающих обработку кольцевых заготовок диаметром до 1300 мм.
10.4.	Штамповка обкатыванием
Штамповку обкатыванием выполняют путем пластической деформации локальной зоны.
По сравнению с традиционными методами штамповки достигают значительного снижения силы деформирования; получают поковки с большим отношением диаметра к высоте (более 20); достигают расширение области рационального использования холодных деформационных процессов для получения точных заготовок и готовых изделий; снижается материалоемкость производства и уменьшается объем обработки резанием; возможно получение деталей, штамповка которых обычными методами невозможна либо затруднена.
При локальной схеме деформирования на большей части обрабатываемой поверхности заготовки происходит восстановление смазывающей пленки, что в значительной мере уменьшает
влияние сил трения в паре инструмент - заготовка. Это благоприятно сказывается на условиях деформирования и на стойкости инструмента (повышается в 1,5...2 раза).
Схема инструмента показана на рис. 10.11. Контакт пуансона 2 с заготовкой 1 носит локальный характер.
При штамповке на КГШП, ГКМ, гидропрессах и др. инструмент взаимодействует с заготовкой по всей торцовой поверхности. При штамповке обкатыванием очаг деформации локализован (заштрихованная область на рис. 10.11).
Формоизменение детали обеспечивается за счет относительного перемещения инструмента (как правило, конического пуансона) с наклонной продольной осью (ось Z2) вокруг и вдоль вертикальной оси симметрии заготовки (ось Zi).
В процессе штамповки обкатыванием (качающимся инструментом) заготовка остается неподвижной, а инструмент выполняет два вида движений: возвратно-поступательное от механизма пресса и колебательное (обкатывающее) от специального привода (табл. 10.1). Процесс обкатывания осуществляют при вертикальном расположении осей подвижного деформирующего и неподвижного опорного инструментов.
Рис. 10.11. Схема процесса штамповки обкатыванием: 1 - заготовка; 2 - пуансон
Классификация способов штамповки с локализацией очага деформации по признаку движения инструментов
Основной признак
Дополнительный признак
Схема процесса
Круговое качательное движение деформирующего инструмента 1
Поступательное движение инструмента 1 при неподвижном опорном инструменте 2
С опорой на сферический подшипник скольжения
Поступательное движение опорного инструмента 2
Продолжение табл. 10.1
Основной признак
Дополнительный признак
С вертикальным расположением осей
Вращательное + поступательное движения деформирующего инструмента 1
С горизонтальным расположением осей
Операции штамповки обкатыванием могут выполняться способами открытой (рельефная формовка, осадка, высадка, выдавливание полостей), полузакрытой (объемная формовка, высадка, прямое выдавливание, выдавливание полостей) и закрытой (объемная формовка, выдавливание полостей, калибровка) штамповки.
Наиболее эффективным способом считают объемное деформирование заготовки сложного, но неглубокого контура, с малой относительной высотой (HID = 0,1...0,2). Находят применение способы и устройства для деформирования качающимся инструментом тонкостенных осесимметричных изделий типа стаканов и труб.
Этими способами можно осуществить операции вытяжки, волочения, прессования, обжима трубчатых заготовок в диапазоне диаметров 8...250 мм с относительной толщиной стенки до 0,02.
В качестве формоизменяющих операций широко используют осадку, высадку и выдавливание. Их можно осуществлять в любом сочетании друг с другом и использовать для производст
ва осесимметричных круглых (реже квадратных) в плане изделий из сталей и цветных металлов и сплавов.
В качестве исходного материала применяют штучные заготовки из круглого или квадратного сортового проката; поковки, предварительно осаженные или с прошитым отверстием, а также вырубленные из листа карты.
Обрабатываемые штамповкой обкатыванием поковки можно разделить на четыре группы, в зависимости от применяемых для их изготовления операций:
1	- круглые в плане типа инструментальных дисков и звездочек с использованием процессов осадки и высадки;
2	- круглые и квадратные в плане типа колес, шестерен, катков и панелей с использованием комбинации процессов осадки, высадки и выдавливания;
3	- круглые в плане типа колец, низких стаканов и гильз с использованием процессов выдавливания;
4	- круглые в плане типа высоких стаканов и гильз с использованием процессов вытяжки с утонением стенки (протяжки).
Основными параметрами, определяющими режим обработки при штамповке обкатыванием, являются (см. рис. 10.11): угол наклона оси инструмента у; характер колебательного движения инструмента (круговое, спиральное, лепестковое, прямолинейное, орбитальное и другое); величина подачи инструмента на один оборот.
10.5.	Изготовление вальцованных заготовок и поковок
Вальцовка представляет собой протяжку исходной заготовки продольной прокаткой в секторных штампах ковочных вальцов. Вальцовка по существу является прокаткой. Преимуществом подобных процессов является то, что величина контактной поверхности заготовки с рабочими ручьями в каждый данный момент составляет малую часть полной поверхности заготовки. В результате для осуществления процесса требуется значительно меньшая номинальная сила, чем при штамповке деталей на прессах или молотах, когда штампы полностью перекрывают всю поверхность штампуемой детали.
Ковочные вальцы относительно просты по конструкции, бесшумны в работе и высокопроизводительны, их можно использовать в механизированных поточных линиях. Рабочие органы вальцов - два валка, вращающиеся в противоположных направлениях. На валках закрепляют вставки с ручьями (рис. 10.12,а). Обычно заготовку 1 подают до упора 2 в момент расхождения секторных штампов. Заготовка одновременно с обжатием движется в сторону вальцовщика (рис. 10.12,б,в,г). Такую вальцовку называют формовочной и применяют для получения заготовок для последующей штамповки.
а)	б)	в)	г)
Рис. 10.12. Последовательность процесса вальцовки:
а - подача заготовки в исходное положение (1 - заготовка; 2 - упор; 3 - клещи; 4 и 5 - валки; 6 - инструмент); б - захват заготовки и втягивание ее в зону деформации передними выступами инструмента; в - установившийся процесс вальцовки (а - угол захвата); г - выдача заготовки (hn, b0 и hi, bi - размеры заготовки, соответственно исходные и после вальцовки)
При расположении гравюры калибров по всей окружности валков движение заготовки осуществляют от вальцовщика. Такую вальцовку называют штамповочной. При этом получают готовую поковку.
Консольные вальцы бывают одно-, двух- и трехклетьвые и, как правило, предназначены для формовочной вальцовки, т.е. работают как заготовительные. Это объясняется тем, что консольное расположение валков дает возможность приблизить вальцы к оборудованию, стоящему справа от них. В этом случае заготовки после формовочной вальцовки с одного нагрева можно передавать на штамповку, например на кривошипный горячештамповочный пресс.
Консольные одноклетьевые вальцы по сравнению с двухопорными более быстроходны (100... 110 мин1). Их валки во время подачи заготовки неподвижны. Вальцы имеют педальное включение на один оборот или включаются автоматически при подаче заготовки до упоров, в которых вмонтированы контакты включателя. Консольные вальцы позволяют использовать штампы с двумя-тремя ручьями. Длина заготовок составляет не более 3/4 длины окружности секторных штампов.
Двухклетьевые консольные вальцы применяют для непрерывной формовочной вальцовки. Они имеют две пары валков, расположенных под углом 90°. Передача заготовки от клети к клети осуществляется самими валками.
Существуют также трехклетьевые консольные вальцы.
Последние два типа консольных вальцов можно применять при крупносерийном и массовом производстве и в автоматических линиях.
Исходным материалом для вальцовки служат прутки круглого, квадратного и прямоугольного сечений.
Профиль, образуемый смежными вырезами в паре секторных штампов, носит название калибров, по аналогии с валками прокатных станов. Разъем поперечного профиля ручья между верхними и нижними штампами называют разделом калибра.
Если раздел калибров проходит параллельно оси вальцов, то калибр является открытым. Если раздел калибров проходит в направлении, близком к вертикальному, то калибр является закрытым.
В секторном штампе форма калибра может меняться по дуге ручья. В этом случае калибр является комбинированным.
По виду получаемых поковок вальцовку разделяют на формовочную или заготовительную, отделочную и штамповочную.
Формовочную вальцовку применяют как заготовительную операцию для фасонирования заготовки при последующей штамповке. В зависимости от требуемого обжатия и формы получаемой поковки формовочная вальцовка бывает одноручьевая, многоручьевая и периодическая.
С помощью одноручьевой вальцовки в открытом ручье в два или несколько проходов выполняют, например, оттяжку концов
и вытяжку части фасонных заготовок в ромбическом или (реже) в гладком ручьях. После каждого прохода заготовку поворачивают вокруг оси на 90°. При изготовлении фасонных заготовок для последующей штамповки на молотах или прессах в закрытом ручье им придают форму, близкую к форме поковки в плоскости разъема.
Многоручьевую вальцовку производят в открытых калибрах или применяют комбинированную многоручьевую вальцовку в открытых и закрытых калибрах.
Периодической вальцовкой получают фасонированный пруток с периодически повторяющимися участками одной и той же формы. После разрезки из него получают несколько фасонных заготовок для последующей штамповки на молоте или прессе.
Периодическую вальцовку могут осуществлять с образованием облоя и без него. Вальцовку с образованием облоя при формовочной вальцовке применяют в том случае, когда вальцованная поковка должна иметь значительную разницу в площадях соседних поперечных сечений.
В общем случае уковку при вальцовке определяют как отношение площади F„.i поперечного сечения перед проходом вальцовки к площади Fn ее поперечного сечения после вальцовки: У„=^-.
F п
Площадь поперечного сечения исходной заготовки определяется максимальной площадью поперечного сечения вальцованной заготовки. При вальцовке одновременно с протяжкой происходит уширение заготовки, которое зависит от соотношения между формами исходной заготовки и калибра. Зависимость уширения от температуры, скорости и чистоты зеркала ручья менее существенна. Так, при вальцовке полосы на круг возможна уковка до 2,0, но при вальцовке круга на круг уковка не превышает 1,2. Поэтому с целью получения максимальной уковки ведут многоручьевую вальцовку участков заготовки круглого сечения на квадрат, чередуя овальные и квадратные калибры.
При многоручьевой вальцовке последнюю называют штамповочной и применяют для изготовления поковок простой формы.
В зависимости от способа крепления валков ковочные вальцы подразделяют на две основные группы - двухопорные и консольные.
Двухопорные вальцы имеют одноклетьевую конструкцию, их применяют для формовочной и штамповочной вальцовки.
Двухопорные вальцы для формовочной вальцовки имеют диаметр валков 200...500 мм. На валках могут быть расположены секторы-штампы с четырьмя-шестью ручьями. Длина заготовки - не более половины длины окружности сектора-штампа.
Двухопорные вальцы для штамповочной вальцовки имеют диаметр валков 600... 1000 мм. За один оборот валков может быть получена цепочка из четырех-пяти (и более) отштампованных поковок.
Валки двухопорных вальцов вращаются непрерывно со скоростью 25...50 мин-1. Рабочая ширина валков для существующих вальцов составляет 350...750 мм, наибольшая толщина (диаметр) переходных заготовок 60 мм.
При многоручьевой вальцовке, так же как и при одноручьевой, осуществляемой за один проход без облоя, развертка ручья должна быть в среднем укорочена на 3,5...6,5% по отношению к длине готового изделия. Этим учитывают так называемое опережение металла при вальцовке, т.е. превышение скорости движения металла заготовки на выходе из ручья над линейной скоростью рабочей поверхности штампов во время вальцовки. Поскольку опережение, как и уширение, при вальцовке увеличивается с понижением температуры, верхний из указанных пределов относится к первым ручьям, а нижний к последним. Опережение, кроме того, уменьшается при увеличении диаметра валков и коэффициента внешнего трения и увеличивается с увеличением степени обжатия и скорости вальцовки.
Для предотвращения изгиба заготовки при выходе из валков рекомендуют назначать раздел калибра при вальцовке симметричных профилей по оси симметрии, а для несимметричных - по линии, делящей площадь поперечного сечения заготовки примерно пополам. Толщину разделов калибра обычно принимают в пределах 1...3 мм. Зазор между штампами, а следовательно,
и общую глубину вальцовочного ручья можно регулировать за счет перемещения верхнего валка.
Отделочную вальцовку используют для получения профильных заготовок, например, турбинных лопаток с припуском по рабочей части до 0,15...0,2 мм. Обычно такую вальцовку делают вхолодную. При этом способе вальцовки получают заготовки с окончательными размерами по толщине и профилю.
Штамповочную вальцовку применяют в массовом и крупносерийном производстве для получения готовых мелких и средних поковок переменного сечения различной формы (в том числе иногда достаточно сложной), например, гаечных ключей, плоскогубцев, звеньев конвейеров и т.д. Поковки получают в «ленте», по несколько штук, расположенных в длину (иногда рядом) и соединенных между собой облоем. Производительность процесса измеряется тысячами штук в смену.
Глава 11
СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ СПОСОБЫ ШТАМПОВКИ
Использование специализированных машин вместо универсальных позволяет во многих случаях осуществить наиболее оптимальные способы штамповки по качеству и количеству переходов. Поэтому специализированные процессы штамповки получают все большее распространение по мере дальнейшего расширения производства поковок и заготовок.
В данной главе в общих чертах рассмотрены следующие специализированные процессы: штамповка на горизонтальногибочных машинах (бульдозерах), штамповка радиальным обжатием, высадка на электровысадочных машинах и технология изготовления рессор и пружин.
11.1. Штамповка на горизонтально-гибочных машинах
Горизонтально-гибочные машины (гибочно-штамповочные горизонтальные прессы), сокращенно ГГМ, предназначены для горячей и холодной гибки в одноручьевых и многоручьевых штампах мерных заготовок больших габаритов из сортового и полосового проката.
Наибольшее распространение имеют ГГМ с механическим приводом обычных конструкций с силой 150...5000 кН и быстроходные с силой 100...200 кН.
Отличительными особенностями ГГМ являются большой размер штампового пространства на станине и большой ход ползуна.
Производительность горячей гибки ниже холодной, поэтому ее применяют только при изготовлении деталей с относительно малым радиусом или для получения более точных изделий при недостаточной силе ГГМ для холодной гибки.
Простейшими типовыми технологическими процессами штамповки на ГГМ являются гибка V-образных (рис. 11.1,а,б), П-образных (рис. 11.1,в-д), дугообразных (рис. 11.1,ж) деталей.
Рис. 11.1. Типовые простейшие схемы гибки:
а - угол гибки; S - толщина изгибаемой заготовки; Rm - радиус гибки
V-образную гибку осуществляет за один переход. Ее можно выполнять двумя способами. При первом способе, называемом гибкой-штамповкой (рис. 11.1,а), заготовка в конце хода ползуна плотно зажимается между пуансоном и матрицей и происходит как бы калибровка согнутой заготовки. При этом резко возрастает сила гибки. При втором способе (гибка до соприкасания), рекомендуемом для крупногабаритных, сравнительно толстостенных деталей, гибка заканчивается в момент, когда полки заготовки соприкоснутся с боковыми поверхностями матрицы (рис. 11.1,6). В этом случае сила на ползуне ГГМ значительно меньше, чем при гибке-штамповке.
Гибку П-образных деталей (рис. 11.1,в-д) можно осуществлять за один или два перехода. Производительность и точность однопереходной гибки П-образных деталей выше. Она может оказаться выгоднее при изготовлении большой партии деталей,
хотя и требует применения по сравнению с двухпереходной гибкой более сложного и менее стойкого штампа.
П-образную гибку в штампе с прямоугольными рабочими поверхностями пуансона и матрицы (рис. 11.1,в) применяют при гибке сравнительно тонкостенных, неответственных деталей. Недостатком этого способа является изгиб участка заготовки под пуансоном. Для его выпрямления требуется калибровка заготовки в конце хода пуансона, что ведет к значительному увеличению силы и наклепу деталей, особенно при холодной гибке.
Чтобы избежать калибровки, применяют штамп с нижним прижимом (рис. 11.1,г,д).
Конструкцию по рис. 11.1,д с радиусным пуансоном и нижним прижимом применяют, когда внутренний радиус изгиба /?вн > 1,255 (5 - толщина заготовки) и гибка в штампе с плоскими пуансоном и нижним прижимом не устраняет изгиба участка заготовки под пуансоном. В штампах для П-образной гибки закругления на пуансоне выполняют равными внутреннему закруглению детали. Радиус закругления матрицы RM = (2...4)5.
Гибка дугообразных деталей характеризуется наличием у них среднего участка, согнутого по относительно большому радиусу на угол 180°, и параллельных между собой прямых полок. Возможен также средний прямой участок между закруглениями. Поскольку гибка таких деталей сопровождается большим пружинением, пуансон выполняют с меньшим радиусом. Подгибание полок осуществляют преимущественно посредством перегибающего механизма рычажного типа. Гибку таких изделий можно осуществлять за один переход в сложном штампе или за несколько переходов.
Дугообразные детали с центральным углом, меньшим 120...150°, сгибают за один переход в простом штампе с цилиндрическими рабочими поверхностями пуансона и матрицы (рис. 11.1,е).
Гибку деталей с центральным углом 150...270° осуществляют за два перехода (рис. 11.1,ж). На первом переходе подгибают крайние участки, а на втором - средний.
Закрытые детали (см. рис. 11.1,ж) сгибают за два перехода. На первом переходе крайние участки принимают заданную кри
визну, а средний участок получает кривизну обратную; на втором - средний участок сгибают на радиус детали.
Выбор технологического процесса гибки сложных деталей зависит от их формы и размеров, требуемой точности и серийности, мощности используемых ГГМ.
Основным условием для конструирования рабочего профиля штампа при несимметричной, например, Z-образной детали является такое его расположение, при котором при гибке на пуансоне и матрице не возникает горизонтальных составляющих сил, перпендикулярных движению пуансона. Другим важным условием является наличие двух точек опоры у заготовки на матрице в начальный момент гибки, чтобы пуансон производил нажатие между опорами.
В случае необходимости снижения потребной силы или устранения чрезмерного утонения детали в местах изгиба переходят на многопереходную гибку.
Многоручьевая гибка происходит по частям, последовательно за каждый переход. Разработку переходов многоручьевой штамповки выполняют в порядке, обратном технологическому процессу. Исходя из формы готовой детали отыскивают наиболее простую промежуточную форму, из которой можно получить окончательную форму гибкой не более чем в двух углах, каждый из которых не должен превышать 90°, или по дуге, не превышающей 180°. Полученную промежуточную форму рассматривают как готовую деталь и отыскивают аналогичным образом следующую промежуточную форму до тех пор, пока не будет получена прямая исходная заготовка.
При гибке деталей пространственных форм заготовку сгибают в каждой плоскости за самостоятельный переход.
При гибке деталей на ребро из полосы и особенно из несимметричных профилей, с целью предотвращения потери устойчивости и скручивания, применяют штамповку с закрытыми ручьями в горячем состоянии. Ввиду возникающих искажений поперечного сечения гибку на ребро следует по возможности избегать.
Длину исходной заготовки определяют разверткой изделия по нейтральной линии изгиба. Ее положение в процессе пластической деформации смещается от линии, соединяющей центры
тяжести площадей поперечных сечений заготовки, в сторону внутреннего радиуса гибки.
При защемлении концов заготовки в штампе в процессе гибки смещение нейтрального слоя резко увеличивается.
При холодной гибке полосы положение нейтральной линии изгиба учитывают отдельным коэффициентом, представляющим собой относительное расстояние нейтрального слоя от внутренней поверхности соответствующего согнутого участка.
Сипа гибки зависит от механических свойств материала, его толщины, угла гибки, площади поперечного сечения заготовки и коэффициента трения на контактной поверхности. Многочисленные формулы для определения силы гибки носят приближенный характер. Для распространенного случая гибки V-образных деталей по способу гибки-штамповки (см. рис. 11.1,а) может быть использована формула В.П. Романовского [4, 5].
11.2. Штамповка радиальным обжатием
Обжатием на ротационно- и радиально-обжимных машинах обрабатывают осесимметричные изделия с вытянутой осью, с нагревом исходной заготовки или в холодном состоянии и с широким диапазоном размеров. Так, на легких ротационнообжимных машинах обрабатывают швейные иглы диаметром 0,3 мм, а на тяжелых - стальные трубы диаметром до 320 мм и сплошные ступенчатые валы диаметром до 250 мм. Ротационнообжимные машины (рис. 11.2,а) подразделяют на три группы: шпиндельные машины, у которых бойки с ползунами расположены в пазах шпинделя и благодаря его вращению периодически производят обжатие; кольцевые, у которых обжатие изделия бойками производится благодаря воздействию на них роликов кольца (обоймы), вращающегося вокруг неподвижного шпинделя; барабанные, у которых рабочие функции бойков осуществляются благодаря одновременному вращению в разные стороны шпинделя и обоймы.
Шпиндельные и барабанные машины являются машинами с вращающимся, а кольцевые - с невращающимся инструментом.
Наибольшее распространение имеют ротационно-обжимные машины с вращающимся шпинделем с одной парой бойков. На машинах такого типа обычно обжимают только концевые участки прутков. Ход бойков у таких машин постоянный и крайнее закрытое положение инструмента является фиксированным. Форму и точность поковки обеспечивают формой и размерами ручья бойков в закрытом состоянии. Уменьшение поперечного сечения заготовки на таких машинах получают по направлению к концу прутка. Получить переменный профиль можно только на длине прутка, не превышающей длину бойков. Поковки с уменьшенными поперечными сечениями с обоих концов получают с поворотом заготовки, т.е. за раздельные операции. Различные способы обработки показаны в табл. 11.1.
Число оборотов шпинделя у шпиндельных машин с увеличением их размера уменьшается примерно от 1200...600 до 250... 150 мин1. Длина бойков соответственно колеблется от 25 до 300...375 мм. Количество роликов в сепараторе 10... 12.
Для обработки концевых участков прутков или заготовок на большой длине по переменному профилю применяют ротационно-обжимные машины с переменной степенью обжатия. Форму и точность поковки обеспечивают в этом случае периодическим изменением закрытой высоты между бойками и величины подачи заготовки, а способ обработки носит название профильного обжатия (табл. 11.1).
Радиально-обжимные машины изготавливают с силой 50...2500 кН (рис. 11.2,6). По сравнению с ротационнообжимными машинами они создают меньше шума при работе, имеют большую стойкость рабочих и приводящих узлов. Их используют при обжатии крупных заготовок. Привод инструмента осуществляют посредством жесткой кинематической связи между эксцентриковым валом, шатуном и бойком. По технологическим возможностям радиально-обжимные машины подобны ротационно-обжимным.
Способы обработки заготовки
Таблица 11.1
Обжимаемая часть заготовки
Эскиз поковки
Раздельное обжатие
Исходная заготовка
Профильное обжатие
Малый конус
Цилиндр (с поворотом)
Хвостовик (с поворотом)
Предварительное (а) и окончательное (б) обжатие
Цилиндр (с поворотом)
Хвостовик (с поворотом)
Пруток на несколько поковок
Пруток на одну поковку
а)	б)
Рис. 11.2. Схема действия ротационно-обжимных (а) и радиально-обжимных (б) машин: 1 - боек; 2 - заготовка; 3 - шпиндель; Е — регулируемый эксцентрик
Подающие устройства обеспечивают зажим, вращение и некоторое «пружинение» заготовки в направлении подачи. При незначительном обжатии малых изделий в мелкосерийном производстве машины оборудуют ручным управлением. В серийном производстве, а также при обработке изделий относительно больших размеров, когда осевые силы значительны, широкое применение находят механические, гидравлические и пневмогидравлические приводы подачи. В массовом производстве для загрузки и подачи применяют автоматические устройства бункерного и других типов.
Большим недостатком машин, осуществляющих обжатие с переменной степенью, является отсутствие в них кинематической связи механизма подачи с механизмом обжатия. В современных ротационно- и радиально-обжимных машинах наибольшее распространение получили гидравлические подачи, обеспечивающие обработку по полуавтоматическому и автоматическому циклам.
Горизонтальные машины оборудуют устройством для автоматической загрузки и разгрузки заготовок. На ротационно- и радиально-обжимных машинах можно изготовлять изделия не только круглого, но и граненого (квадратного и др.) сечения. Получение граненых изделий на ротационно-обжимных машинах с вращающимся инструментом может быть обеспечено путем вращения заготовки со скоростью, равной скорости вращения шпинделя. Одним из способов получения изделий с прямоугольным и более сложным поперечным сечением является применение четырехбойковых шпиндельных машин, у которых в неподвижной обойме расположены только четыре ролика и, таким образом, каждый боек совершает только четыре рабочих хода за один оборот шпинделя, - по одному с каждой из четырех сторон.
Классификация изделий, изготавливаемых обжатием, приведена в табл. 11.2. К классу I отнесены изделия, которые можно изготовить на машинах простого действия, осуществляющих постоянную степень обжатия. Детали этого класса имеют один перепад сечения. Детали с переменным сечением относят к данному классу только в том случае, если длина обрабатываемой части изделия не превышает длину рабочей части инструмента.
Таблица 11.2
Классификация типовых деталей, получаемых ротационным обжатием
Поскольку технологические возможности машин с переменной степенью обжатия шире, то П класс изделий представлен также широко. В этом случае длина изделий с переменным сечением может превышать длину рабочего участка инструмента. Изделия, отнесенные к классам I и II, могут иметь в сечении как круг, так и многогранник.
Разбивку изделий по группам проводят в зависимости от их формы. К первой группе отнесены изделия с односторонним обжатием, ко второй - изделия, у которых обжатие осуществлено в обе стороны к концам изделия. Третья группа представлена деталями, у которых обжатие выполнено от концов к середине по длине изделия. В четвертую группу входят изделия особо сложной конфигурации, у которых обжатие осуществлено как от концов к середине, так и по краям. Изделия пятой группы - сборные.
Из рассмотренной классификации следует, что обрабатываемые изделия являются в основном цилиндрическими или коническими.
Исключение составляют детали четвертой группы, изготовленные специальным фасонным инструментом.
Перепад сечений под прямым углом с небольшим радиусом перехода в изделиях сплошного сечения выполняется только на радиально-обжимных машинах. На ротационно-обжимных можно получить только такие ступенчатые изделия, в которых перепады сечений выполнены под углом, равным углу заходного конуса бойков.
Степень обжатия при работе на обжимных машинах определяют из отношения
Дзаг-ДПОк ,100%
где £)заг - диаметр заготовки до обжатия, мм; Z)n0K - диаметр поковки после обжатия, мм.
Поскольку инструмент обжимных машин является одноручьевым, обработку всегда желательно осуществлять за один переход, чтобы избежать смены инструмента.
Вытяжку следует назначать максимально допустимую и при конструировании заготовки учитывать возможность получения ее за один переход. При горячей обработке можно получить величину вытяжки 1,4... 1,7 при переходе с цилиндра на цилиндр и 1,5...2,0 при коническом переходе от исходного к коническому, если такую вытяжку допускает обрабатываемый металл.
Конструкция бойков с заходным конусом для вытяжки поковки класса I, группы 1,6 представлена на рис. 11.3.
Рис. 11.3. Бойки ротационно-ковочной машины
Угол заходной части ф назначают в пределах 7... 16°. Коническая заходная часть облегчает задачу проталкивания заготовки в бойки. Задний конус способствует деформированию заготовки в ручье. Длина заходной части /зах определяется принятым углом конусности и величиной вытяжки с добавлением некоторого участка длины для облегчения задачи заготовки в бойки:
, Дзаг-Дпок . 0,5-1,5
зах	ф	ф ’
•4 Ч
где £>заГ - диаметр заготовки, мм; £)пок - конечный диаметр поковки, мм.
Длина цилиндрической части определяется выражением /Ц = (0,8...1,2)Г>ПОК.
Профиль ручья бойков (при одной паре бойков) выполняют овальным путем расточки ручья с прокладкой толщиной (0,02...0,15)£>ПОК. Большие значения коэффициента соответствуют большим величинам вытяжки и более пластичным сплавам. Кромки ручьев закругляют радиусами 0,5...5,0 мм. Радиус закругления на переходе от конических участков ручья к цилиндрическим принимают г = 10... 15 мм.
Формы бойков для радиального обжатия на цилиндр показаны на рис. 11.3,а; на пологий конус, длина которого не превышает длины бойков, на рис. 11.3,6 (без заходной части) и на рис. 11.3,в с заходной частью для удобства подачи. Угол конусности в этом случае должен быть не больше углов трения материала бойков и заготовки.
При обработке полых заготовок без оправки следует учитывать, что толщина стенки в процессе обжатия увеличивается пропорционально уменьшению наружного диаметра. Полые детали изготовляют из трубных заготовок на оправках, но если внутренние размеры и толщина стенок детали не оговорены в чертеже, то их изготовляют без оправок. Для горячего обжатия применяют горячекатаный прокат. Заготовки под обжатие можно получить также штамповкой, сваркой или обработкой резанием в зависимости от формы деталей.
11.3. Высадка на электровысадочных машинах
Высадкой на электровысадочных машинах или электровысадкой называют операцию получения местных утолщений на поковках сплошного или трубчатого сечения путем совмещения операций электронагрева методом сопротивления и деформирования нагреваемой части заготовки. Схема процесса показана на рис. 11.4.
Рис. 11.4. Схема электровысадки:
а — начальный момент процесса; б — конец процесса;
1 - упорный электрод (контакт); 2 - радиальный электрод (контакт);
3 - заготовка; 4 - трансформатор; Р - сила высадки; Р\ - сила прижима радиального электрода (контакта)
Заготовку зажимают радиальным электродом 2 с определенной силой Рр Высаживаемая часть заготовки находится между радиальным электродом 2 и упорным электродом 1. Электроды 1 и 2 подключены ко вторичной обмотке понижающего трансформатора 4 переменного тока промышленной частоты. После нагрева части заготовки, находящейся между электродами 1 и 2, до температуры штамповки начинается деформация этого участка под действием силы Р, приложенной к торцу заготовки 3. В процессе электровысадки упорный электрод 1 перемещается в направлении высадки с определенной скоростью. При этом происходит проскальзывание холодной части заготовки в электроде 2 в зону нагрева и деформация ее между электродами, а длина высаживаемой части увеличивается.
Процесс электровысадки дает возможность непрерывно деформировать заготовку при соблюдении условия I < 3d, где I - первоначальная длина нагретой части заготовки, a d - начальный диаметр заготовки.
Процесс электровысадки можно проводить как со свободным набором металла, так и с набором металла в матрицу, причем в последнем случае точность полученных поковок значительно выше.
Электровысадкой можно получать только утолщения (наборы металла) на удлиненных поковках, поэтому номенклатура поковок невелика. Основные группы поковок и методы их получения представлены в табл. 11.3.
Электровысадку обычно проводят на специальных электро-высадочных машинах с силой до 630 кН и мощностью нагревательного трансформатора до 80 кВ • А.
Наибольший диаметр сплошной заготовки 75 мм, а полой трубной заготовки 150 мм. Максимальная производительность процесса электровысадки 750 кг/ч.
Электровысадочные машины могут быть горизонтального либо вертикального типа, гидравлические или пневматические. Приближенно силы деформирования Р и прижима Р^ для выбора модели машины можно определить по следующей формуле:
P = pS,
где р - удельная сила деформирования (р < 100 МПа для среднеуглеродистых сталей и р < 300 МПа для жаропрочных и высоколегированных сталей), МПа; 5 - площадь поперечного сечения высаженной части, мм2; Р\ < 0,25Р.
Классификация деталей, получаемых электровысадкой
360
Таблица 11.3
Номер группы деталей	Наименование групп деталей	Эскизы поковок		Размеры заготовки и высаживаемой части, мм	Методы деформирования	Схемы деформирования		
I	Детали стержневого типа с утолщениями на концах из углеродистых, конструкционных и жаропрочных сплавов	Z>|		Диаметр прутка d = 4-100 мм, диаметр высаживаемой части D < 2d', длина прутка L = 20-3000 мм	Деформирование на плоском торцовом контакте. Деформирование в фасонном торцовом контакте и в матрице		seres	
								
II	Детали стержневого типа с утолщениями на концах и в середине из углеродистых, конструкционных и жаропрочных сталей и сплавов			Диаметр прутка d= 4-100 мм, диаметр высаживаемой части D < 2d', длина прутка L = 20-3000 мм	Деформирование плоским и фасонным торцовым контактом и свободная высадка срединной части			
III	Детали трубчатой формы с утолщением на концах из углеродистых, легированных и коррозионно-стойких сталей	d\ biatmsastA ^апоов£		Диаметр трубы d= 10-100 мм, диаметр высаживаемой части D < 1,5d; длина трубы L = 50-2000 мм	Деформирование плоским и фасонным торцовым контактом			
IV	Детали стержневого типа с фасонными утолщениями на концах из конструкционных и легированных сталей			Диаметр заготовки d= 20-100 мм, размер высаживаемой части Н < 1,8d; длина прутка L = 100-2000 мм	Деформирование в разъемных матрицах с подвижными составными частями			
							•Л	
Широкое применение получают автоматические линии, состоящие из нескольких электровысадочных машин и кривошипных прессов, обслуживаемые одним оператором.
При крупносерийном производстве можно проводить процесс электровысадки на универсальном кузнечно-прессовом оборудовании в комплекте со специальными штампами с электронагревом.
Процесс электровысадки характеризуется простотой и низкой стоимостью технологической оснастки, хорошими санитарными условиями труда (отсутствие дыма, пыли, шума) и возможностью полной автоматизации процесса.
Электровысадкой получают заготовки клапанов и полуосей автомобилей, заготовки для штамповки, поковок турбинных лопаток и других деталей. Себестоимость этих заготовок и поковок по сравнению с поковками, полученными штамповкой на ГКМ, ниже на 15...20%, а экономия металла по сравнению с обработкой резанием достигает 50%.
11.4. Технология изготовления рессор и пружин
Рис. 11.5. Пластинчатая автомобильная рессора: 1- рессорные листы;
2 - скобы-хомуты
Рессоры являются высо-конагруженными деталями в автомобилях, тракторах, тепловозах, электровозах, вагонах и других машинах. Пред
назначены для смягчения
ударных нагрузок при сотрясениях машин и частичного гашения колебаний. Типичная автомобильная рессора показана на рис. 11.5. Она состоит из набора рессорных листов и скоб-хомутов. Конструктивное исполнение рессор различно. Элементы рес
сор показаны на рис. 11.6. Для фиксации листов рессор относительно друг друга в листах выполняют ребра по всей длине или
в отдельных местах либо поперечное сечение листа профилируют (рис. 11.6,а). В местах установки хомутов в листах пробивают отверстия. Концы рессорных листов имеют форму трапеции, полукруга или с прямыми углами (рис. 11.6,6).
На автомобильных заводах при массовом производстве рессор их изготавливают в специальных рессорных или рессорнопружинных цехах.
Рис. 11.6. Конструктивные элементы рессор: а — профили поперечного сечения; б — концы рессорных листов; в - ушки для подвески; г - скоба-хомут
Листы рессор получают из полосы специального профиля (см. рис. 11.6,а). Полосу режут на заготовки, обрезают концы по форме трапеции или другой форме и пробивают центральное отверстие в месте установки хомута. Листы толщиной до 10 мм пробивают в холодном состоянии, а при большей толщине - в горячем. Боковые отверстия пробивают в холодном или горячем состоянии. Далее выдавливают (формируют) выпуклости в горячем состоянии или профилируют в ковочных вальцах. После этого выполняют загибку ушков коренных листов в горячем состоянии на гибочной машине. Концы подкоренных листов штампуют или вальцуют в горячем состоянии.
Кроме этого, выполняется зенкерование отверстий под хомут и другая обработка резанием. Термообработка листов комбинируется с гибкой в нагретом состоянии и одновременной закалкой в масле на специализированной машине. После закалки производят отпуск и охлаждение. В конце процесса рессоры со
бирают и испытывают нагружением с некоторым превышением расчетного прогиба рессоры, контролируют размеры.
Пружины нашли широкое применение во многих отраслях промышленности, в том числе и в автомобилестроении. Например, их применяют в амортизаторах, в моторе, в подвеске вместо рессор. Только в одном легковом автомобиле «Жигули» более 100 различных пружин размерами от 2...5 мм и до десятков сантиметров, для изготовления которых требуется проволока диаметром 0,2... 12 мм. Пружины имеют различную форму: спиральные цилиндрические пружины сжатия и растяжения (рис. 11.8,а,б), тарельчатые пружины (рис. 11.8,в). Кроме того, используются прижимные шайбы.
Рис. 11.7. Пружины: а — сжатия; б — растяжения; в — тарельчатая
Рис. 11.8. Способы навивки пружин по схеме «растяжение + изгиб»
Цилиндрические спиральные (витые) пружины получают методами холодной и горячей навивки. Холодной навивкой делают пружины из проволоки диаметром до 12 мм, а горячей навивкой - из проволоки больших диаметров. Навивку пружин выполняют двумя способами: по схеме «растяжение + изгиб» (рис. 11.8), по схеме «сжатие + изгиб» (рис. 11.9).
Рис. 11.9. Способы навивки пружин по схеме «сжатие + изгиб»
Навивка на вращающуюся оправку (рис. 11.8,а) является наиболее простым способом, применяемым в единичном и мелкосерийном производстве при ручной навивке на приспособлениях или с помощью токарного станка. В серийном и массовом производстве по этой схеме работают специализированные автоматы. Навивку пружины на оправку делают одновременно с разводом витков, который производится либо смещением вращающейся оправки вдоль ее оси, либо смещением направляющей втулки, через которую подают проволоку. Если смещать оправку или втулку с шагом, равным диаметру проволоки, то получится навивка без развода витков, т.е. вплотную друг к другу.
При навивке по рис. 11.8,6 вместе с ней происходит скручивание проволоки в направлении к навитой части пружины, и в пружине возникает межвитковое давление (предварительная нагрузка).
Если навивку проводить по рис. 11.8,в, то достигают еще большее межвитковое давление. Здесь проволока проходит под углом 90° - а к оправке в пазу направляющей колодки 5, по винтовой линии предварительной навивки огибает уже навитую часть пружины 1 и прижимается роликом 2 к оправке 4 между навитой частью и упором 3.
Наибольшее распространение получили способы навивки по схеме «сжатие + изгиб». На рис. 11.9,а показана одношрифтовая (одноупорная) схема навивки. Проволока проходит через канавку направляющей планки 1, отклоняется под воздействием упорного штифта 2 и перегибается через неподвижную оправку 3, а далее изгибается в форме спирали.
Вдоль оси пружины с определенным шагом перемещают лапку 4, которая выполняет развод витков. Шаг витков можно получать также при помощи шагового клина 5, разводящего витки при радиальном его смещении. В конце навивки пружину отрезает наружный нож 6. Получается пружина сжатая. Навивка по рис. 11.9,6 называется двухштифтовой (двухупорной). Оправка здесь нужна только как внутренний нож, а два штифта уменьшают величину ф, так как при большом угле проволока начинает выпучиваться под штифт и не огибает оправку. Эта схема навивки имеет наибольшее распространение. На рис. 11.9,в показана навивка с подачей внутрь кольцевого упора. Такую схему можно применять для навивки пружин как из проволоки, так и из стальной ленты. При увеличении угла ф кольцевого упора проволока не будет касаться оправки и схема перейдет в закритическую. Закритическая схема может быть реализована механизмом по рис. 11.9,г. Проволока поступает через направляющую планку 1 в кольцевой паз рабочего инструмента 2 с планкой 3, имеющей скошенную рабочую поверхность. Рабочий инструмент можно перемещать под углом и линейно в вертикальном и перпендикулярном к плоскости чертежа направлениях. Формующий паз имеет скругленную торцовую стенку. Высота паза определяет диаметр навивки. Смещением рабочего инструмента регулируют шаг или межвитковое давление.
Технологический процесс холодной навивки пружин состоит из навивки, правки, заточки и шлифования концов, термообработки (закалки и отпуска), предварительного обжатия или растяжения, испытания и контроля размеров. Пружины иногда покрывают антикоррозийным покрытием.
Горячей навивкой получают пружины из проволоки диаметром более 12 мм. Прутки режут на заготовки на ножницах с учетом последующего удлинения концов. Затем нагревают и валь
цуют концы на заострение на участке длиной 0,7-0,8 от длины одного витка пружины. Далее заготовки нагревают и производят навивку, аналогичную вышеописанной. Затем следует правка, заточка и шлифование торцов, термообработка, испытания и контроль размеров.
Испытания пружин сжатия заключаются в сжатии их до соприкосновения витков, а пружин растяжения - в растяжении до деформаций на 5% больше расчетных.
Тарельчатые пружины (см. рис. 11.7,в) изготавливают из ленты вырубкой-пробивкой плоских кольцевых заготовок. При толщине более 8 мм применяют нагрев перед вырубкой-пробивкой. Затем проводят формовку заготовок в горячем состоянии в конической матрице, термообработку (закалку и отпуск), шлифование торцов, испытание (нагружение до полного выпрямления) и контроль размеров.
Тарельчатые пружины применяют, когда необходимо получить большие силы и малый ход. Для увеличения силы пружины их устанавливают одна в другую, а для увеличения хода их устанавливают с разворотом на 180° одна относительно другой.
Глава 12
ЭКСПЛУАТАЦИЯ И РЕМОНТ ШТАМПОВ
12.1.	Материал штампов и заготовки
Штампы и рабочие вставки для горячего деформирования выполняют из кованых стальных мерных прямоугольных заготовок и полосовой заготовки. Кроме кованых, иногда применяют литую сталь и даже чугун. Для рабочих вставок используют прокат.
Штамповая сталь должна обладать высокими механическими свойствами (прочность, пластичность, ударная вязкость, твердость) при температурах 300...600°С; высокой разгаростой-костью, препятствующей образованию трещин на гравюре (термомеханическая усталость); высокой теплопроводностью; хорошей обрабатываемостью и незначительным короблением при термической и химико-термической обработке. Требуемую марку стали подбирают в зависимости от конкретных условий работы штампа и его конструкции.
Размеры и масса стальных кованых заготовок прямоугольного сечения из инструментальных легированных сталей регламентированы ГОСТ 7831-78. Припуски и предельные отклонения размеров на заготовки, полученные ковкой на молотах, назначают по ГОСТ 7829-70, а на заготовки, полученные ковкой на прессах, по ГОСТ 7062-90.
Заготовки делают двух категорий: высшей В и первой П.
Ковку заготовок высшей категории качества производят с осадкой до 50% исходной высоты по трем осям заготовки.
Ковку заготовок первой категории качества выполняют с осадкой слитка или промежуточной заготовки на 50% исходной высоты.
Уковка должна быть не менее 3. Правку торцов выполняют всех заготовок с размером L < 1200 мм и L / Н< 3.
Заготовки не должны иметь флокенов, усадочной рыхлости, «скворечников», заковов, раскованных загрязнений, раскованных пузырей, трещин, видимых невооруженным глазом.
Приемку заготовок выполняют партиями. Партией считают заготовки одной марки стали, одного размера и одной категории качества, прошедшие термическую обработку по одному режиму и оформленные одним документом о качестве. От партии отбирают 10% заготовок для определения их твердости; для определения химсостава заготовок из плавки берут одну пробу от плавки - ковша. Качество поверхности, размеры и геометрическую форму проверяют у каждой заготовки.
Размеры и линейная плотность заготовок должны соответствовать указанным в ГОСТ 7831-78. Длина заготовок должна быть указана предприятием-потребителем.
Размеры и масса мерных заготовок, торцы которых правят (штамповые кубики), также указаны в ГОСТ 7831-78, согласно которому размеры Н и В изменяются от 140x300 до 600x1250 мм, L - 200...2800 мм, а масса 66... 16486 кг. По согласованию с потребителем могут выпускаться заготовки с размерами более 600x1250x2800.
Для молотовых цельных штампов (без вставок) применяют стали 5ХНМ, 5ХГМ, 5ХНВ и 5ХНВС.
Твердость рабочей части штампов НВ 277...461 и тем выше, чем меньше масса падающих частей молота.
Подкладные штампы изготовляют из сталей марок 40Х, 65Г, У7, У8. Для изготовления тяжелонагруженных пуансонов подкладных штампов применяют стали марок 5ХНМ, 5ХНВ и 5ХГМ.
Для штампов высокоскоростных молотов применяют стали марок 4ХЗВМФ, 4Х5МФС, 4Х5МФ1С, 4Х5В2ФС и 4Х4МВФС и др. Твердость пуансонов и матриц HRC 48...51.
Для ковочных вставок штампов КГШП берут стали 5ХНВ, 5ХГСВФ и 5ХГМ. Твердость НВ 303...495.
Для штампов гидравлических прессов можно выбирать те же материалы, что и для КГШП.
Для штампов ГКМ для вставок зажимных, пережимных и формовочных применяют стали 7X3, 8X3, 5ХГ С, 5ХНВ и 5ХНМ, а для пуансонов - стали 8X3, 5ХНВ, 5ХНМ и 4Х8В2 (для прошивных пуансонов).
При штамповке труднодеформируемых сталей и сплавов для вставок и пуансонов можно применять стали марок 4Х5В2ФС, 4ХЗВМФ, 4Х4МВФС и ЗХЗМЗФ, которые обладают повышенной разгаростойкостью.
Стали 5ХНМ и 5ХНВ применяют для штампов винтовых прессов.
При штамповке труднодеформируемых сталей и сплавов для вставок и матриц применяют стали марок 4Х5В2ФС и ЗХ2ВЗФ с твердостью НВ 415...477.
Для штампов обрезных применяют стали 8X3 (горячая обрезка) и 8ХФ, 9ХФ (холодная обрезка).
Для штампов горячештамповочных автоматов применяют сталь ЗХЗМЗФ и др.
Для штампов (вставок) холодной плоскостной калибровки используют стали У10А и Х12М, а для объемной калибровки -Х12М и Х12Ф1. В случае горячей калибровки выбирают стали 4Х8В2 и ЗХ2В8Ф.
Для штампов ковочных вальцов (формовочных, штамповочных, отделочных) применяют стали 5ХНМ, 5ХНВ и 5ХГС.
Вставки матриц, пуансоны и вставки пуансонов штампов горизонтально-гибочных машин делают из сталей 7X3, 8X3 и 5ХГС.
12.2.	Эксплуатация штампов
Нагрев штампов выполняют с целью обеспечения оптимальных условий деформирования поковок и повышения стойкости штампов.
Штампы паровоздушных штамповочных молотов и кривошипных горячештамповочных прессов подогревают до 200...400°С, штампы гидравлических прессов до 300...400°С, штампы горизонтально-ковочных машин и ковочных вальцов до 150...200°С. Штампы из сталей ЗХ2В8Ф, 4Х2В5ФМ, 4Х5В2ФС и других относительно менее пластичных сталей можно подогревать до температуры 500°С и выше. Вставки молотовых штампов и штампов КГШП нагревают в течение 1...1,5ч. Крупные молотовые штампы и штампы гидравлических прессов (массой
до 15 т) нагревают 6...8 ч. Штампы, завезенные в цех с улицы в холодное время, выдерживают в цехе 4...5 ч на стеллажах и после этого подогревают перед штамповкой. Подогрев осуществляют газовыми, электрическими (индукционными или электросопротивления) переносными или стационарными установками, а также в печах.
Наилучшим подогревом является индукционный. Переносной индуктор устанавливают между частями нагреваемого штампа. Нагрев длится около 0,5 ч.
Подогревать штампы с помощью нагретых заготовок, уложенных между штампами, не рекомендуется ввиду неравномерного прогрева.
Неработающие штампы охлаждают медленно. Например, штамповый кубик массой 180 кг охлаждают с 300° до 100°С за 4,5 ч.
Если перерыв в работе штампов составляет более 1 ч, то необходимо их дополнительно подогревать.
Для контроля нагрева используют переносную термопару.
Охлаждение штампов выполняют с целью уменьшения разогрева поверхности гравюры штампов во время работы. Охлаждение бывает наружное и внутреннее. Наружное охлаждение обеспечивают путем подачи воды, водовоздушной смеси или струи сжатого воздуха или пара на гравюру штампа. Интенсивное охлаждение создают смазки на водяной основе. Внутреннее водяное охлаждение делают через каналы и полости в штампах.
Более предпочтительным является внутреннее охлаждение, используемое в штампах, которые сильно нагреваются при штамповке (матрицы для выдавливания штампов КГШП). Стойкость таких штампов в два раза выше, чем для аналогичных штампов с наружным охлаждением.
Смазывание штампов применяют для уменьшения трения и теплопередачи при деформировании и улучшения извлечения поковки из штампа после штамповки, что способствует повышению стойкости штампов. Кроме этого, смазывание часто одновременно служит для охлаждения штампа.
Смазывающие материалы должны обладать низкими токсичностью и газообразованием, простотой приготовления и использования и невысокой стоимостью.
Для различных условий штамповки применяют различные смазочные материалы.
Широко используется водный раствор (1 часть на 10...15 частей воды) водного графитного препарата АГ-1 и подобные смазочные материалы. Применяют насыщенный соляной раствор, а также мазут с графитом.
Для удаления окалины используют обычно сжатый воздух давлением не ниже 0,4 МПа, подаваемый из сопла обдувки окалины.
Износ штампов возникает ввиду воздействия ряда разнородных процессов, происходящих на поверхности гравюры и внутри материала штампов.
Основными видами износа являются истирание, смятие и разгар. Они и определяют в основном стойкость штампов.
Истирание - это отрыв частичек металла штампа. Наиболее сильное действие истирания происходит в полостях, заполняемых при штамповке выдавливанием, особенно в местах входа в полости и в местах перепада сечений. Истиранию подвергается мостик облойной канавки, что часто является причиной выхода штампа из строя. Истирание ускоряется при появлении разгара. При достаточной твердости и чистоте поверхности гравюры износ штампа незначителен.
Смятие - это деформация отдельных участков штампа, где имеют место высокие давления и местный сильный разогрев металла штампа. При этом искажается форма гравюры, в полостях и на выступах ее образуются поднутрения. Деформация молотовых штампов может происходить по плоскости соударения, при перегреве штампов. Во избежание этого необходимо тщательно регулировать тепловой режим штампа (темп штамповки, смазывающий материал, охлаждение).
Разгар - это образование сетки термических трещин на поверхности гравюры. Это наиболее частый вид износа. Для повышения разгаростойкости необходимо тщательно регулировать режим работы штампа или применять более разгароустойчивые штамповые стали.
В нормальных условиях эксплуатации в штампах имеют место три стадии изнашивания: приработки (быстрое изнашивание ручья); установившегося изнашивания (медленное изнашивание); прогрессирующего изнашивания (штамп быстро выходит из строя).
12.3.	Стойкость штампов
Стойкость штампов измеряют количеством изготовленных на них поковок. Различают стойкость штампов до первого возобновления и общую стойкость до полного износа, которую определяют возможным количеством возобновлений. Как новые, так и возобновленные штампы подвергают термической или химико-термической обработке, поэтому их стойкость примерно одинакова.
Штампы в процессе работы подвергают периодическому тепловому и силовому воздействию и их стойкость зависит от конструктивного оформления, используемых материалов, технологии изготовления, технологии штамповки, условий эксплуатации.
Стойкость штампов определяет их расход и, следовательно, затраты на их изготовление и ремонт в значительной степени отражаются на себестоимости поковок. Так, для поковок массой до 25 кг доля затрат на инструмент в себестоимости поковок составляет 6...25%.
В мелкосерийном производстве в высокой стойкости нет необходимости, поэтому критерием выбора материалов штампа является не обеспечение высокой стойкости, а минимум затрат на изготовление. При крупносерийном и массовом производстве стремятся получить максимальную стойкость.
Стойкость молотовых штампов составляет 1,5...16 тыс., отштампованных поковок, рабочих вставок КГШП - 10...40 тыс.
Стойкость штампов для горячей обрезки поковок составляет в среднем 32...80 тыс., для холодной обрезки -20...100 тыс.
Основными способами повышения стойкости штампов являются:
-	применение штамповых сталей, оптимальных для данных условий деформации тепло- и износостойкости;
-	применение прогрессивных методов изготовления штампов и химико-термической обработки;
-	применение оптимальной конструкции штампа с точки зрения стойкости, применение сменных вставок для наиболее изнашиваемых частей ручья;
-	оптимальные режимы эксплуатации, обеспечивающие необходимую температуру штампа;
-	установление тщательного учета стойкости штампов с обязательным выяснением причин поломок, малой и высокой стойкости штампов.
12.4.	Ремонт и возобновление штампов
Текущий ремонт штампов выполняют либо на рабочих местах, либо в мастерской.
Мелкие дефекты устраняют без демонтажа штампов. Мелкие трещины зачеканивают пневматическим тупым зубилом или бородком.
Наплывы и риски, наварившийся металл поковок устраняют зачисткой ручными шлифовальными пневматическими или электрическими машинками с гибким валом.
Изношенные или сломанные быстросменные детали штампов заменяют новыми. При этом штампы обычно демонтируют.
Капитальный ремонт штампов необходим тогда, когда штамп полностью изношен или сломан и подлежит возобновлению. Со стороны зеркала молотового штампа снимают слой металла определенной толщины (иногда на всю глубину полости ручья), это должно обеспечить удаление с боковых поверхностей полости дефектного металла и дает возможность вновь разметить фигуру ручья. Затем фрезеруют ручей, как у нового штампа. Существуют и другие способы восстановления штампов.
Ремонт вставок прессовых и молотовых штампов выполняют обработкой резанием, снимают дефектный слой металла. Крепление вставок позволяет компенсировать подкладками снятый слой металла.
Для ремонта вставок матриц ГКМ применяют наплавку, а затем обработку резанием.
12.5.	Организация штампового хозяйства
Основная задача организации штампового хозяйства в кузнечно-прессовом производстве - свести до минимума простои молотов и прессов по причине переналадки и ремонта штампов. Это достигают подготовкой штампов, контролем за эксплуатацией, системой планово-предупредительного ремонта штампов.
Штампы хранят на складе, на полу, в цехе, относительно небольшие по размерам и массе сменные вставки - на стеллажах.
Количество комплектов штампов (вставок) определяют серийностью производства и стойкостью инструмента. При мелкосерийном производстве целесообразно иметь один-два комплекта штампов. В условиях крупносерийного и массового производства необходимо иметь не менее двух-трех комплектов по каждому типоразмеру поковок для обеспечения возможности быстрой замены выбывших из строя штампов, организации их планового ремонта. Детали штампов, обладающие низкой стойкостью, выполняют быстросменными. На складе штампов должен быть создан их постоянно возобновляемый запас, определяемый статистическими данными по стойкости и программой выпуска поковок.
Штампы заменяют обычно в третью смену, когда штамповку поковок не выполняют. Необходимо ежедневно инженерно-техническим работникам цеха (мастеру участка, технологу, мастеру ОТК) в конце смены (рабочего дня) проводить осмотр рабочих частей штампов, проверять качество последних отштампованных поковок и давать заключение о целесообразности дальнейшей эксплуатации штампов или необходимости их ремонта. В условиях крупносерийного и массового производства целесообразно в конце рабочего дня снять все вставки, отработавшие плановый ресурс между ремонтами, установить их на стеллажах в раскрытом состоянии вместе с последними полученными на них поковками. Инженерно-техническим работникам цеха и представителю конструкторского бюро штампов следует определить состояние инструмента и целесообразность его дальнейшей эксплуатации.
Данные по расходу штампов, их стойкости, дефектам в штампах, выявленных при эксплуатации с указанием причин их возникновения, фиксируют в журнале после каждой смены. Это позволяет определить общий уровень конструкции, качества изготовления и эксплуатации штампов, определить меры по повышению уровня ведения штампового хозяйства.
Штамповые заготовки должны иметь паспорт, в котором указывают марку стали, нормы стойкости и фактически стой
кость, режим термообработки и твердость, состояние штампа после работы, дату приема в ремонт и другие сведения о штампе и его работе.
При выдаче штампа на производственный участок заполняют сопроводительный талон, в котором указывают тип штампа, номер поковки, название штамповочного оборудования, дату выдачи, дату возврата, количество снятых поковок и заключение о состоянии штампа, необходимом ремонте и возобновлении штампа. Сопроводительный талон сдают в мастерскую вместе с изношенным штампом. По данным сопроводительного талона заполняют паспорт штампа.
Глава 13
МЕТОДЫ ТЕХНИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ ПОКОВОК
13.1.	Общие положения
Качество поковок определяет точность их геометрической формы и размеров, механические свойства, структура и отсутствие поверхностных и внутренних дефектов. Получение высококачественных поковок зависит от правильной разработки чертежа поковки при проектировании и выполнения технологического процесса ковки или штамповки, а также от организации работы технического контроля. В задачу технического контроля входит не только выявление, но и предупреждение брака.
Наряду с производственными операциями, в технологические карты вносят операции контроля, которые должны разрабатывать технологи, проектирующие технологический процесс.
При разработке чертежа поковки необходимо обеспечить ее технологичность, т.е. такое сочетание основных элементов конструкции поковки, которое наиболее просто обеспечивает ее бездефектное и экономичное изготовление в производстве и высокие качества в последующей эксплуатации деталей. Например, при слишком тонких ребрах и полотнах в поковке, а также недостаточных радиусах закругления при штамповке могут возникнуть складки и зажимы на стыках ребер, прострелы (расслоения) и поднутрения у их основания, незаполнение ребер и недоштамповка полотна. В отдельных случаях с целью упрощения поковки и облегчения ее изготовления целесообразно пересмотреть чертеж готовой детали.
Правильной разработкой технологического процесса должны быть обеспечены наилучшие режимы обработки с учетом свойств деформируемых материалов, чтобы избежать нарушений сплошности или получения неоднородной структуры, ухудшающей механические свойства поковок. В сложных случаях штамповки необходимо предусмотреть подготовку заготовок на ковочных вальцах или применение в качестве заготовки перио
дического проката с соответствующим распределением металла для устранения возможности появления складок, зажимов и утяжин. Необходимо выполнять требования к толщине облоя и линии разъема, а также учитывать технологию обработки и конструирования штампов. При разработке процессов автоматической штамповки необходимо предусмотреть выполнение дополнительных требований к промежуточной форме и размерам поковок после предварительной штамповки, чтобы обеспечить их надежный захват автоматическими устройствами для передачи в следующий ручей штампа.
В производственных условиях причинами брака могут быть дефекты исходного материала, дефекты при резке и нагреве заготовок и ввиду отклонений от установленного технологического процесса. Таким образом, даже отлаженный технологический процесс требует непрерывного наблюдения и контроля во всех его звеньях. В крупносерийном производстве целесообразно применять контроль штампованных поковок и режимов их обработки, позволяющий поддерживать высокий уровень качества и однородности изделий без 100%-ной проверки многих размеров, применяя лишь выборочную проверку или же пользуясь только статистическими наблюдениями.
13.2.	Виды брака и контроль качества кованых поковок
Причиной брака кованых поковок могут быть наружные и внутренние дефекты стального слитка. Такие дефекты, как трещины и другие поверхностные дефекты, пузыри, усадочная раковина и рыхлость при ковке, не устраняются и переходят в поковки.
Нагрев в окислительной атмосфере с избытком воздуха может привести к образованию чрезмерно большого количества окалины (на крупных слитках слой окалины достигает толщины 12... 15 мм), которая при ковке вдавливается в металл и образует глубокие вмятины на поковках.
В случае недогрева заготовок на последних переходах ковки могут возникнуть трещины из-за недостаточной пластичности металла.
Перегрев заготовок или чрезмерная продолжительность их выдержки в печи при ковочной температуре, как и окончание ковки при высоких температурах, приводят к крупнозернистости и снижению механических свойств материала поковок. Крупно-зернистость можно исправить последующей термообработкой.
Нагрев до более высоких температур (для стали 1350°С) приводит к неисправимому браку - пережогу.
В результате выгорания углерода при неправильном нагреве высокоуглеродистой стали на поковке может образоваться обезуглероженная поверхность с глубиной, превышающей припуск на обработку, что приведет к пониженной твердости поверхности изделия после термообработки.
При ковке возможно образование зажимов (складок) из-за неудаленных заусенцев, оставшихся после рубки прибыльной и донной частей слитка или после рубки заготовок на части. Зажимы могут образовываться также при неправильных приемах протяжки и разгонки. В результате интенсивной протяжки заготовки круглого сечения, недостаточного прогрева заготовки или при малой массе падающих частей молота на концах поковки возникают вогнутые торцы, увеличивающие концевые припуски. При несоблюдении температурного режима ковки или недоброкачественном исходном материале появляются наружные трещины. Внутренние разрывы (свищи, расслоения) чаще всего возникают вследствие неправильного ведения ковки. В результате окончания ковки при низкой температуре в поверхностных слоях поковки образуется наклеп, приводящий к повышенному короблению и к трещинам при последующей обработке резанием.
При ковке длинных поковок могут возникнуть большие искривления, смещение осевой зоны слитка, вмятины и могут быть не выдержаны размеры и показатели механических свойств. При недостаточной проковке слитков в поковке может остаться крупная кристаллическая литая структура, обусловливающая пониженные механические свойства.
Для измерения размеров поковки в процессе ковки по переходам и контроля готовых поковок применяют универсальные и специальные измерительные инструменты. Из универсальных инструментов используют линейки, рулетки, кронциркули, нутромеры и другие инструменты. Для контроля поковок, изготав
ливаемых повторяющимися партиями, применяют шаблоны и скобы. Шаблоны бывают прутковые - для измерения общей длины поковок или заготовок, профильные - для контроля размеров между уступами и расположения уступов в осевом направлении и контурные - для проверки габаритов и внешнего контура поковок сложной формы. Для замеров толщины горячих поковок в процессе ковки пользуются предельными скобами, укрепляемыми на специальных державках, и регулируемыми скобами.
Для контроля механических свойств кованых поковок на них предусматривают напуски для вырезки образцов, на которых определяют предел прочности, предел текучести, относительное удлинение или сужение, ударную вязкость и твердость.
Приемку поковок после ковки перед термообработкой выполняют по наружному осмотру и размерам силами отдела технического контроля (ОТК) завода-изготовителя.
Поковки поступают на контроль партиями или поштучно без обработки резанием или после предварительной обработки резанием. Поковки в случае необходимости подвергают правке. При наличии наружных дефектов небольшой глубины их вырубают.
Технические условия на поковки общего назначения диаметром (толщиной) до 800 мм из конструкционной углеродистой низколегированной и легированной стали, изготавливаемые ковкой, регламентированы ГОСТ 8479-70*. По ГОСТ 8479-70* поковки разделены на пять групп: группа I - поковки без испытаний; группы II и Ш - поковки с испытаниями на твердость, причем для группы II предварительную термообработку выполняют совместно для всех поковок партии, а для группы Ш - термообработку делают по одинаковому режиму; группа IV - поковки с испытаниями на растяжение, ударную вязкость и твердость для поковок одной плавки стали и при совместной термообработке; группа V - принимают индивидуально каждую поковку.
Сдаточными характеристиками для поковок групп IV и V являются предел текучести и относительное сужение.
Отнесение поковки к той или иной группе определяет потребитель, номер группы указывается на чертеже детали.
По требованию потребителя в чертеже поковки или в заказе могут быть назначены дополнительные испытания при сдаче поковок (проверка на флокены, проба по Бауману, ультразвуковой
и рентгеноскопический контроль, величина остаточных напряжений, предел текучести при рабочих температурах, ударная вязкость при рабочих и отрицательных температурах, макро- и микроанализ структуры, проба на загиб, величина зерна).
По химическому составу поковки из углеродистой, низколегированной и легированной стали должны соответствовать требованиям ГОСТ 380-88, ГОСТ 1050-88*, ГОСТ 19281-89, ГОСТ 4543-71* и другим стандартам или техническим условиям. Допуски и технологические напуски должны соответствовать ГОСТ 7829-70 при ковке на молотах и ГОСТ 7062-90* при ковке на прессах.
Поковки, поставляемые после окончательной термообработки, разделяют на категории прочности. Нормы твердости для поковок групп П и П1 и категории прочности для поковок групп IV и V устанавливают по соглашению изготовителя с потребителем.
Категории прочности, соответствующие им нормы механических свойств, определяемые при испытаниях на продольных образцах, и нормы твердости приведены в ГОСТ 8479-70*. Этот ГОСТ предусматривает также рекомендуемые марки стали в зависимости от диаметра (толщины) поковок и требуемой категории прочности. При определении механических свойств на поперечных, тангенциальных или радиальных образцах ГОСТ 8479-70* регламентирует допускаемое снижение норм в процентах.
На обрабатываемых поверхностях допускают наличие отдельных дефектов без их удаления, если глубина их, определяемая контрольной вырубкой или зачисткой, не превышает 75% фактического одностороннего припуска. Если глубина дефектов превышает односторонний припуск, то для поковок из углеродистой и низколегированной сталей разрешена заварка дефектов с предварительной вырубкой.
Место маркировки указано на чертеже поковки. Каждую партию поковок или отдельную поковку сопровождают документом о качестве, в котором указывают наименование или товарный знак предприятия-изготовителя; номер заказа; количество поковок в партии и их массу, номер чертежа; марку стали и обозначение стандарта или технических условий; химический состав; номер плавки; группу поковки; категорию прочности групп IV и V или нормы твердости для групп II и III и обозначе
ние ГОСТ 8479-70*; вид термической обработки; результаты дополнительных испытаний, предусмотренных чертежом поковки или условиями заказа.
13.3.	Виды брака и контроль качества штампованных поковок
Причиной брака штампованных поковок может быть несоответствие химического состава или профиля исходного материала и другие дефекты материала, например, риски, волосовины, закаты, плены и расслоения.
При резке заготовок возможен их брак по длине при неправильной установке или неполной подаче прутка до упора, а также по косому срезу, сколу, заусенцам и смятию вследствие неправильной величины зазора между ножами или их затупления. При резке крупных профилей могут появляться торцовые трещины. Их появление может быть предотвращено подогревом проката перед резкой до 300°С.
Брак при нагреве заготовок перед штамповкой такой же, как и при нагреве перед ковкой. Для стальных штампованных поковок возможен перегрев (их штампуют при 1250...1100°С) и, как правило, все поковки подвергают нормализации для исправления перегрева. При быстром нагреве высоколегированных сталей и цветных сплавов могут появиться трещины.
На штампованных поковках бывают вмятины от окалины глубиной до 3 мм и забоины от механических повреждений при удалении из штампа и транспортировании горячих поковок. В результате удара по поковке, не уложенной в нижнюю фигуру штампа или смещенной с нее, возникает лом - бой. При недостаточном нагреве, количестве ударов или массе падающих частей молота получается незаполнение чистового ручья у выступов, углов и ребер или недоштамповка - увеличение всех размеров поковки по высоте, в направлении рабочего хода.
Неисправности направляющих в машине и штампе вызывают перекос - смещение одной половины поковки относительно другой по плоскости разъема.
Зажимы образуются при резких ударах при протяжке или подкатке заготовок (рис. 13.1,а), при несоответствии чернового ручья чистовому (рис. 13.1,6), а также при эксцентричной укладке заготовок в штамповочные ручьи.
На поковке может быть несрезанный остаток облоя, повышенная кривизна и отклонения от допусков на размер.
При штамповке на КГШП может быть незаполнение фигуры, коробление поковок при выталкивании, увеличенный размер из-за повышенного износа штампа в месте наиболее интенсивного течения металла и зажимы типа «прострел» от истечения металла из перемычки или пленки в тело поковки (рис. 13.1,в).
Из-за неправильной конструкции штампа при штамповке выдавливанием может возникать «утяжка» (рис. 13.1,г), прострел (рис. 13.1, д), наружные и внутренние сколы (рис. 13.1,е,ж).
Рис. 13.1. Виды брака штампованных поковок
Контроль штампованных поковок производится на всех этапах их изготовления, начиная с контроля исходных заготовок.
Химический состав металла проверяют в цеховой лаборатории химическим анализом, спектральным анализом с помощью стило-скопов, стиломеров или спектроскопов, сравнительным анализом по искре, возникающей при соприкосновении металла с переносным абразивным кругом, и термоэлектрическим анализом.
Проверяют размеры профиля и визуально контролируют поверхностные дефекты.
При нагреве контролируют выдержки температуры. При индукционном нагреве контролируют потребляемую индуктором мощность. Для контроля температуры нагрева заготовок применяют оптические пирометры и термопары.
Для контроля размеров отштампованных поковок применяют универсальные (штангенциркули, штангенвысотомеры, штангенглубиномеры, индикаторные кронциркули, радиусомеры, щупы и др.) и специальные измерительные инструменты. Для всесторонних измерений первых и последних поковок, снимаемых со штампа, проводят их разметку на контрольной плите с применением поверочных призм, струбцинок и штангенрейсмуса.
Для повышения производительности контроля служит специальный инструмент - скобы, шаблоны и контрольные приспособления.
Контрольные приспособления состоят из базирующего, зажимного и измерительного устройств. Их разделяют на наладочные, показывающие фактические размеры поковок, и приемные, фиксирующие попадание размеров поковки в допуск или выход из допуска. Пропускная способность приемных контрольных приспособлений составляет 300...500 измерений в час.
После термической обработки поковки подвергают контролю твердости по Бринеллю. Из проверенных по твердости поковок отбирают пробы (2...5 поковок из партии) для металлографического анализа и механических испытаний для наиболее ответственных изделий.
Внешние дефекты на поковках выявляют визуальным осмотром. Для определения внешних дефектов на ответственных поковках применяют магнитный и люминесцентный методы
контроля. Последний заключается в том, что поковки погружают в смесь автола с керосином, которая проникает в трещины. Затем поковки окунают в бензин на 5... 10 сек и промывают в горячей воде. При этом смесь автола с керосином смывается с поверхности поковки, но остается в глубоких трещинах. Промытые и высушенные поковки опыляют очень тонким порошком окиси магния (магнезия) и затем в затемненной кабине освещают ультрафиолетовыми лучами (ртутной кварцевой лампой). При освещении автол с керосином в трещинах излучает ярко-белый свет, а вся поковка - темно-фиолетовый свет.
Этот метод позволяет обнаружить глубокие, но тонкие трещины шириной даже менее 0,005 мм.
Хорошие результаты дает применение метода вихревых токов. Он позволяет контролировать трещины, а также химический состав, твердость, структурное состояние, внутренние напряжения в поковках и размеры их сечения (наружные и внутренние диаметры).
Внутренние дефекты в поковках определяют ультразвуковым методом контроля и просвечиванием лучами рентгена.
Ультразвуковой метод основан на отражении ультразвуковых колебаний от поверхностей внутренних дефектов металла.
Рентгенодефектоскопия заключается в том, что при прохождении рентгеновских лучей через плотный металл последние теряют мощность и имеют меньшую интенсивность, чем лучи, прошедшие через различные внутренние дефекты.
Научным методом анализа для контроля качества поковок и регулирования технологических процессов является статистический метод, основанный на теории вероятности и математической статистике. По этому методу из большой массы продукции можно отобрать для измерений и испытаний небольшое количество единиц и по результатам их контроля оценить качество всей массы продукции.
Глава 14
АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
14.1. Общие положения
Развитие кузнечно-штамповочного производства, его значение в экономии металла и энергии в машиностроении и других отраслях промышленности требует совершенствования технологических процессов, ускорения проектирования технологии инструмента. Труд технолога и конструктора по инструменту по своей производительности и качеству перестает удовлетворять потребности промышленности. Поэтому уже много лет ученые и инженеры-технологи всего мира занимаются вопросами автоматизации проектирования технологических процессов и оснастки (инструмента), а также вопросами автоматизации проектирования технологических процессов изготовления оснастки. С самого начала эта работа стала возможна благодаря появлению и расширенному применению ЭВМ во всех сферах производства.
14.2. Системы автоматизированного проектирования технологической подготовки горячештамповочного производства
Автоматизация проектирования технологических процессов и оснастки горячей объемной штамповки, имеющей более важное значение для машиностроения и автомобильной промышленности, в частности, сокращает сроки и себестоимость проектирования, высвобождает инженеров-технологов от ручного труда при выполнении типовых проектных расчетов и графических работ. В результате разработок были созданы системы автоматизированного проектирования (САПР) в технологической подготовке горячештамповочного производства, основанные на применении математических методов и средств вычислительной техники. САПР технологической подготовки горячештамповочного производства (ТП ГШП) дают возможность проектировать
технологические процессы, решать вопросы расчетов заготовок и раскроя, конструировать поковки и штампы на ЭВМ, проектировать технологические процессы их изготовления на станках с числовым программным управлением (ЧПУ).
В качестве ЭВМ используют графические станции, персональные компьютеры и автоматизированные рабочие места. Эти ЭВМ составляют техническую базу САПР ТП ГШП.
Математические и эвристические модели процессов технологического проектирования и конструирования, методы принятия рациональных и оптимальных проектных решений, способы кодирования и математического описания объектов проектирования составляют методическую базу САПР. Проектирование строится на базе максимальной стандартизации, унификации и типизации проектных решений.
САПР ТП ГШП могут основываться на полной автоматизации или на диалоговом режиме [4, 6]. При полной автоматизации участие человека ограничивается подготовкой исходных данных. Полная автоматизация применяется при решении хорошо формализуемых, как правило, расчетных задач. Диалоговый режим проходит с участием человека и предполагает наличие средств диалогового проектирования графических дисплеев и программного обеспечения связи между человеком и ЭВМ. В диалоговом режиме человек имеет возможность оперативно оценивать промежуточные результаты проектирования и активно, творчески влиять на его дальнейший ход. Диалоговый режим применяют для решения логически сложных задач, процесс решения которых заранее нельзя описать в виде алгоритма.
САПР ТП ГШП заключается в преобразовании на ЭВМ по заранее разработанной программе сведений о штампуемой детали, условиях ее производства, команд проектировщика в информацию о заготовке, последовательности и параметрах технологических операций, применяемом оборудовании, штампах и другой оснастки.
Автоматизированное проектирование выполняют с помощью САПР - организационно-технической системы, состоящей из средств методического, программного, информационного, технического и организационного обеспечения.
Методическое обеспечение САПР заключается в совокупности документов, содержащих описание методов, способов, математических моделей, алгоритмов, языков описания объектов, стандартов, на основе которых выполняется проектирование.
В программное обеспечение входят общесистемные и прикладные программы, предназначенные для реализации проектных задач, решаемых с помощью системы.
Общесистемные программы управляют вычислительным процессом, транслируют алгоритмические языки и обеспечивают диалог человека и ЭВМ.
Прикладные программы служат для получения конкретных проектных решений. Основу прикладных программ составляют базовые проблемно-ориентированные программы, обеспечивающие решение типовых задач, необходимых для проектирования. Это геометрические задачи, задачи моделирования технологических процессов и поиска данных в таблицах, печати текстовых документов, формирования программ управления чертежными устройствами и станками с ЧПУ.
Информационное обеспечение включает библиотеки стандартных проектных процедур, типовых проектных решений, конструктивных элементов, комплектующих изделий и материалов, образующие в совокупности базу данных.
Между базой данных и программным комплексом взаимодействие происходит с помощью монитора САПР, т.е. программы, управляющей процессом проектирования.
Техническое обеспечение САПР включает средства вычислительной и организационной техники, устройства ввода, передачи и отображения данных. Компонентами организационного обеспечения являются руководящие материалы, инструкции, положения и другие документы, определяющие правила функционирования САПР.
Средства информационного и технического обеспечения разрабатывают на первом этапе проектирования. Для САПР ТП ГШП в информационные массивы должны входить: таблицы припусков и допусков на поковки, штамповочных уклонов, радиусов закруглений, сортамента материалов с механическими характеристиками, параметров технологических процессов от
резки, нагрева, штамповки, обрезки (пробивки), правки, термообработки; классификаторы технологических операций штамповки с указанием инструмента и приспособлений, штампов, их основных элементов, штамповых кубиков, основного и вспомогательного оборудования; таблицы нормативов времени на выполнение операций, разрядов и тарифных ставок рабочих, норм расхода материалов и стоимости материалов.
Стандартные программы для разработки конструкторской документации включают подпрограммы для вычисления площади поперечного сечения, объема и массы тел вращения, направляющих косинусов отрезков с координатами вершин, координат точек пересечения прямых, координат точек касания окружностей и координат их центров и др.
Оперативную информацию о деталях составляют: номер детали, материал и ГОСТ, признак группы деталей, группа точности поковки, степень сложности, размер партии и геометрическая информация. В кодировочную таблицу заносят последовательно координаты всех вершин контура осевого сечения детали, радиусы скруглений, шероховатость, координаты баз обработки резанием.
Последовательность разработки конструкторско-технологической документации: чертеж поковки с техническими условиями; габаритные чертежи штампов; рабочие чертежи сменных деталей штампов; рабочие чертежи шаблонов для контроля поковки и ручьев штампов; карта технологического процесса штамповки.
В настоящее время наиболее разработанной системой САПР является система проектирования штамповки осесимметричных, круглых в плане поковок, которая в общих чертах и будет рассмотрена ниже.
Проектирование чертежа круглой в плане поковки включает следующие этапы [4, 6]:
1.	Определение объема детали на основе кодированной информации о контуре осевого сечения.
2.	Определение массы детали и предварительная оценка массы поковки.
3.	Расчет припусков.
4.	Построение контура поковки.
5.	Перестроение контура поковки с учетом штамповочных уклонов.
6.	Определение координат точки пересечения контура поковки наружной плоскостью разъема штампов.
7.	Определение координат точки пересечения контура поковки внутренней плоскостью разъема штампов.
8-	12. Перестроение контура поковки с учетом внутреннего пробиваемого отверстия, радиусов закруглений и других факторов.
13.	Расчет допусков на диаметры.
14.	Расчет допусков на высоты.
15.	Определение массы поковки.
16.	Определение допускаемых отклонений на смещение штампа, на несоосность отверстия, на изогнутость и др.
17.	Составление программы декодирования графической и текстовой информации для выполнения чертежа поковки на чертежно-графическом автомате.
Глава 15
ПРОЕКТИРОВАНИЕ УЧАСТКОВ КУЗНЕЧНО-ПРЕССОВЫХ ЦЕХОВ
15.1.	Эффективность технологических процессов ковки и штамповки
Получение поковок ковкой или горячей штамповкой является первым вопросом, стоящим при проектировании технологии. Качество материала кованых и штампованных поковок примерно одинаково и обычно это обстоятельство не учитывают. Относительно областей применения ковки и горячей штамповки, в первом приближении можно считать, что при единичном и мелкосерийном производстве, а также при изготовлении крупных поковок массой более 1 т применяют ковку. При серийном, крупносерийном и массовом производстве поковок массой до 400 кг применяют горячую штамповку. Ковку подразделяют на ковку из проката и ковку из слитков, определяют тип оборудования. Горячую штамповку при малых программах выполняют на молотах, а при больших программах выпуска решают вопрос об оборудовании. При этом стремятся к получению высокого качества максимальной экономии металла, к приближению поковки по форме и размерам к готовой детали. Далее решают вопросы применения механизации и автоматизации.
Технологический процесс ковки или штамповки должен обеспечить: получение поковки в соответствии с чертежом и техническими условиями; достижение высокой производительности труда; высокий коэффициент использования металла; оптимальную стоимость оснастки и ее надежность и стойкость; соблюдение правил техники безопасности и наилучшие условия труда.
Только после соблюдения всех этих условий можно далее рассматривать вопрос об экономической эффективности разработанных технологических процессов.
Эффективность технологических процессов ковки и штамповки определяется себестоимостью поковок. Необходимо учи
тывать также интересы народного хозяйства в целом. Может оказаться, что при дефиците того или иного материала решающим фактором будет экономия металла. Кроме этого, себестоимость продукции не отражает полностью затрат труда на производство продукции для общества, так как не отражает эффективности капитальных вложений (основных и оборотных фондов), которые должны включаться в процентах в цену производства.
Тем не менее, критерием экономической эффективности технологического процесса ковки и штамповки с упомянутыми оговорками можно считать себестоимость поковок. Поэтому выбор оптимального варианта ковки или штамповки может базироваться только на результатах сравнения себестоимости различных технологических процессов, т.е. на сравнении различных вариантов, которые должны быть разработаны. Оптимальным технологическим процессом следует считать такой процесс, который обеспечивает минимальную себестоимость при одинаковых других характеристиках технологического процесса.
В дальнейшем необходимо учитывать себестоимость последующей обработки детали и в конечном счете сравнивать себестоимость готовых деталей, полученных разными способами, а также учитывать долговечность работы деталей при эксплуатации и их другие характеристики.
Для автомобильной промышленности и ряда других отраслей машиностроения преобладающим процессом является горячая штамповка.
При получении поковок горячей штамповкой требуются прямые и накладные расходы. Прямые расходы включают стоимость металла, заработную плату рабочих, занятых выпуском поковок, стоимость всех видов энергии и расходы на штампы и другую оснастку. Накладными расходами являются все остальные цеховые и заводские расходы. Они выражаются в процентах от зарплаты рабочих, занятых выпуском поковок.
Себестоимость поковок С можно подсчитать по следующей формуле:
С = М + Т +
где М - стоимость исходного металла на одну поковку, руб.; Т - стоимость топлива для нагрева одной заготовки, руб.; к - заработная плата основных рабочих, приходящаяся на одну поковку, руб.; К - заработная плата на подготовительные и заключительные работы на партию поковок, руб.; п - размер партии поковок, шт.; - стойкость штампа, шт.; 7Vn - стойкость приспособлений, использованных при изготовлении поковок, шт.; Ш - стоимость штампов, руб.; П - стоимость приспособлений, руб.; Q - стоимость отходов на одну поковку, руб.; Н - цеховые расходы в процентах от заработной платы основных рабочих.
Подобная формула может быть использована и для подсчета себестоимости детали. Для этого дополнительно следует учесть расходы на термообработку, обработку резанием и другие расходы.
В формуле присутствует размер партии поковок и себестоимость зависит от размера партии, а также от других параметров. Если изготовлять поковки на одну и ту же деталь разными способами, то можно сопоставить расчеты себестоимости поковок
Рис. 15.1. Себестоимость поковок для детали-кольца, полученных различными способами: 1 - ковкой по две штуки в поковке; 2 - штамповкой на молоте;
3 - штамповкой на КГШП; 4 - штамповкой на ГКМ
в зависимости от размера партии и выбрать оптимальную технологию. На рис. 15.1 показаны зависимости себестоимости поковки детали кольца от размера партии при различных вариантах технологического процесса. Из зависимостей видно, что при размере партии до 210 штук наиболее выгодным процессом является ковка, а при размере партии свыше 210 штук выгоднее штамповка на ГКМ. Предполагается, что штамповка производится в закрытых штампах, т.е. без отхода на облой. При размере партии свыше 400 штук штамповка на КГШП становится выгоднее ковки, а при партии в 480 штук штамповка на молоте выгоднее ковки.
Технолог для сравнения вариантов технологических процессов может выполнять упрощенные расчеты ожидаемой экономии по сравниваемым вариантам путем сопоставления так называемой технологической себестоимости изготовления поковки или детали. В этом случае подсчитывается только сумма затрат производства, которые различны в сравниваемых вариантах. Полная цеховая себестоимость не определяется. Затраты, которые не изменяются в сравниваемых вариантах, не подсчитывают, так как при сравнении они одинаковы и их можно отбросить.
15.2.	Основы проектирования участков кузнечно-прессовых цехов
Цехи и их участки располагаются в производственных зданиях. Стоимость зданий в машиностроении составляет до 40% всех материальных фондов предприятия.
Производственные здания подразделяют в зависимости от их назначения на основные производственные, обслуживающие и вспомогательные. В основных производственных зданиях располагают цехи, в обслуживающих - склады, энергетические установки и транспорт, во вспомогательных - заводоуправление, лаборатории, столовые, медпункты, бытовки и проходные.
Производственные здания подразделяют по ряду признаков: по степени капитальности, по огнестойкости, по степени пожарной безопасности, по объемно-планировочным решениям и по эксплуатационным режимам: одноэтажные и многоэтажные; со световыми или аэрационными фонарями и бесфонарные; без
кранового оборудования и крановые; отапливаемые и неотапливаемые; с плоскими и скатными кровлями; с наружным отводом атмосферных вод с кровли и с внутренними водостоками.
Проектирование зданий выполняют в соответствии со строительными нормами и правилами (СНиП).
Одноэтажные здания по развернутой площади составляют в общем объеме промышленного строительства 85%, причем крановые - 20-25% и бескрановые - 60-65%. Одноэтажные здания, как правило, экономичнее, чем многоэтажные.
Для кузнечных цехов применяют одноэтажные здания. Тип, конструкцию и размеры зданий для цехов выбирают в зависимости от назначения здания, характера и объема производства, грузопотока и типов транспортных устройств; от требований к освещению, отоплению, вентиляции и от возможности дальнейшего расширения.
Здания цехов ковки. При небольших объемах производства (до 500 т поковок в год) кузнечные цехи делают в одном здании с другими цехами, особенно когда эти цехи фактически работают на соседние цехи, например, в качестве кузнечного отделения крупного инструментального цеха или цеха металлоконструкций. В этих случаях чаще всего выбирают двухпролетное здание, в главном пролете которого размещают основной цех, а в другом пролете кузнечный.
При мелкосерийном производстве с объемом от 500 до 4000 т поковок в год кузнечные цехи устраивают в отдельном однопролетном здании, иногда с открылком (пристройкой) с односкатной крышей. Основной пролет занимают производственным оборудованием, а в открылке располагают заготовительное отделение, склад, мастерские и бытовки.
При годовой программе цеха от 4000 до 20000 т поковок в цехах ковки, выпускающих также и горячештампованные поковки, здания цехов делают многопролетными. При этом необходимо учитывать, что при трех и более пролетах не обеспечивается хорошая естественная аэрация средних пролетов.
В цехах ковки с годовой программой от 20000 до 100000 т и при единичном и мелкосерийном производстве поковок уста
навливают только прессовое оборудование, причем если длина пролета для установки прессов требуется не более 200 м, то здание делают двухпролетным и в другом пролете устанавливают печи, выступающие загрузочными окнами в прессовый пролет.
Если оборудование не помещается в длину 200 м, то увеличивают число пролетов, так как при большей длине пролетов требуется большее количество кранов, мешающих при работе друг другу, и нерационально используется высота здания, определяемая по самой высокой машине.
Таким образом, для крупных цехов следует применять многопролетные здания с расположением прессов в двух пролетах (отдельно крупные и вместе средние и мелкие прессы), а между ними располагать печной пролет.
Здания кузнечно-штамповочных цехов. Мелкие штамповочные цехи размещают в однопролетных зданиях или вместе с другими цехами в многопролетных зданиях.
Если цехи оснащены горячештамповочными прессами и индукционными нагревателями, то можно применять многопролетные здания, которые следует оборудовать эффективной принудительной вентиляцией и дополнительным искусственным освещением.
Для молотовых кузниц чаще всего применяют П- и 111-образные в плане здания, в продольных пролетах которых устанавливают однотипное оборудование, а в поперечном пролете размещают термическое отделение. Здесь можно применять пламенный нагрев, так как естественная вентиляция хорошая.
Одноэтажные здания и унифицированные типовые секции зданий. Одноэтажные здания делают с полным или неполным каркасом и с несущими стенками. В зданиях с полным каркасом вертикальными несущими элементами являются колонны. Наружные стены заполняют ограждающими элементами. В зданиях с неполным каркасом несущие колонны размещают только внутри здания, а стены делают также несущими и ограждающими. Однопролетные здания могут иметь только несущие стены, без колонн. Схема с полным каркасом является типовой. Она обеспечивает экономичные решения зданий с полной унификацией сборных элементов.
Одноэтажные здания могут быть одно- и многопролетными. Под пролетом понимают объемную часть здания, ограниченную двумя смежными рядами вертикальных несущих конструкций (обычно это ряды колонн). Форма одно- или многопролетного здания в плане бывает в виде прямоугольника или квадрата.
Основными строительными параметрами здания являются ширина пролета L и шаг колонн t (рис. 15.2), что образует сетку
колонн Lx/.
а)	б)
Рис. 15.2. Схематичный план двухпролетного здания: а - двухпролетного; б - четырехпролетного с поперечным пролетом;
1 - колонна; 2 - продольная разбивочная ось; 3 - поперечная разбивочная ось
Ширина отдельных пролетов здания определяется на основе планировки оборудования в зависимости от размеров обрабатываемых деталей, применяемого оборудования и средств транспорта.
За ширину пролета здания L принимают расстояние между осями колонн (рис. 15.3).
Шагом колонн называется расстояние между осями двух соседних колонн в направлении продольной оси пролета. Согласно стандарту ширина пролета здания находится в установленной размерной зависимости от пролета мостового крана £к. Пролетом мостового крана называют расстояние между вертикальными осями подкрановых рельсов. Расчетная ширина пролета здания L определяется по формуле
L — LK + 213,
где /3 - расстояние от оси колонны до вертикальной оси подкранового рельса.
Рис. 15.3. Поперечный разрез здания цеха
Стандартные размеры ширины пролета для бескрановых зданий 18 и 24 м и для крановых зданий 18, 24, 30 и 36 м. Шаг средних колонн 12 м. Шаг пристенных колонн принимается 6 или 12 м в зависимости от конструкции стеновых ограждений.
Выбирая ширину пролета здания и устанавливая размеры между осями подкрановых путей, следует учитывать, что при крайнем положении тележки крюк крана доходит до оси подкранового рельса на расстояния и Z2. Эти величины зависят от размеров крана, причем они неодинаковы для главного и вспомогательного крюков.
Расстояния Zi и Z2 необходимо учитывать при расстановке оборудования, если оно обслуживается кранами. При расположении оборудования близко к колоннам, а тем более в межколонном промежутке крюк не сможет подойти к середине машины, а поднимать груз с оттяжкой крюка в сторону не допускается по правилам техники безопасности.
Длина пролета цеха определяется суммой длин производственных и вспомогательных отделений, расположенных последовательно вдоль пролета. Общая длина должна быть кратна шагу колонн в 12 м.
Высота пролета определяется исходя из размеров изготовляемых изделий, габаритов оборудования, размеров и конструкции мостовых кранов и санитарно-гигиенических требований. Общая высота здания Н от пола до нижней выступающей части
верхнего перекрытия или до нижней точки стропильной затяжки (рис. 15.3) складывается из расстояния Нг от пола до головки подкранового рельса и расстояния h от головки рельса до нижней выступающей части верхнего перекрытия или до нижней точки стропильной затяжки. Расстояние h зависит от конструкции крана и его габаритного размера по высоте. Таким образом, H = Hx + h.
В свою очередь величина Н складывается из ряда величин:
Н} =b+c+d+e+ f,
где b - высота самой высокой машины; если оборудование невысокое, то этот размер принимают не менее 2,3 м, т.е. выше роста человека; с - промежуток между транспортируемым изделием, поднятым в крайнее верхнее положение, и верхней точкой самой высокой машины (с > 400...500 мм); d - высота наибольшего по размеру изделия в положении транспортирования; е - расстояние от верхней кромки наибольшего транспортируемого изделия до центра крюка крана, необходимое для захвата изделия цепью или канатом (е > 1 м);/- расстояние от предельного верхнего положения крюка до горизонтальной линии, проходящей через вершину головки рельса.
Вторая часть высоты пролета h определяется в зависимости от конструкции и размеров крана. Она равна сумме габаритной высоты крана А и расстояния т между верхней точкой крана и нижней точкой перекрытия или затяжки стропильной фермы: h - А + т.
Расстояние между верхней точкой крана и нижней точкой перекрытия т должно быть не менее 100 мм.
Если высоких машин в цехе немного (пролет гидравлических ковочных прессов), то высота пролета может быть принята без учета возможности транспортирования изделий над самой высокой машиной. При этом должна быть предусмотрена только возможность прохода самого крана над этой машиной.
Самая низкая высота цеха, оснащенного мостовым краном, принимается 10,8 м, а самая высокая - 18 м и даже 24 м.
При определении высоты учитывают санитарно-гигиенические требования: на каждого работающего должно приходиться не менее 1 м3 объема производственных помещений. Площадь на одного работающего должна составлять не менее 4 м2.
Высота пролета зависит также от его ширины. При относительно малой высоте получается неравномерная и недостаточная освещенность цеха.
Общий объем здания подсчитывают по строительной кубатуре, т.е. с помощью кубатурного коэффициента, под которым понимается отношение общего объема здания (м3) к рабочей площади (м2). Под рабочей площадью понимается площадь производственных, складских и других помещений, используемых для производства.
Установив необходимые основные размеры пролета (длину, ширину, шаг колонн, высоту), подбирают применительно к данным условиям производства типовые схемы секций и зданий.
Участок кузнечно-прессовых цехов проектируют на основании производственной программы участка и других исходных данных. Составление производственной программы, т.е. выявление объема работы участка, выполняется на основании задания на проектирование цеха. В состав исходных данных входят: рабочие чертежи и спецификации изготовляемых поковок или поковок-представителей, технические условия на поковки, сводные нормы расхода металла на поковки, технологические процессы с нормами времени.
Производственная программа выражается перечнем поковок в массе, штуках или рублях, которые должны быть изготовлены участком за установленный период (год, квартал, месяц).
15.3.	Компоновка оборудования на участке
Оборудование можно располагать либо вдоль, либо поперек оси пролета, что создает продольный или поперечный грузопоток.
Продольный грузопоток применяют при серийном производстве, а поперечный грузопоток - при массовом.
При расстановке оборудования необходимо руководствоваться следующими положениями:
1.	Площади, на которых расположено оборудование, должны быть достаточными для свободного выполнения работ.
2.	Печь по отношению к кузнечно-прессовому оборудованию должна быть расположена так, чтобы рабочее место кузнеца не находилось в зоне действия излучения теплоты печи.
3.	У рабочих мест необходимо предусмотреть площадку для хранения материалов и горячих поковок.
4.	Проходы и проезды для транспорта к рабочему месту должны быть достаточных размеров.
5.	Должно быть обеспечено соблюдение правил техники безопасности, охраны труда и окружающей среды.
Наиболее часто встречающиеся схемы планировки оборудования и рабочих мест:
1.	Схемы планировки оборудования и рабочих мест у ковочного молота с расположением оборудования в линию и под углом (рис. 15.4).
Рис. 15.4. Схемы планировки оборудования и рабочих мест у ковочного молота: а - в линию; б — под углом;
1 - тара для заготовок; 2 - печь; 3 - тара для поковок; 4 - молот; 5 - тара для отходов; 6 - конвейер (или склиз) для подачи нагретых заготовок к молоту;
7 - поворотный кран; ® - рабочее место
2.	Схемы планировки оборудования и рабочих мест у гидравлического ковочного пресса (рис. 15.5).
3.	Схемы планировки оборудования и рабочих мест у паровоздушного штамповочного молота (рис. 15.6). При планировке перед молотом необходимо предусмотреть свободную площадку для забивки клиньев, крепящих штампы.
б)
Рис. 15.5. Схемы планировки оборудования и рабочих мест у гидравлического ковочного пресса: а - в линию; б и в - под углом; г — радиальная;
1 - садочная печь; 2 - манипулятор; 3 - гидравлический пресс;
4 - карусельная печь; 5 - стол для заготовок
Рис. 15.6. Схемы планировки оборудования и рабочих мест у паровоздушного штамповочного молота: а-в линию; б - с расположением обрезного пресса под углом; в — с расположением печи и обрезного пресса под углом;
1 - тара для заготовок; 2 - печь; 3 - молот; 4 - тара для поковок;
5 - обрезной пресс; 6 - тара для отходов; 7 - тара для поковок перед обрезкой облоя; 8 - монорельс с электросталью; 9 - конвейер
4.	Схемы планировки оборудования и рабочих мест у кривошипного горячештамповочного пресса (рис. 15.7). Нагреватели и конвейеры располагают так, чтобы нагретая заготовка поступала к штампу и удалялась из пресса через боковые окна в станине. Нагревательные устройства не должны мешать сборке и разборке пресса.
д)	13 е)
Рис. 15.7. Схемы планировки оборудования и рабочих мест у кривошипного горячештамповочного пресса:
а —с пламенной печью и смещенным вглубь обрезным прессом;
б - с индукционным нагревателем, гидроочистным аппаратом и смещенным вперед обрезным прессом; в - с ковочными консольными вальцами; г - с двумя встречно расположенными нагревателями; д - с ковочными вальцами проходного типа; е - с двумя параллельно расположенными нагревателями;
1 - печь; 2 - конвейер; 3 - КГШП; 4 - приемный стол;
5 - обрезной пресс; 6 - тара для поковок; 7 - тара для отходов;
8 - тара для заготовок; 9 - гидроочистной аппарат; 10 - индукционный нагреватель; 11 - консольные ковочные вальцы; 12 - ковочные вальцы проходного типа; 13 - индукционный нагреватель с автоматической загрузкой;
® - рабочее место
5.	Схема планировки оборудования и рабочих мест у штамповочного гидравлического пресса (рис. 15.8).
1 2 3 4	5 6 7 8
е в
Рис. 15.8. Схема планировки оборудования и рабочих мест у штамповочного гидравлического пресса: 1 - тара для заготовок; 2 - индукционный нагреватель;
3, 5, 7 - цепные конвейеры; 4 - гидравлический штамповочный пресс;
6 - гидравлический калибровочный пресс; 8 - тара для поковок
6. Схема планировки ГКМ (рис. 15.9). Нагревательное устройство расположено справа от ГКМ в одну линию. При планировке следует учитывать длину прутка, штампуемого на ГКМ.
При расчете площадей участков можно использовать данные об удельных площадях, приходящихся на единицу производственного оборудования, т.е. приходящихся на один молот или пресс, а также на другое основное оборудование. Однако чаще пользуются данными о выпуске поковок с 1 м2 общей площади цеха и о производительности основного оборудования, которые имеются в справочной литературе [4].
Рис. 15.9. Схема планировки ГКМ:
1 - стол для прутковых заготовок; 2 - нагревательное устройство;
3 - монорельс; 4-1 КМ; 5 - скиповый подъемник; 6 - тара для поковок;
7 - тара для отходов
Большое значение для эффективной работы участка играет подъемно-транспортное оборудование (ПТО).
ПТО в кузнечных цехах можно разделить на две основные группы: 1 - обслуживающее определенные агрегаты; 2 - обслуживающее весь цех.
Оборудование первой группы является как бы частью ковочного агрегата: поворотные краны у молотов ковки, мостовые краны и манипуляторы у ковочных прессов, манипуляторы у тяжелых штамповочных молотов, монорельсы, рольганги, склизы, конвейеры у штамповочных агрегатов, подъемные столы у ГКМ.
Оборудование второй группы осуществляет общецеховые подъемно-транспортные операции: транспортирование по цеху металла, поковок, топлива; обслуживание оборудования при ремонте; подача металла к различным ковочным агрегатам; работа по загрузке и разгрузке нагревательных и термических печей.
Сюда относят мостовые краны, электро- и автокары, узко- и ширококолейные железнодорожные пути, конвейеры, загрузочные машины, рольганги. Перспективно применение конвейеров, обеспечивающих автоматическое перемещение грузов непосредственно к рабочим местам.
В некоторых случаях один и тот же тип ПТО в зависимости от выполняемой работы можно отнести как к первой, так и ко второй группе. Например, общецеховые мостовые краны могут использоваться как оборудование первой группы при обслуживании пресса в процессе ковки. Межцеховые транспортные операции осуществляют авто- и электрокарами, железнодорожными платформами, конвейерами, автомобилями большой грузоподъемности.
Размеры и количество ПТО первой группы определяют в соответствии с потребной механизацией и автоматизацией отдельных рабочих мест. Количество и грузоподъемность общецехового ПТО зависят от конкретных условий и особенностей проектируемого цеха, величины и направления грузопотоков. Ориентировочно необходимо иметь один кран на каждые 40...50 м длины пролета кузнечно-прессового цеха. Грузоподъемность кранов должна соответствовать массе изготовляемых поковок и массе частей оборудования, которые поднимают краном при ремонте. Количество манипуляторов, электрокар, конвейеров и кранов рассчитывают по специальной методике [3].
Общее санитарно-гигиеническое состояние цеха и оздоровление условий труда в нем зависят от выполнения мероприятий по борьбе с шумом, газами, задымленностью в цехе и по созданию необходимых метеорологических условий воздушной среды, а также от освещения рабочей зоны и рабочих мест и от правильной организации бытовых устройств.
Для борьбы с шумом и вибрациями от штамповочных молотов их следует устанавливать на специальных фундаментах с амортизаторами.
Источниками загрязнения воздуха кузнечных цехов вредными газами, дымом и копотью являются нагревательные печи, раскаленный металл и выгорание смазки штампов. От крупных нагревательных и термических печей продукты горения отводят вытяжные устройства через систему боровов и дымовых труб в атмосферу. Для мелких печей применяют зонты с отводными
трубами, связанными с коллектором для сбора дымовых газов и вывода их в атмосферу. КГШП снабжают местными устройствами для отвода дымовых газов из зоны штампов в коллектор.
Гигиенические показатели температуры, влажности и скорости движения воздуха обеспечивают естественной аэрацией и, при необходимости, искусственной вентиляцией.
В холодный период года для легких работ температура воздуха в цехе должна быть 18...21°С, для работ средней тяжести 1б...18°С и для тяжелых работ 14...16°С. В теплый период года указанные температуры могут быть на 25% выше.
Для всех категорий работ относительная влажность воздуха должна быть 60...40%, скорость движения воздуха 0,2...0,3 м/сек.
Планировка печей должна быть такой, чтобы обеспечить наименьшее облучение рабочих мест. Для защиты от лучистой теплоты применяют водовоздушное душирование, высокодисперсное распыление воды на облучаемые поверхности, экранирование.
Температура поверхностей оборудования и печей должна быть ниже 60°С, что обеспечивается соответствующей теплоизоляцией стен и дверок печей.
В кузнечных печах применяют естественное и искусственное освещение.
Естественное освещение бывает трех видов: боковое через остекление наружных стен; верхнее через светоаэрационные фонари; комбинированное - сочетание верхнего и бокового освещения. Для улучшения естественного освещения помещения технологическое оборудование следует окрашивать в светлые тона, дающие больше отраженного света. Необходимо регулярно очищать стеновое остекление, световые проемы и фонари (не реже четырех раз в год).
Искусственное освещение в любую рабочую смену должно обеспечивать нормальную работу рабочих без утомления от зрительного напряжения. Наименьшая освещенность по всему цеху составляет 300 лк, а в зоне установки и наладки штампов кривошипных прессов 400 лк. Искусственное освещение подразделяют на рабочее и аварийное, которое включается при внезапном отключении рабочего освещения.
Все бытовые помещения и установки цеха должны соответствовать санитарно-гигиеническим нормам.
15.4. Гибкие производственные системы (ГПС)
Развитие автоматизации технологических процессов, включая их проектирование, привело к новой ступени автоматизации производства - созданию гибких производственных систем, позволяющих автоматизировать серийное производство.
Гибкая производственная система состоит из оборудования с числовым программным управлением, роботизированных технологических комплексов, гибких производственных модулей, отдельных единиц оборудования и систем обеспечения их функционирования в автоматическом режиме в течение заданного времени. Гибкая производственная система должна иметь автоматизированную переналадку для производства изделий заданной номенклатуры.
Гибкие производственные системы по организационным признакам подразделяют на гибкие автоматизированные линии (ГАЛ), гибкие автоматизированные участки (ГАУ) и гибкие автоматизированные цехи (ГАЦ). В ГАЛ технологическое оборудование расположено в последовательности технологических операций. На ГАУ гибкая производственная система функционирует по технологическому маршруту с возможностью изменения последовательности использования технологического оборудования.
В ГАЦ гибкая производственная система состоит из совокупности ГАЛ, роботизированных технологических линий, ГАУ, роботизированных технологических участков, на которых изготовляют изделия заданной номенклатуры.
В ГПС входят следующие составные части: гибкие производственные модули (ГПМ), роботизированные технологические комплексы (РТК), системы обеспечения функционирования ГПС, автоматизированная транспортно-складская система и автоматизированная система инструментального обеспечения.
ГПМ представляет собой единицу технологического оборудования для производства изделий заданной номенклатуры с программным управлением, автономно функционирующую, автоматически выполняющую все функции для производства изделий и имеющую возможность встраивания в гибкую производственную систему.
РТК включает в себя, кроме единицы технологического оборудования, промышленный робот и средства оснащения, автономно функционирующие и выполняющие многократные циклы. В случае включения РТК в ГПС необходима автоматизированная переналадка РТК и возможность встраивания в систему. Средства оснащения РТК состоят из устройств накопления, ориентации, поштучной выдачи и других устройств, обеспечивающих работу РТК.
Система обеспечения функционирования ГПС в общем случае является совокупностью взаимосвязанных автоматизированных систем, обеспечивающих проектирование изделий (САПР), технологическую подготовку их производства, управление ГПС от ЭВМ и автоматическое перемещение предметов производства и технологической оснастки.
Автоматизированная транспортно-складская система (АТСС) включает в себя автоматизированные транспортные и складские устройства для укладки, хранения, временного накопления, разгрузки и доставки предметов труда и технологической оснастки.
Автоматизированная система инструментального обеспечения (АСИО) является системой взаимосвязанных элементов, включающая участки подготовки инструмента, его транспортирования, накопления, устройства смены и контроля качества инструмента, обеспечивающие подготовку, хранение, автоматическую установку и смену инструмента.
В систему обеспечения функционирования ГПС входят и другие системы, например система автоматизированного контроля.
Гибкие производственные системы наиболее эффективны тогда, когда основываются на прогрессивных, малоотходных технологических процессах, в число которых входят горячая и полугорячая штамповка.
Применение ГПС в горячей и полугорячей штамповке стало возможным ввиду развития робототехники и работ по САПР в горячей штамповке.
Основной трудностью при разработке ГПС для горячей штамповки является требование автоматизированной переналадки производства на другие поковки. Поэтому в ряде случаев применяют механизированную переналадку, что снижает эффективность ГПС.
4200
Рис. 15.10. Компоновка типового робототехнического штамповочного комплекса
Чем больше систем входит в ГПС, включая САПР, АТСС, АСИО и другие, тем выше ее эффективность.
По сравнению с ГПС для обработки резанием, ГПС для горячей штамповки имеет ряд трудностей: автоматизированная переналадка производства, необходимость увязки различных типов оборудования, узкий температурный интервал горячей штамповки при высоких температурах, многопереходный характер процесса штамповки, резкое изменение формы заготовки по переходам и др.
Целесообразность применения ГПС в горячей штамповке зависит от величины партии поковок. Считают, что величина партии в 1000 штук является критической. Оптимальный размер партии 3000...5000 штук. Большой размер объясняется высокой стоимостью штампов и оборудования.
ГАЛ для горячей штамповки могут быть созданы на основе винтовых прессов, КГШП, ГКМ и других кузнечных машин. Но эти машины должны иметь числовое программное управление и другие необходимые для ГПС системы.
Для облегчения разработки ГПС необходимо основываться на так называемой групповой технологии штамповки, когда подбирают однородные поковки, группируемые по общности
оборудования и по общности технологической оснастки. Далее разрабатывают технологические маршруты, выполняют работы по оптимизации загрузки оборудования и другие работы.
ГАЛ горячей штамповки целесообразно создавать на основе роботизированных технологических комплексов. Такие комплексы для осесимметричных, круглых в плане поковок разработаны в нашей стране. Примером может служить комплекс АКФ 1730А-01, компоновка которого показана на рис. 15.10. Комплекс предназначен для штамповки (горячей и полугорячей) болтов, гаек и других поковок из штучных заготовок массой до 0,63 кг. В комплекс входят винтовой дугостаторный пресс 1 силой 1000 кН, промышленный робот 2, индукционный нагреватель 3, подающее устройство 4, тара 5, устройство для смазывания штампов 6, пирометр для контроля температуры заготовки 7, ограждение 8. Производительность комплекса составляет 720 штук в час.
Заключение
В представленном учебнике изложены основы кузнечноштамповочного производства. Технологические процессы и другие вопросы соответствуют достижениям в области ковки и горячей объёмной штамповки, прогрессивным методам производства, обеспечивающим повышение производительности труда, и эффективным процессам ковки и горячей объёмной штамповки. За последние годы появились новые процессы производства заготовок, которые заменяют производство поковок. Это тиксиш-тамповка, изостатическое прессование гранул и другие процессы. Широкого применения эти процессы не получили, но их перспективы не подлежат сомнению.
Большое значение в развитии технологии производства поковок ковкой и горячей штамповкой имеют средства нагрева.
В настоящее время наиболее широко распространен пламенный нагрев. При ковке он остается основным видом нагрева, другие виды нагрева стальных слитков и заготовок практически не применяют.
В дальнейшем получит развитие скоростной и безокисли-тельный пламенный нагрев. Большее применение найдёт нагрев в камерных печах электросопротивления, в которых легко создаётся защитная атмосфера.
Количество пламенных печей, устанавливаемых к молотам и прессам (на единицу оборудования), будет расти в связи с применением более легированных сталей и сплавов и увеличением времени нагрева; шире будут применяться и крупные механизированные методические печи для целых групп молотов и прессов при массовом производстве кованых поковок.
Основная задача нагрева - снижение угара металла и обезуглероживание поверхностного слоя - успешно решается благодаря индукционному и контактному электронагреву. Эти виды нагрева дают минимальный отход металла на угар и коренным образом улучшают условия и культуру труда в кузнечноштамповочных цехах.
Механизация и автоматизация производства, замена ударных машин на безударные (в смысле шума и сотрясений) являются основными мероприятиями по улучшению условий труда.
Контактный электронагрев имеет ближайшую перспективу развития в связи с тем, что в настоящее время найдены материалы для контактов, обладающие большой стойкостью. Его можно использовать в качестве встроенного нагрева, действующего в одной системе с ковочной машиной и инструментом (подобие электровысадочных машин).
Развитие ковки идёт в направлении приближения операций ковки к штамповочным операциям и получению большей точности кованых поковок.
Тенденция получения при ковке точных поковок соответствует экономической целесообразности. С развитием ковки более выгодно получать точные поковки, близкие по форме и размерам к готовым деталям, что приводит к уменьшению расхода металла и снижает необходимость в последующей обработке резанием. При этом себестоимость поковки может возрастать.
Задача повышения точности кованых поковок, снижения припусков, допусков и напусков решается путем применения более совершенного штамповочного оборудования.
Точность штампованных поковок во многом определяется конструкцией штампов и применяемой технологией. Не последнюю роль при этом играет повышение весовой точности исходных заготовок.
Автоматизированные ковочные комплексы (КГШП и ГКМ), кроме повышения точности, увеличивают производительность ковки. Более широкое применение найдут многопозиционные штамповочные автоматы и штамповочная вальцовка.
Улучшить качество штампованных поковок можно благодаря совершенствованию технологии и разработке таких переходов, которые обеспечат наилучшее расположение волокон металла в детали. Этот крупнейший резерв повышения долговечности деталей и облегчения их массы используется в настоящее время явно недостаточно.
Применение штамповочных линий, совмещенных с термообработкой и правкой, а также с последующей механической
обработкой, позволит повысить производительность, точность и качество поковок и деталей.
Горячая объемная штамповка должна получить более высокие темпы развития, чем ковка. Удельный вес штампованных поковок должен возрасти до 70...80% от массы кованых и штампованных поковок.
Резкое повышение качества выпускаемой продукции является главной задачей промышленности. В выполнении этой задачи немалое значение имеет дальнейшее развитие кузнечно-штамповочного производства.
Список литературы
1.	Бабенко В.А., Бойцов В.В., Волик Ю.П. Объемная штамповка: атлас схем и типовых конструкций штампов. - М.: Машиностроение, 1982. -104 с.
2.	Брюханов А.Н. Ковка и объемная штамповка. - М.: Машиностроение, 1975. - 408 с.
3.	Ковка и штамповка: справочник / Под ред. Е.И. Семенова. Т. 1,- М.: Машиностроение, 2010. - 716 с.
4.	Ковка и штамповка: справочник / Под ред. Е.И. Семенова. Т. 2. - М.: Машиностроение, 2010. - 720 с.
5.	Семенов Е.И. Технология и оборудование ковки и горячей штамповки. - М.: Машиностроение, 1999. - 383 с.
6.	Охрименко Я.М. Технология кузнечно-штамповочного производства. - М.: Машиностроение, 1976. - 560 с.
7.	Расчет и проектирование процессов объемной и листовой штамповки: учебное пособие для вузов / В.Н. Субич, НА Шестаков, В А Демин, АВ. Власов. - М: МГИУ, 2007. -411 с.
Приложения
Приложение 1
Коэффициент Кр для определения ориентировочной расчетной массы поковки
Г руппа	Характеристика детали	Типовые представители	
1	Удлиненной формы		
1.1	С прямой осью	Валы, оси, цапфы, шатуны	1,3...1,6
1.2	С изогнутой осью	Рычаги, сошки рулевого управления	1,1...1,4
2	Круглые и многогранные		
	в плане		
2.1	Круглые	Шестерни, ступицы, фланцы	1,5...1,8
2.2	Квадратные, прямоугольные, многогранные	Фланцы, ступицы, гайки	1,3...1,7
2.3	С отростками	Крестовины, вилки	1,4...1,6
3	Комбинированной (сочетающей элементы групп 1-й и 2-й) конфигурации	Кулачки поворотные, коленчатые валы	1,3...1,8
4	С большим объемом необрабатываемых поверхностей	Балки передних осей, рычаги переключения коробок передач, буксирные крюки	1,1...1,3
5	С отверстиями, углублениями, поднутрениями, не оформляемыми в поковке при штамповке	Полые валы, фланцы, блоки шестерен	1,8...2,2
Приложение 2
Минимальные радиусы закруглений
Масса поковки, кг	Минимальная величина радиусов закруглений, мм, при глубине полости ручья штампа, мм			
	до 10 включ.	10...25	25...50	св. 50
до 1,0 включ.	1,0	1,6	2.0	3,0
св. 1,0...6,3	1,6	2,0	2,5	3,6
6,3...16,0	2,0	2,5	3,0	4,0
16,0...40,0	2,5	3,0	4,0	5,0
40,0...100,0	3,0	4,0	5,0	7,0
100,0...250,0	4,0	5,0	6,0	8,0
Учебное издание
Евгений Иванович Семёнов
КОВКА И ГОРЯЧАЯ ШТАМПОВКА
УЧЕБНИК
Редактор НА. Киселёва
Компьютерная верстка: Н.Р. Сейфетдинова Оформление обложки: А.М. Гришина
Санитарно-эпидемиологическое заключение
№ 77.99.60.953.Д.006314.05.07 от 31.05.2007
Подписано в печать 25.07.11
Формат бумаги 60x84/16. Изд. № 36/10-у
Усл. печ. л. 26,0. Уч.-изд. л. 27,75. Тираж 100. Заказ № 339
Издательство МГИУ, 115280, Москва, Автозаводская, 16 www.izdat.msiu.ru; e-mail: izdat@msiu.ru; тел. (495) 620-39-90
По вопросам приобретения продукции издательства МГИУ обращаться по адресу:
115280, Москва, Автозаводская, 16 www.izdat.msiu.ru; e-mail: izdat@msiu.ru; тел. (495) 620-39-92
Отпечатано в типографии издательства МГИУ