Автор: Охрименко Я.Н.
Теги: общее машиностроение технология машиностроения обработка металлов ковка штамповка
Год: 1966
Текст
Я. М. ОХРИМЕНКО
ТЕХНОЛОГИЯ
НУЗНЕЧНО-
ШТАМПОВОЧНОГО
ПРОИЗВОДСТВА
• Допущено Министерством высшего
и среднего специального образования СССР
в качестве учебника для студентов вузов
ИЗДАТЕЛЬСТВО „МАШИНОСТРОЕНИЕ11
Москва 1966
УДК 621 .*73 (075)
Содержание книги определено программой
УМУ-Т-4724, утвержденной учебно-методическим упра-
влением по вузам Министерства нысшего и среднего
специального образования СССР от 15 ноября 1962 г.
Книга содержит основные сведения по разновидно-
стям технологических процессов ковки и горячей
штамповки, конструированию инструментов и другим
вопросам кузнечно-штамповочного производства.
Книга предназначена в качестве учебника по курсу
«Технология кузнечно-штамповочного производства»
для студентов металлургических вузов и факультетов,
обучающихся по специальности «Обработка металлов
давлением». Книга также может быть использована
инженерно-техническими работниками кузнечно-штам-
повочного производства.
Рецензент ы: кафедра «Машину и автоматизация обработки давлением»
МВТУ им. Баумана и канд. техн, наук В. М. Аристов
Редактор издательства ипж. Ю. Л. Маркиз
.ЧУ^
ПРЕДИСЛОВИЕ
Порядок: изучения технологии кузнечно-штамповочного про-
изводства может быть различным. В книгах наиболее часто тех-
нологические процессы рассматриваются применительно к раз-
личным машинам для ковки, штамповки; так, например, изу-
чают технологические особенности ковки или штамповки на мо-
лотах, прессах и других кузнечных машинах. В другом случае
основную роль при описании технологических процессов придают
не машинам-орудиям, а инструменту, определяющему характер
процесса. При этом изучают, например, свободную ковку плоскими
и вырезными‘бойками, ковку в подкладных (незакрепляемых)
штампах, штамповку в открытых и закрытых штампах, выдавли-
вание поковок и др.
При написании учебника автор исходил из того, что у студен-
тов должен быть выработан технико-экономический подход к рас-
сматриваемым процессам. С этой целью технологические варианты
следует группировать по принципу объединения процессов с оди-
наковым уровнем технико-экономических показателей производ-
ства.
В связи с изложенным наиболее правильно процессы индиви-
дуального, серийного и массового производств изучать раздельно.
Однако из-за трудностей методического характера при построении
книги был выбран комбинированный вариант, при котором наряду
с ранее применявшимися способами изучения технология ковки
и штамповки рассматривается с экономической точки зрения с уче-
том организационных особенностей производства, его серийности
и масштаба. При этом удается ознакомить студентов с эффектив-
ностью специализации, кооперирования, концентрации, центра-
лизации производства поковок и других мероприятий, способст-
вующих совершенствованию технологических процессов ковки
и штамповки.
4
В книге приведены некоторые теоретические Материалы, от-
носящиеся к технологии ковки, штамповки и дополняющие соот-
ветствующие разделы курса «Теория обработки металлов давле-
нием».
Вопросы теплового режима нагрева металла для ковки, штам-
повки рассматриваются только как дополнительные к тем, кото-
рые излагаются студентам в курсе по нагревательным устройствам
и печам.
Вопросы механизации и автоматизации процессов ковки и штам-
повки, чтобы не повторять материалов соответствующего курса,
в данном учебнике не рассматриваются. В книге отмечаются лишь
особенности режима деформации, условий работы инструмента
и другие, дополняющие курс автоматизации и комплексной ме-
ханизации кузнечно-штамповочного производства,
ГЛАВА I
КУЗНЕЧНО-ШТАМПОВОЧНОЕ
ПРОИЗВОДСТВО СССР
Технологический процесс кузнечно-штамповочного производ-
ства отличается простотой осуществления, высокой экономично-
стью и значительной производительностью. С помощью разно-
образных способов ковки и штамповки получают большое коли-
чество поковок деталей машин и приборов, метизы, разнообраз-
ный инструмент и значительное количество металлических пред-
метов бытового назначения. Количество кованых и штампован-
ных деталей в ряде машин достигает ’/3 по массе и Е/3 по числу
деталей.
В Советском Союзе производится огромное количество машин,
механизмов и приборов (126 000 наименований в 1960 г. [96]),
в связи с чем кузнечно-штамповочное производство получило ши-
рокое применение. Дальнейшее значительное развитие этого
производства предусмотрено в новом, восьмом пятилетием плане.
Масса (вес) производимых поковок колеблется от нескольких
десятков граммов (например, при горячей штамповке поковок
деталей швейных машин) до сотен тонн (например, при ковке поко-
вок роторов турбин и др.). Ковкой и штамповкой могут быть обра-
ботаны почти все используемые в промышленности металлы
и сплавы. Для труднодеформируемых и малопластичных сплавов
применяются специальные способы обработки.
Ковкой и штамповкой изготовляют сотни тысяч и миллионы
изделий разных типов, массы, формы, размеров, точности и чи-
стоты поверхности, при этом используются металлы, различные
по химическому составу, пластичности, прочности и другим фи-
зическим свойствам. По приблизительным подсчетам в СССР но-
менклатура выпускаемых поковок превышает 500 000 типов.
Качество кованой и штампованной продукции выявляется при
сопоставлении ее с продукцией, получаемой другими способами
обработки металлов. Например, методами литья для деталей ма-
шин могут быть получены заготовки даже более сложные, чем
штампованные, но по качеству металла они уступают штампован-
ным. Обработанный давлением металл после термической обра-
5
ботки имеет наилучшие механические характеристики (ударную
вязкость, относительное удлинение, усталостную прочность), зна-
чительно превосходящие соответствующие характеристики ли-
того металла. Поэтому наиболее ответственные детали большин-
ства машин обычно изготовляют из кованых и штампованных по-
ковок.
Технологические процессы ковки, штамповки отличаются от-
носительной простотой, маневренностью отдельных операций, воз-
можностью работы со штучными или прутковыми заготовками и
лучшими условиями механизации вспомогательных работ при
использовании твердого, а не жидкого металла. Преимущество
ковки, штамповки особенно ясно видно при сравнении этих
способов с обработкой резанием, которая до недавнего времени
превосходила все другие виды обработки по чистоте поверхности
и точности размеров изделий. По мере’совершепствования обра-
ботки давлением получали поковки, у которых чистота поверх-
ностей и точность получаемых размеров соответствовали достигае-
мым при токарной обработке, затем при фрезеровании и, нако-
нец, при шлифовании. Специальные виды штамповки (калибровка,
выдавливание) обеспечивают получение готовых изделий (закле-
пок, болтов, гаек и др.) и деталей машин, пригодных для сборки
без дополнительной обработки (лопатки турбин); при этом дости-
гается точность по 3-му классу и чистота поверхности соответ-
ственно по 7—9-му классу.
В настоящее время созданы новые процессы, при использова-
нии которых обработка металлов давлением не предшествует обра-
ботке резанием, а завершает изготовление деталей. К ним отно-
сится большая группа процессов чистовой обработки поверхно-
сти деталей пластическим деформированием, в том числе обра-
ботка обкаткой и раскаткой роликами, дорнование отверстий,
упрочняющая обработка поверхности наклепом, накатка зубьев
и резьб и др. При помощи этих процессов практически достигнута
шероховатость поверхности по 10—12-му классу точности для
сырых и закаленных сталей до HRC 50. Масса деталей, обра-
батываемых указанными способами, достигает ертен тысяч тонн
в год. Широкое распространение этих процессов при изготовле-
нии деталей подтверждает общую тенденцию, состоящую в умень-
шении объема обработки резанием и применении таких прогрес-
сивных способов обработки, как обработка металлов давлением
и литье в формы.
В настоящее время токарная обточка, фрезерование, строгание
не должны применяться самостоятельно для изготовления тех де-
талей, которые могут быть получены способами обработки метал-
лов давлением. При изготовлении деталей механическая обра-
ботка должна применяться в небольшом объеме лишь для частич-
ной обработки детали или как отделочная операция для умень-
шения радиусов закруглений углов, образования поднутрений
g
И очень узких канавок, а также для повышения чистоты поверх-
ности и точности размеров детали, если этого нельзя достигнуть
обработкой давлением.
В настоящее время способами ковки, штамповки в СССР об-
рабатывается 7—8% всей выплавляемой стали [11]. Ниже дано
соотношение выпуска поковок к выплавке стали в СССР.
Тоды 1 i 14 и ла вка стали в млн. щ Выпуск поковок В МЛН . Ш Отношение выпуска поковок к выплавке стали я %
1955 45,3 3,5 7,7
1958 55,0 4,3 7,7
1959 60,0 4,6 7,7
1960 65,2 4,9 7,5
1963 80,0 5,3 7,0
В США и Англии объем производства поковок несколько
меньше и составляет 6%, в ФРГ — 5% за счет более широкого
использования в машиностроении точного литья и пластических
масс. В машиностроении СССР ковке и штамповке подвергается
до 25% всей используемой прокатанной стали.
При этом масса кованых и штампованных деталей состав-
ляет в среднем 17% и достигает 30% в автомобиле- и тракторо-
строении. Коэффициент использования металла , где
Gg — масса деталей машин, G3 — масса металла, поступающего
в обработку) в СССР и зарубежных странах не превышает 0,4—0,5,
что приводит к большому объему обработки резанием. Количе-
ство стружки от обработки поковок, отливок и непосредственно
проката в машиностроении СССР достигает 5 000 000 т в год.
Трудоемкость кузнечных процессов в значительной степени
зависит от серийности и масштаба производства, которые, в свою
очередь, определяют специализацию и механизацию процессов
и техническую культуру производства. Из сопоставления работы
кузнечно-штамповочных цехов с различной серийностью, но с оди-
наковыми объемами производства видно, что в среднем выпуск
поковок, приходящийся на одного рабочего, отличается в не-
сколько раз, причем чем больше масштаб и серийность произ-
водства, тем больше производительность труда. Если при горячей
штамповке в крупносерийном и массовом производствах (напри-
мер, в автомобилестроении) трудоемкость не превышает 10 нормо-
часов на 1 т поковок средней массы и 20 нормочасов на
1 т мелких поковок, то при ковке в условиях индивидуального
производства таких же по массе поковок на каждую тонну ме-
талла затрачиваются сотни часов.
7
Если сопоставить мелкосерийное производство кованых по-
ковок при небольшом объеме (до 1000 т в год) и крупносерийное
штампованных поковок при большом объеме (свыше 50 000 т
в год), то трудоемкость изготовления 1 т поковок изменяется
от 350—400 чел.-час до 7—8 чел,-час.
Увеличение масштаба производства поковок отражается на тру-
доемкости и на других технико-экономических показателях про-
изводства. Ниже приведена зависимость основных технико-эко-
номических показателей поковок от объема их выпуска (по мос-
ковским заводам).
Объем производства отдельных цехов в тыс. т Средняя трудо- емкость изготов- ления 1 ш поковок в ч Выработка на одного рабочего э т Съем с 1 площади цеха в т
Свыше 100 9,7 105,7 6,25
1—5 60,0 34—43 2—3,2
Менее 1 114—-226 15—34 0.52—1,7
Ниже дано распределение кузнечно-штамповочных цехов в
СССР по годовому выпуску поковок (к 1959 г.) [491.
Годовой выпуск в т До 1000 1000— 5000 5000— 20 000 20 000— 50 000 50 000— 100 000 Свыше 100 000
Количество цехов в % . . 75.0 16,5 5,3 2,2 0,8 0,2
В общем балансе изготовляемых в СССР поковок на долю ко-
ваных в начале последней семилетки приходилось около 40%,
причем ковку в том или ином объеме применяли 95% общего ко-
личества цехов.
Ковку можно считать устаревшим и неэкономичным процес-
сом только при большой серийности производства мелких и сред-
них по массе поковок (до 100—200 кг), изготовляемых преиму-
щественно на молотах. Более крупные поковки, особенно поковки
массой, исчисляемой десятками и сотнями тонн (наибольшая
масса кованых поковок достигает 300 т и более), удается изго-
товлять только ковкой на прессах, причем этот процесс в данном
случае является наиболее прогрессивным и экономичным незави-
симо от серийности производства.
Указанная выше цифра 40% кованых поковок в общем ба-
лансе производимых в Советском Союзе поковок является сред-
ней. В тяжелом машиностроении количество кованых поковок
достигает 70%, а в автомобилестроении только 6% (остальные
8
в обоих случаях штампованные). На долю 5% цехов, в которых
основным процессом является штамповка, приходится около 60%
всех выпускаемых поковок. Это мощные современные цехи авто-
мобилестроения, тракторостроения, подшипниковой промышлен-
ности и других отраслей машиностроения.
Приведенные цифры свидетельствуют о том, что в числе 1600
предприятий СССР, изготовляющих поковки, значительное ко-
личество цехов до недавнего времени представляло собой очень
небольшие по объему производственные единицы (с годовым вы-
пуском до 200 т), причем в подавляющем большинстве эти
старые цехи, оснащенные несовременным оборудованием, были
построены в период создания отечественного машиностроения.
Каждый завод располагал кузнечным цехом небольшой мощности
с мелкосерийным характером производства, изготовляющим сотни
и тысячи различных типов поковок для нужд собственного про-
изводства. Практикой доказано, что небольшие цехи менее эффек-
тивны, чем мощные, поэтому производство поковок укрупняется;
это в значительной степени упрощается в связи с проведением ко-
оперирования и специализации производства.
В результате реконструкции отдельных цехов, введения новых
мощностей и объединения мелких кузниц осуществляется концент-
рация кузнечного производства. В табл. 1 приведены намеченные
планом изменения в структуре выпуска поковок с 1958 по
1965 гг. [11].
Таблица 1
Соотношение кованых и штампованных поковок,
выпускаемых кузнечно-штамповочными цехами
Поковки 1958 г. 1965 г.
в тыс. т в % В тыс, /п в %
Кованые 1760 41,5 2220 34,8
Штампованные .... 2484 58,5 4150 65,2
Итого ... 4244 100 6370 100
Увеличение выпуска поковок на 50% при одновременном росте
штампованных поковок (с 58,5 до 65,2% от общего количества)
свидетельствует о внедрении более рационального способа их из-
готовления. Это подтверждается тем, что в числе 35 новых пред-
приятий, вводимых в эксплуатацию, есть специализированный за-
вод для массового изготовления клапанов двигателей внутреннего
сгорания (с годовым выпуском 6—8 тыс. tri), завод крупносерий-
ного изготовления запасных тракторных частей, кузнечно-штам-
повочный цех, который должен обеспечить поковками вагоно-
9
^строительную промышленность (с годовым выпуском 100 тыс. т),
и другие специализированные штамповочные предприятия [11].
В соответствии с планом развития кузнечно-штамповочного
производства было предусмотрено сокращение общего количе-
ства цехов к концу 1965 г. на 22% при одновременном увеличении
в 2,2 раза среднего годового выпуска поковок кузнечными цехами
(с 2,6 до 5,7 тыс. т). Этим же планом предусмотрено значительное
обновление парка кузнечного оборудования. К концу 1965 г. было
намечено ввести около 900 единиц новых образцов оборудования,
среди которых такое прогрессивное оборудование, как кривошип-
ные горячештамповочные прессы (количество их должно возрасти
в 4,4 раза: с 2 до 8,8%), при этом количество штамповочных мо-
лотов в общем парке оборудования уменьшено с 17,6 до 12,3%.
На 1965 г. общее количество кузнечно-прессовых машин в СССР
составило 34,4 тыс. шт,, а на 1970 г. их должно быть 50--
52 тыс. шт.
Большие задачи стоят перед кузнечно-штамповочным произ-
водством в отношении экономии металла. У несовершенных тех-
нологических процессов, подлежащих рационализации, коэффи-
циент использования металла даже на специализированных пред-
приятиях не превышает 0,5. Необходимо этот коэффициент уве-
личить до 0,6; при этом не менее 40% металла будут составлять
отходы кузнечных, термических и механических цехов (при исполь-
зовании малоотходных процессов типа безоблойной штамповки,
калибровки под шлифовку, выдавливания готовых к сборке де-
талей машин и т. д., применяемых на передовых заводах).
Для общего представления о структуре отходов металла при
различных способах изготовления поковок в табл. 2 приведены
средние коэффициенты использования металла, рассчитанные как
Коэффициент использования металла при различных
способах изготовления поковок
Таблица 2
Отходы
Способы изготовления ПОКОВОК При под- готовке металла к ковкс- штямпов- кс(рубке, резке) в % При штам- повке * % При механи- ческой обра- ботке В % При терми- ческой обра- ботке тт ® •|1 В /о Коэф- фициент исполь- зования мета л ля к «'л
Кавка болванок и прут- ковых заготовок Ковка слитков .... Горячая штамповка прутковых заготовок 1—3 25—36 2—4 10 10 15—25 40—50 30—40 25—35 2--3 2—3 ‘-2 ' тГ СО 1Л О О о 1 1 1 о о
отношение массы готовых деталей к массе расходуемого на них
металла.
Как видно из этих ориентировочных данных, наибольшая
часть отходов при ковке связана с превращением поковки в де-
таль в процессе механической обработки. В отдельных случаях
отходы в стружку достигают 60 и даже 70% от веса заготовки (для
деталей сложных форм). При горячей штамповке отходы в стружку
меньше, ио увеличены отходы в процессе формообразования по-
ковок (в основном на облой). При ковке поковок из слитков 1/,5—
'/4 металла слитка удаляется в отход (донная и прибыльная его
части). Из-за этих отходов значительно снижается коэффициент
использования металла при ковке поковок из слитков. Однако
рассматриваемые отходы только отделяются от годного металла
в кузнечных цехах, а по существу являются отходами сталепла-
вильного производства. С другой стороны, отходы металла при
обработке поковок резанием в значительной части являются от-
ходами кузнечного производства, хотя и отделяются от годной
части поковок в механических цехах. Следовательно, при изго-
товлении поковок отходы складываются из двух частей: из отхо-
дов, удаляемых непосредственно при изготовлении поковок (кле-
щевых концов, обсечек, облоя и т. п.) и удаляемых в механиче-
ских цехах в виде дефектного поверхностного слоя.
Величина тех и других отходов характеризует техническую
культуру производства поковок и может служить в качестве од-
ного из основных технико-экономических показателей производ-
ства деталей машин.
Осуществляемая на протяжении последних лет концентрация
кузнечно-штамповочного производства не является простым объ-
единением мелких цехов в более крупные, так как наличие в них
устаревшего универсального оборудования и огромная номенк-
латура изготовляемых поковок не позволяют применить новейшие
технологические процессы и усовершенствовать организацию про-
изводства.
Процесс концентрации производства поковок совершается на
базе специализации их изготовления.
Одновременное проведение специализации и концентрации про-
изводства поковок обеспечивает значительное повышение технико-
экономических показателей. Это означает новую организацию
и широкое внедрение передовой технологии производства поко-
вок, при котором типы кузнечных машин, применяемых в мелких
кузнечных цехах, могут оказаться даже непригодными.
Производственный процесс в кузнечно-штамповочных цехах
характеризуется относительной малооперационностью (нагрев,
ковка или штамповка, в последнем случае — обрезка облоя, ох-
лаждение поковок), высокой производительностью, большой ме-
таллоемкостью и энергоемкостью и тяжелыми условиями труда
(при отсутствии должной механизации).
.11
Технологический процесс можно расчленять на элементы, осу-
ществляемые в различных комбинациях. Изготовление поковок
отличается незначительной продолжительностью непосредственно
рабочего цикла. При горячей штамповке, например, нагрев ме-
талла в печах длится десятки минут, при индукционном нагреве —
десятки секунд, и только нагрев крупных слитков для ковки ис-
числяется многими часами (слиток массой 200 т нагревается до
1200° С за 3 суток).
Время штамповки исчисляется секундами (удар молота совер-
шается за 0,001 сек, на нажим кривошипного пресса расходуется
несколько десятых секунды, на медленно действующих гидрав-
лических прессах обжатие 200—300 мм осуществляется за не-
сколько секунд). На сотни обжатий, которые требуются для слож-
ных операций, расходуется всего несколько или десятки минут
машинного времени от общего времени, затрачиваемого на ковку
и исчисляемого многими часами.
Концентрация производства положительно влияет на тех-
нико-экономические показатели цехов, выпускающих поковки, при
этом стоимость поковок становится дешевле, а затраченный на их
изготовление труд производительнее. Это подтверждается дан-
ными научно-исследовательского института Госплана СССР
(табл. 3) [11].
Зависимость технико-экономических показателей производства
поковок от объема производства
из среднеуглеродистой стали
сложные нз легированной стали
До 0,5
» 5,0
» 10,0
» 20,0
» 60,0
объем
производства
в год
В ТЫС. гп
Поковки
86
74
73
48
92
86
333
1018
1160
3400
21,7
37,1
45,0
64,0
79,0
233,6
202,3
197,9
195,6
183,8
67
80
89
90
95
33 110
20 200
11 562
10 1177
5 1770
7
25
36
68
82
357,3
291,9
256,8
241,8
225,6
Из этой же таблицы видно, что укрупнение производства осо-
бенно эффективно сказывается на производстве поковок с преоб-
ладанием штамповки (правая часть табл. 3), что, вероятно, объ-
ясняется относительно более высоким уровнем специализации тех-
нологических процессов горячей штамповки по сравнению с ков-
кой при увеличении объема производства. Для повышения уровня
специализации наряду с концентрацией производства поковок до-
13
биваются стабилизации и ограничения номенклатуры выпускае-
мых поковок для каждого из цехов в соответствии с возможностями
данного производства (тип, размер и количество единиц обору-
дования).
Ограничение номенклатуры поковок за счет унификации или
объединения отдельных поковок для совместной ковки, штамповки
целесообразно, но не может привести к значительному сокраще-
нию числа производимых поковок. Решение этого вопроса заклю-
чается в широком кооперировании различных производств. В этом
случае удается не только сократить номенклатуру поковок, но
и увеличить объем производства каждого типа поковок, сосредо-
точить в отдельных цехах более однородные но форме и близкие
по технологии изготовления поковки.
Такое формирование номенклатуры производства поковок соз-
дает предпосылки для применения специализированного обору-
дования, комплексной механизации и автоматизации производ-
ства поковок, внедрения новейшей технологии производства и про-
грессивных методов организации труда. Все это способствует уве-
личению производительности труда и снижению себестоимости по-
ковок. Подсчитано, что в кузнечно-штамповочном цехе ЗИЛа со-
кращение номенклатуры поковок с 900 до 250 (с тем, чтобы на
каждый типоразмер оборудования вместо 13 наименований поко-
вок приходилось только 4) обеспечивает увеличение выпуска по-
ковок па 12%, при этом себестоимость поковок должна значительно
сократиться, а качество их повыситься.
Одна из положительных сторон специализации производства
поковок состоит в возможности организации централизованного
производства однотипных поковок общемашиностроительного ха-
рактера (шестерен, валов, клапанов, фланцев и др.) аналогично
производству в настоящее время крепежных изделий (болтов, гаек,
заклепок и др.) В начале семилетки (1958 г.) производство мел-
ких и средних крепежных изделий в СССР было сосредоточено
па 1350 предприятиях, причем только 18 из них были крупными,
специализированными предприятиями [30].
В результате специализации производства поковок организо-
ваны базовые предприятия, снабжающие поковками экономиче-
ские районы^или отдельные отрасли промышленности. К таким
предприятиям относятся, например, Челябинский кузнечно-прес-
совый завод, изготовляющий запасные части для автомобилей.
По степени специализации кузнечно-штамповочные цехи под-
разделяются на специализированные, универсальные и смешан-
ные, представляющие собой промежуточную группу цехов. К спе-
циализированным цехам относятся, например, кузнечно-штампо-
вочные подшипниковой промышленности, метизное производство,
производство фитингов, производство цепей, производство кре-
пежных деталей для железнодорожных путей (противоугоны, ко-
стыли, болты с накладками и др.).
13
В большинстве своем это штамповочные цехи, но в числе спе-
циализированных есть и ковочные, например осековочные цехи
для железнодорожного транспорта, а также цехи некоторых метал-
лургических заводов (Златоустовского, Электростали и др.) для
изготовления болванок из слитков высоколегированной стали.
К универсальным относятся цехи общемашиностроительных за-
водов. Среди них есть цехи, изготовляющие поковки небольшой
и средней массы (например, кузнечный цех Электростальского за-
вода тяжелого машиностроения), а также цехи, изготовляющие
поковки большой массы (кузнечный цех УЗТМ и др.).
Эта группа цехов выпускает самую разнообразную номенкла-
туру поковок, достигающую 20—30 тыс. наименований в год [И j.
Большинство этих поковок изготовляется небольшими сериями,
и только отдельные поковки (например, шары для размольных
мельниц) выпускаются миллионами штук, в связи с чем для их
производства организованы специализированные поточные линии.
К промежуточной группе цехов относятся кузнечно-штамповоч-
ные цехи смешанного типа и автомобиле- и тракторостроения,
а также сельскохозяйственного машиностроения. В зависимости
от серийности производства отдельных поковок в этих цехах при-
менена различная степень специализации их производства.
Серийность производства и масштабы потребления поковок яв-
ляются главными факторами, определяющими эффективность спе-
циализации, механизации и автоматизации производства поковок.
Как было сказано выше, масштаб производства каждого типа по-
ковок может быть значительно увеличен при концентрации (за
счет объединения мелких кузнечных цехов в более крупные) и ко-
оперировании производства, при создании централизованного про-
изводства и, наконец, при унификации родственных по типу и кон-
фигурации поковок. Степень специализации производства поко-
вок может быть различной и зависит от разновидностей применяе-
мой технологии и масштаба производства поковок. Например, при
массовом производстве поковок имеет место наивысшая степень спе-
циализации, которая распространяется на машину-орудие и ин-
струменты-штампы. В этом случае создаются наилучшие условия
и для автоматизации производства.
Создание специализированных автоматов (типа болтового ком-
байна) для производства одного типа изделий является наивыс-
шим достижением в кузнечно-штамповочном производстве. В оте-
чественной промышленности находится в эксплуатации много раз-
личных автоматов указанного типа; кроме болтового комбайна,
имеются клапанные (роторного типа), цепные, для производства
комбайновых валиков и др.
В серийном производстве поковок специализации подвергается
преимущественно инструмент, а машины-орудия могут быть уни-
версальными (прессы, горизонтально-ковочные машины, молоты
и ДР-)-
14
В индивидуальном производстве при большой номенклатуре
выпускаемых поковок меньше возможности для специализации,
так как при этом используют универсальное оборудование и инст-
рументы.
Подразделение кузнечно-штамповочного производства на ин-
дивидуальное (или единичное), серийное и массовое является
в известной мере условным.
Границы между соседними типами производства не установ-
лены, и подразделение соответствующих цехов носит качествен-
ный характер. Например, число, которым характеризуется круп-
ная серия поковок для тепловозов, определяет мелкую серию
в производстве поковок тракторов и т. д. Даже для одного и того
же типа поковок понятие о серийности может быть не одинаковым
в зависимости от их размеров. Например, серийность в производ-
стве мелких и крупных болтов имеет различное количественное
выражение, так как способы их производства существенно отли-
чаются друг от друга.
При массовом производстве поковок цех подразделяется на
узкоспециализированные участки, оснащенные специальным обо-
рудованием, расположенным по ходу технологического про-
цесса, что облегчает условия поточного метода, комплексной
механизации, автоматизации и внедрения передовой технологии,
в том числе технологии комбинированного производства деталей
(совмещенного с термической и механической обработкой и т. п.).
Наиболее типичным является массовое производство поковок
одного вида и типоразмера па каждом агрегате. В этом случае
возможна организация постоянных поточных линий с регламен-
тированным ритмом непрерывного потока, являющихся наиболее
организованной формой работы.
При массовом производстве поковок допускается изготовление
поковок нескольких типоразмеров или видов. При этом предпо-
лагается выпуск поковок, требующих при изготовлении одина-
кового количества ходов машины-орудия, номинального или
меньше поминального расхода энергии и усилия на деформацию
в пределах допустимого для данной машины. Этот вид массового
производства поковок характеризуется тем, что переналадки про-
цесса производства с одного типа поковок на другой не отлича-
ются от обычной смены изношенного инструмента при производ-
стве только одного типоразмера поковок, поскольку количество
и характер операций в обоих случаях одинаковы. Однако в орга-
низационном отношении обе разновидности массового производства
существенно отличаются друг от друга, причем каждая из них
имеет свои преимущества и недостатки.
Если па данном агрегате осуществляется изготовление только
одного типоразмера поковок, плановый их выпуск должен быть
кратен возможной производительности агрегата, чтобы избежать
значительного снижения коэффициента загрузки оборудования.
Например, если производительность агрегата 1000 шт. поковок,
а программа 1100 шт. поковок, то приходится устанавливать
два агрегата с коэффициентом загрузки 55%, что
нецелесообразно с экономической точки зрения. Поэтому обычно
объем задания согласовывают с возможностями имеющегося
в наличии оборудования, поскольку в условиях централизации
и кооперирования производства программа выпуска может кор-
ректироваться. На рис. 1 приведен график изменения загрузки
оборудования, из которого видно, что увеличение программы
выпуска до величины Пл приводит к увеличению загрузки
Рис. 1. Зависимость коэффициента загрузки оборудо-
вания К3 от выпуска поковок; П1г и т. д. — про-
граммы выпуска, кратные годовой производительности
единицы оборудования; 1,2 и т. д. — соответствующее
количество единиц оборудования
оборудования до 100%. Дальнейшее повышение программы вы-
пуска требует установки второй единицы оборудования, что
вначале сопровождается снижением его загрузки до 50?Ф; при
этом 100%-ная загрузка восстанавливается лишь при увеличении
программы выпуска до величины П2, превышение которой вновь
сопровождается падением загрузки до 66,6%. Каждая следующая
единица оборудования приводит вначале ко все меньшим падениям
его загрузки, и при более четырех единиц оборудования потеря
в загрузке незначительна (менее 20%),
Если на данном специальном агрегате изготовляются два или
несколько типоразмеров поковок, то возникают осложнения,
связанные с необходимостью ритмичного выпуска каждой из них.
Организация этой разновидности массового производства поковок
не отличается от серийного их производства. Выполнить годовую
программу по выпуску каждой из поковок без подразделения
на квартальную, месячную и т. д. нельзя из-за значительного
омертвления при этом средств, ухудшения оборачиваемости
оборотных средств, трудностей, связанных с обеспечением про-
изводства поковок исходным металлом, и необходимости иметь
16
большие промежуточные склады, что в конечном счете противо-
речит самой идее поточного производства. Чередование производ-
ства различных поковок обычно согласовывают с месячной или
декадной программой, а момент перехода к изготовлению другой
поковки приурочивают к остановке оборудования, вызванной
необходимостью замены изношенного инструмента.
Значительные осложнения в чередовании изготовления поко-
вок появляются при серийном характере производства. Боль
шинство кузнечно-штам-
повочных цехов при
серийном производстве
поковок располагает
30—60 единицами основ-
ного оборудования при
номенклатуре поковок
300—750 шт., т. е. на
долю каждой единицы
оборудования в среднем
приходится 10—15 по-
ковок (например, па
ЗИЛе—13 поковок, на
МЗМА — 11 поковок).
Если учесть, что на
каждый тип поковок
устанавливается месяч-
ная программа, то легко
представить, насколько
Точение
Способы изготоВленм Валов
Рис. 2. Сравнительная себестоимость поковок
и деталей небольших валов, изготовляемых раз-
личными способами. Заштрихованные участки
характеризуют стоимость обработки резанием
(составлено по данным В. С. Бялкоьской)
значительны потери в
производительности при 120—180 ежегодных переналадках инстру-
мента для каждой единицы оборудования.
Кроме снижения производительности и уменьшения эффектив-
ности использования машин-орудий, систематическая переналадка
при серийном производстве сопровождается увеличением наклад-
ных расходов и, в конечном счете, повышением себестоимости
продукции, которая является одним из главных факторов, опре-
деляющих эффективность производства. Из сравнения себестои-
мости продукции, полученной различными способами (и при
различной серийности), выявляется оптимальный объем произ-
водства поковок, а также критерий, определяющий наивыгод-
пейшее разделение этого объема на отдельные партии поковок,
изготовляемые ежемесячно, ежедекадно и т. д. (см. гл. XI).
Подобные расчеты должны производиться с учетом расходных
статей всего технологического процесса изготовления деталей,
а не только технологии производства поковок. Рис. 2 иллю-
стрирует пример того, что себестоимость изготовления поковок
не является показательной, так как (в данном случае) наиболее
дешевая деталь (вал) производится из наиболее дорогой поковки
2 Я. М. Охрименко 597
17
(получена поперечно винтовой прокаткой на специальном стане)
вследствие наименьших расходов на механическую обработку и
потерь в стружку при переходе от поковки к детали. Доля себе-
стоимости, приходящаяся на механическую обработку, показана
заштрихованными участками графика. *
При сравнении себестоимости изготовления поковок сталкива-
емся с одним несовершенством этого показателя.
Стоимость металла достигает 85% от себестоимости поковок
(остальное — заработная плата рабочих, энергозатраты и другие
цеховые расходы), которая может изменяться в несколько раз
в зависимости от применяемой марки стали. Это не дает возможно-
сти сопоставлять себестоимости поковок, изготовляемых из раз-
личных металлов. Для таких сравнений более показательны
коэффициент использования металла и стоимость обработки 1 т
металла. К числу показателей, также характеризующих техноло-
гическое совершенство производства, относятся трудоемкость
н съем поковок с каждого квадратного метра цеховой площади.
В табл. 4 даны запланированные с 1958 по 1965 гг. изменения
технико-экономических показателей применительно к универсаль-
ным и специализированным кузнечным цехам СССР [111.
Таблица 4
Техиико-экономическая характеристика
кузнечно-штамповочных цехов СССР
Цехи Трудо- емкость в чЛи Съем с 1 мг общей площади цеха в щ Коэффициент использова- ния металла (по готовой детали) Себестои- мость 1 т поковок из средне- углсродисгой стали в руб.
1658 1S65 1558 1965 1658 1665 1958 1665
Универсальные ковоч- ные , . . . 80 60 1,2 1,6 0,3- 0,35 210 140
Универсальные штам- повочные 40 25 2,2 2,8 0,4 0,45 0,55 280 260
Специализированвые ко- вочные 40 30 1,2 1,7 0,4 0,5 170 140
Специализированные штамповочные , Р , , 20 12 3,5 4,5 0,5 0,6 200 180
Предполагается дальнейшее улучшение качества поковок в
связи с повышением требований, предъявляемых соответствую-
щими техническими условиями на поковки. Кузнечно-штамповоч-
ное производство технически и организационно совершенствуется,
чему способствует значительный объем исследовательских и экс-
периментальных работ, проводимых отраслевыми научно-иссле-
довательскими институтами, лабораториями заводов и втузов
18
и созданным в последние годы специальным экспериментальным
научно-исследовательским институтом кузнечно-прессового маши-
ностроения (ЭШ1КМАШ). Разработка технологических процессов
проводится на базе научно обоснованных методов, сущность
которых изложена в обширной литературе по специальности
и регламентируется соответствующими ГОСТами (на размерные
ряды кузлечно-штамповочного оборудования, конструкцию и кре-
пежные размеры инструмента, припуски, допуски и напуски для
поковок и др.), а также нормалями машиностроения (МН) и ведом-
ственными нормалями. Обмен опытом производится на базе раз-
личных отраслевых и заводских бюллетеней, а также через спе-
циальный журнал «Кузнечно-штамповочное производство».
2:,;
ГЛАВА И
ИСХОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИХ ПОДГОТОВКА
ДЛЯ КОВКИ, ШТАМПОВКИ
В качестве исходного материала для кузнечно-штамповочного
производства применяются металлы в виде слитков, различных
профилей проката, прессованных прутков и даже, жидкий металл.
В соответствии с учебной программой ниже рассматриваются
преимущественно стальные материалы.
Для ковки, штамповки используют сталь, получаемую в мар-
тенах, конвертерах и электропечах. Для процессов ковки сущест-
венное значение имеет способ производства стали, по которому
ее подразделяют на спокойную и кипящую. Спокойная сталь,
раскисляемая полностью до разливки, застывает в плотные слитки
с сосредоточенной в прибыльной части (при разливке сверху)
усадочной раковиной. Ее отделяют вместе с прибыльной частью
слитка в процессе ковки. При разливке кипящей стали раскис-
ление происходит в изложнице, причем, несмотря на бурное
выделение газов, слитки получаются с большим количеством
пузырей и пустот по всему сечению. Для ковки кипящая сталь
малопригодна, так как трудно обеспечить полную заварку пустот
и пузырей в процессе ковки.
§ 1. СЛИТНИ, БОЛВАНКИ, ПРУТКИ
Стальные слитки. Слитки в качестве исходного металла при-
меняются главным образом для ковки. Штамповка литых загото-
вок имеет незначительное распространение, причем их отливают
не в обычных изложницах, а в формах, обеспечивающих получение
заготовки, близкой по конфигурации к поковке. Обычные кузнеч-
ные слитки отливают сверху в изложницы с полостью, имеющей
форму усеченной пирамиды и поперечное сечение в виде шести-,
восьми- или двенадцатиугольника. В отлитом слитке к нижнему
(меньшему) основанию пирамиды примыкает донная, а к верх-
нему— прибыльная части слитка, составляющие, как уже указы-
валось, отходы сталелитейного цеха, удаляемые в кузнечном цехе.
В табл. 5 приведены некоторые размеры слитков, выплавляемых
ЭЙ
Таблица 6
Характеристика стальных слитков
Отходы в % Размеры в л/л
е
л л ад Л н ч и 3 s О * d, Lcx L„ DcP = ^2 H- bp D „
я v «-и 2 CP
£ Й* с л
1,2 0,8 22,0 325 455 140 345 1410 1000 400 2,5
2 0,8 22,5 430 550 200 380 1ЙЮ 1160 465 2,5
3 0,8 21,6 500 630 200 450 I860 1350 540 2,5
6,5 2,6 21,2 630 795 296 580 2265 1650 687,0 2,4
9 2,4 20,2 720 895 397 670 2530 1825 782,0 2,3
15 2,0 20,6 875 1070 397 870 2830 2030 970,0 2,1
26 2,2 20,0 1040 1265 542 1000 3574 2420 1132,0 2,1
52 2,0 20,9 1325 1600 623 1330 4250 3060 1465,0 2,1
85 17 19,0 1576 1880 623 1580 4990 3600 1730,0 2,1
130 1,75 21,4 — 2164 828 1820 5750 4150 1992,0 2,1
170 1,9 21,0 1975 2360 800 I960 6460 4525 2160,0 2,1
250 3.1 21,4 2280 2700 770 2230 7745 5100 2465,0 2,1
350 2,8 18,3 2350 3255 1200 2660 7190 5100 2957,0 1,75
На заводах СССР по различным мало отличающимся друг от
друга ведомственным нормалям (ГОСТ па размеры слитков еще
не разработан).
Как видно из этой таблицы, отходы, приходящиеся на донную
часть слитков, не превышают 2—3% (если ограничиваются удале-
нием участков 1К, эскиз в табл. 5). При обрубке дойной части
по телу слитка отходы увеличиваются до 5—8% (как правило,
это относится к легированной стали). Отход на прибыльную
часть составляет 20—22%, а для легированной стали в отдельных
случаях достигает 30% и даже более. Размеры слитков, указан-
ные в табл. 5, не являются предельными. Слитки меньших разме-
ров (но не менее 200 кг) применяют чаще всего для высоколеги-
рованных сплавов. Слитки массой более 350 т могут быть ис-
пользованы для уникальных изделий, при этом применяются
мартеновские печи, емкость которых (500—1000 т) позволяет
получать слитки большой массы без применения слива металла
из разных печей. Отношение наибольшей длины Lo, используемой
21
для изготовления поковок, к среднему поперечному размеру
слитка не превышает 2,5.
Удлиненные слитки. В последнее время в промышленности
используются удлиненные слитки с отношением = 3-5-5,
Таблица 6
Сопоставление показателей
дли обычных и удлиненных
слитков (28]
Масса слитка в т Вых Од год- ного а % Продол- житель- ностъ нагрева перед коакой в ч Экономия от примене- ния удли- ненных СЛИТКОВ- э %
я е; с Q 1-| 54 54 54 60 68 1 м^шни- г-j о К - ног0 ! времени
3,8 2,95 4,2 3,5 4А 3,5 7,3 5,8 12,0 10,5 59Л 77,0 63,1 75,0 64,0 77,0 61,0 77,0 63,2 77,0 12,0 5,5 1,59 1,32 12,0 5,5' 17J5 7,0 1,58 1,30
Примечание. Цифры в зна- меЕтателе относятся к обычным, а в числителе — к удлиненным слиткам.
если осадка отсутствует или
если предусматривается раз-
рубка слитка на части. Здесь
прибыльная часть является
продолжением пирамидальной
формы слитка. Отходы при от-
делении прибыльной части слит-
ка составляют всего около 12%,
а донной части слитка 1—3%.
Химический состав металла
удлиненных слитков более одно-
родный, чем состав обычных
слитков, а металл имеет боль-
шую плотность за счет мень-
шего количества пустот и пу-
зырей; это позволяет уменьшить
уковку для устранения следов
литой структуры при ковке.
Из табл. 6 видны преимуще-
ства удлиненных слитков перед
обычными.
В отечественной промышлен-
ности освоена отливка удлинен-
ных слитков массой до 12 т.
Разновидностью кузнечных
слитков являются полые
слитки, которые могут быть
получены следующими спосо-
бами: разливкой в обычные из-
ложницы со вставленными в них
земляными стержнями или холодильниками, отливкой в землю,
удалением жидкого металла из середины остывающего слитка
и центробежной отливкой. Наиболее технологичным оказался
способ отливки слитков в обычные изложницы с внутренним
холодильником, разработанным НКМЗ. В изложницу помещается
тонкостенная труба, внешний диаметр которой соответствует
диаметру отверстия полого слитка.
Перед заливкой металла в изложницу в трубу вставляется
стальной стержень для предотвращения расплавления и дефор-
мирования трубы. По окончании заливки изложницы стержень
извлекается из трубы, а на его место устанавливается холодиль-
ник водяного действия. Внешние размеры и формы полого слитка
м
такие же как и у обычного сплошного слитка; исключение со-
ставляет несколько меныпая его длина (отношение ^сл ^ср —
~ 1,25). У этих слитков важным условием для кристаллизации
является соотношение LCJt : б =sr 4, где б — толщина стенки по-
лого слитка. Развес слитков не имеет особых ограничений. При-
менение полых слитков эффективно для поковок с отверстиями,
так как устраняется операция прошивки. Нагрев полых слитков
может быть менее продолжительным, чем нагрев сплошных слит-
ков, осуществляется без предварительных выдержек и до более
высоких температур. Эти слитки не имеют осевой рыхлости и вне-
центренной ликвации, за исключением преднрибыльной части
слитка.
Малоприбыльные и бесприбыльные слитки
получают при подогреве и специальном утеплении надставки
в период заливки и остывания стали в изложнице. Металл, за-
держивающийся относительно длительное время в жидком со-
стоянии, питает небольшую по объему зону усадочной раковины,
которая оказывается высоко расположенной. Коэффициент выхода
годного при ковке из таких слитков достигает 0,84—0,87.
Слитки с повышенной конусностью (до
10% вместо обычных 5%) применяют для укорачивания области,
в которой расположена усадочная раковина. Компактная рако-
вина получается в результате уменьшения перемещения металла
вдоль оси слитка в процессе его остывания.
Увеличенная конусность слитка способствует повышению
однородности металла, что приводит к уменьшению разброса
показателей механических свойств по сечению слитка.
Основной причиной неоднородности механических свойств
по сечению" слитка является его химическая неоднородность и,
в частности, различное содержание углерода в разных местах
слитка. На рис. 3 приведены результаты исследования двух
слитков массой 19 т из стали 55Х на содержание углерода вдоль
их оси, которое в пределах конусной средней части слитка (раз-
мер £0) изменяется ~0,5 до 0,75%, т. е. в 1,5 раза, а по всей
длине более чем в 2 раза.
На рис. 4 приведены аналогичные данные, характеризующие
распределение углерода по радиусам в разных местах (по длине)
слитка. Здесь по оси ординат показано содержание углерода,
а по оси абсцисс — относительное расстояние от оси слитка (в %),
Из этого графика следует, что неоднородность распределения
углерода в радиальном направлении повышается по мере при-
ближения к прибыльной части слитка, причем наибольшие коле-
бания неоднородности относятся к уровню 1—1 (см. рис. 3) вблизи
перехода конусной части слитка к прибыльной, где они дости-
гают 1,4 кратного.
Исследование показало, что, несмотря на повышение содержа-
ния углерода по направлению к периферии от оси слитка, предел
23
прочности у края слитка выше, чем вблизи оси, что является
результатом рыхлости металла слитка под усадочной раковиной.
Помимо химической неоднородности, качество металла снижает
значительное количество дефектов, имеющихся в слитках. Кроме
усадочной рыхлости, пустот и пузырей, в слитках могут быть
трещины и плены1.
Катаный металл. Для штамповки применяется прокат
черных металлов^разнообразных профилей (рис. 5). Для ковки
Рис. 3. Распределение углеродапо
оси слитка массой 19 000 кг из
стали 55X
1 — 1, II—II, III— 111 - уровни, С.О-
ответетаующие различным зонам слитки
Рис. 4, Распределение углерода па раз-
личных уровнях (/—/; II—П; HI—III)
по радиусу слитков из стали 55Х:
а — расстояние от оси слитка до точки, в ко-
торой бралась стружка; — радиус слитку
на данном уровне
используется прокат только простейших профилей (рис. 5, а, б)',
из полученных после его разрубки заготовок изготовляют по-
ковки небольших и средних размеров. Прокат поставляется со-
гласно ГОСТам по габаритным размерам, профилям, точности раз-
меров и маркам стали. Поковки изготовляют из конструкционной
(поделочной), инструментальной и специальных сталей различ-
ного химического состава и качества. К этим сталям относятся
углеродистая обычного качества (группа А, металл которой по-
ставляется по показателям механических свойств, и группа Б —
по химическому анализу с нормальным и повышенным содержа-
нием марганца) и качественная.
Из специальных марок сталей для изготовления поковок при-
меняются качественные и высококачественные (у них рядом с обо-
значением марки ставится буква А), а также селективные, содер-
1 Данные по слиткам см. Л. Н, Соколов, Исходные материалы для ковки
и штамповки, М.. ИГО МАШИРОЛ1, 1961.
24
Рис. 5 Типы прокатных профилей, при-
меняемых для ковки и штамповки;
//о — сторона квадрата; — диаметр заго-
товкн; Lo — длина периода заготовки; £ —
жащие легирующие элементы в меньших пределах, чем это ого-
ворено в соответствующих ГОСТах.
Для штамповки используются все виды проката нормальной
и повышенной точности, а также калиброванный металл по 3-му,
4-му и 5-му классам точности.
Обжатая болванка (блюмы) (рис/ 5, о)? В попереч-
ном сечении она представляет собой квадрат с вогнутыми гранями
и закругленными ребрами.
Размеры Но стороны болва-
нок составляют 140—450 мм
с допусками от ± 5 до ± 10 мм
при минимальной длине 1 м
и максимальной 6 .и. Этот вид
заготовки может применяться
для относительно больших
поковок.
Сортовой прокат
(рис. 5, б). К нему относится
катаная заготовка круглого
и квадратного сечения.
Размеры круглого сече-
ния заготовки (диаметр)
5—200 мм и квадратного
сечения (размеры сторон)
6—250 мм- нри торговой дли-
не 2—6 мм.
Профильный пр о -
кат (рис. 5, в) имеет разно-
образную форму сечения.
Применение профильного
проката связано с сокраще-
нием подготовительных опе-
раций при штамповке. При
использовании такого прока-
та удается значительно упро-
стить процесс штамповки,
при этом'стоимость поковок
обычно снижается. толщина полосы
(“Прокат периодического профи л’я (рис. 5, г)
имеет неодинаковые поперечные сечения по длине. Получают его
продольной прокаткой (с образованием и последующей обрезкой
местного облоя) или поперечной прокаткой на специальных ста-
нах, устанавливаемых иногда непосредственно в кузнечных цехах.
Прокат периодического профиля находит сейчас большое при-
менение в крупносерийном производстве поковок, так как при
штамповке фасонных заготовок исключаются подготовительные
операции.
25
Полосовая заготовка (рис. 5, д) для горячей штам-
повки применяется толщиной более 5 лглг Наибольшее распростра-
нение получила углеродистая полосовая сталь. Применяется также
конструкционная сталь, специальная, качественная и высокока-
чественная.
Из цветных металлов для горячей штамповки применяют сплавы
алюминиевые, медные, магниевые, титановые и др.
Рис. 6. Классификация заготовок: Яо; О0; — размеры
заготовок
Цены на металл устанавливаются в зависимости от вида про-
филя и точности прокатки сплава данного химического состава н
в соответствии с техническими условиями. При повышенных тре-
бованиях к металлу взимается дополнительная оплата. К ним от-
носится размер проката (мерность или кратность длины, допуск
по'диаметру), величина зерна, химический состав металла и т. д.
Разновидности заготовок (рис. 6). На склады исходных мате-
26
риалов штамповочных цехов металл поступает в виде прутков так
называемой торговой длины (2—6 м). Наибольшее распространение
получили прутки длиной 2—4 .и. В отдельных случаях штамповку
осуществляют непосредственно от прутка [торцовая высадка на
горизонтально-ковочных машинах и концевая штамповка пер-
пендикулярно оси заготовки на прессах н молотах!. При работе
на автоматах часто применяют бунтовую заготовку. Индивидуаль-
ные заготовки по профилю подразделяются на простые и
фасонные. К заготовкам простого профиля относятся круг-
лые, квадратные и прямоугольные заготовки (рис. 6).
Фасонные заготовки имеют переменное сечение по оси и более
сложную конфигурацию, которая может быть получена отлив-
кой, ковкой, пред в'а рительной штампов-
кой, прокаткой или вальцовкой. Заготовки про-
стого и фасонного профилей бывают штучными, спарен-
ными и м н (поштучными.
По размерам заготовки подразделяются на мерные, кратные и
произвольной длины (в пределах торговой и меньшей длины).
§ 2. РАЗДЕЛКА ИСХОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ЗАГОТОВКИ
Рис. 7. Схема резки металла на нож-
ницах
Разделка слитков является операцией ковки и поэтому здесь
не рассматривается. Исключение составляют слитки из высоко-
легированной стали, которые разрезаются на пилах.
Разделка исходного металла на заготовки производится обычно
в заготовительном отделении кузнечно-штамповочного цеха.
Наличие разнообразных ма-
рок стали, применяемых при
штамповке профилей и их раз-
меров, а также различные тре-
бования, предъявляемые к за-
готовкам при штамповке, при-
водят к необходимости исполь-
зовать приведенные ниже спо-
собы разделки прутков на за-
готовки.
Реэка^на ножницах. Наибо-
лее дешевой, производительной
и распространенной разделкой
прутков на заготовки является
резка их на кривошипных нож-
ницах. Рабочими деталями у ножниц являются верхний 1 и ниж-
нии 2 ножи, пряжим 3 и упор 4 (рис. 7). Пруток 5 расположен пер-
пендикулярно режущим кромкам ножей на нижнем неподвижном
ноже вплотную к подвижному упору, с помощью которого обе-
спечивается свободное удаление отрезанной мерной заготовки 6.
27
Резку металла осуществляют по следующей схеме (рис. 8).
В момент надавливания ножей / и 2 на пруток размером О0 в нем
возникают упругие деформации. Под действием смежно располо-
женных ножей образуется пара сил с моментом Ра, стремящаяся
повернуть и изогнуть пруток, вследствие чего каждый нож ка-
сается прутка только частью рабочей поверхности, под которой
металл подвергается смятию. Здесь наблюдается неравномерное
распределение напряжений смятия, которые возрастают вслед-
ствие увеличения степени и сопротивления деформации по мере
приближения к режущей кромке ножа. Повороту прутка, про-
двинутого до упора 4, препятствует сила Q прижимного при-
Рис. 8. Механизм процесса резки пруткового металла:
— аины смятия металла торцами ножей на величину с (образование блестящего цоЯска):
б — зоны утяжки; в — зоны внедрения кожей; г — зоны скола
епоеобления 3 ножниц, поэтому угол tpe незначителен. В мо-
мент, когда напряжения от действия ножей больше сопроти-
вления пластической деформации металла, происходит внедрение
(на величину с) ножей в пруток; при этом по месту реза образуется
блестящий поясок. Внедрение ножей сопровождается утяжкой со-
седних с ножами участков металла. Так как на левую часть прутка
действуют сила P:i нижнего ножа и сила Q прижима, препятст-
вующая повороту этой части прутка, а на правую — отрезаемую
часть прутка — сила Ре, способствующая повороту конца прутка
на угол фп, т0 Угол > Vs- Эти углы, характеризующие неоди-
наковое смятие металла верхним и нижним ножами, называют
углами смятия. Очевидно, что с учетом силы Q и массы прутка
силы, действующие со стороны верхнего и нижнего ножей, тоже
неодинаковы (Ра<.Рн)-
По достижении максимально возможной для данной стали ве-
личины внедрения ножей (виды А и Б) образуются встречные
трещины, профиль которых виден слева на схеме. Эти трещины
иногда называют опережающими, так как они опережают дви-
жение ножа.
При нормальной величине зазора г между ножами противо-
28
[дельно рабочим кромкам ножей.
положные трещины сходятся, образуя сплошную, но криволиней-
ную поверхность отделения заготовки от прутка. Если зазор z
меньше необходимого, то направления трещин не сходятся, а обра-
зуется новая трещина, которая соединяет концы двух предыдущих,
что приводит к появлению козырьков на срезанной поверхности
(рис. 9, а). При штамповке такой заготовки получаются складки.
Очень большой зазор г при резке пластичной стали вызывает
значительную утяжку и заусенцы, что, в свою очередь, может при-
вести к браку (рис. 9, б).
Причиной чрезмерно ко-
сого среза (рис. 9,в), характе-
ризуемого углом скоса у, яв-
ляется большой угол (р„ пово-
рота прутка к моменту скола
(см. рис. 8), который образу-
ется вследствие недостаточ-
ной силы Q прижимного уст-
ройства или слабого прижа-
тия прутка к упору. Если
сталь недостаточно пластич-
на, то по месту скола образу-
ются (рис. 9, а) вырывы. При
резке недостаточно прогретой
легированной стали получа-
ются трещины по месту скола
(рис. 9, сЭ), они направлены
вдоль оси заготовки napaj
Практически установлено, что номинальный зазор z должен
составлять примерно 2—4% от толщины разрезаемого прутка.
При таком зазоре заготовка имеет нормальный профиль среза
(см. рис. 8). В табл. 7 приведены ориентировочные данные о номи-
нальной величине зазора z между ножами.
Таблица 7
Зависимость величины номинального зазора между ножами
от размера сечения прутка
Зазор ? Диаметр или сторона квадрата Нс в мм
50 51—во 31—100 Ю1 —120 Ш-150
В До 1,0 1—1,5 1,5—2,5 2,5—3,5 3,5—5,0
О % » 2,0 2,0 2,0—2,5 2,5—3,0 3,0—3,5
Внедрение ножей в металл сопровождается появлением гори-
зонтальных сил Т, которые немного раздвигают ножи, увеличивая
зазор между ними. Затупление ножей также увеличивает зазор
между ними.
29
Следовательно, фактический зазор обычно больше
номинального (табл. 7). Экспериментальные опыты, про-
веденные в лаборатории, показали, что минимальный фактический
зазор в условиях нормального среза достигает — 5% от толщины
разрезаемого металла. Для уменьшения косины при срезе пруток
до начала резки надлежит плотно прижать к ножу, для чего должна
быть обеспечена надежность прижимного устройства (сила Q).
Рис. 10. Зависимость сопротивления срезу при резке металла ножами
от относительной глубины надреза твердого и мягкого металла (а) и
от температуры металла (б)
Условия резки металла характеризуются относительной глу-
биной надреза
где ДД — глубина внедрения ножа в заготовку в момент появле-
ния встречных трещин;
D(i — диаметр заготовки.
Сопротивление срезу
__ _Р_
~ Г(> »
где Fo — площадь сечения заготовки.
Максимуму на кривой в координатах стср — и (рис. 10) соот-
ветствует величина ocf)I при которой возникают опережающие тре-
щины. После соединения концов трещин сопротивление срезу
резко падает.
Твердая сталь характеризуется относительно небольшой глу-
биной внедрения ножа в заготовку (в 0,12 0,1.5) и большим
сопротивлением срезу (кривая I на рис. 10, а). Для мягкой стали
(кривая 2 на рис. 10, а) характерны значительная глубина пла-
30
этического внедрения ножа в заготовку (в = 0,354-0,40), но неболь-
шое напряжение в момент скалывания, поэтому на резку мягкой
и твердой стали затрачивается примерно одинаковое количество
работы. . „
Резка легированной стали, особенно при больших сечениях
заготовок, осуществляется в нагретом состоянии. С увеличением
температуры нагрева (рис. 10,6) значение максимума на кривых
уменьшается, а глубина пластического внедрения ножей возра-
стает (увеличивается абсцисса максимума). Чем больше сечение
прутка, тем больше усилие резки и тем целесообразнее применять
подогрев металла Для уменьшения сопротивления деформации.
Заготовки из мягкой стали при резке подвергаются значитель-
ному смятию ножами. Подогрев стали до 250—350° С, как известно,
приводит к увеличению сопротивления деформации, что исполь-
зуется для получения более чистого среза прутков из мягкой стали.
Среднеуглеродистая сталь обычно подвергается нагреву только
при резке больших сечений (свыше 120—150 мм). Высокоуглеро-
дистая и легированная стали нагреваются (выше 350° С) для умень-
шения сопротивления деформации и во избежание образования
трещин при резке.
Практически эти стали нагревают до 400—700° С в зависи-
мости от химического состава материала и размера заготовок.
Нагрев до более высоких температур приводит к недопустимому
искажению формы заготовки при резке и к интенсивному образо-
ванию окалины. Для некоторых марок стали холодная резка
осложняется тем, что металл поступает в неотожженном состоянии.
Если отжиг стали проводится только для облегчения резки, то
последнюю целесообразно производить с подогревом неотожжен-
ного металла.
Работа резки определяется площадью, ограниченной в извест-
ном масштабе кривой сопротивления резанию (рис. 10):
А = [ FcpccflDf,d& = F.pD0\ дж (кГ-м).
Сопротивление срезу меньше предела прочности стали при
той же температуре и равно оср 0,7 ч-ОДо^.
К недостаткам процесса резки на ножницах следует отнести
кривизну профиля среза. Вследствие непостоянства кривизны и
трудности ее контроля искажением формы заготовок пренебре-
гают, что приводит к уменьшению коэффициента использования
металла. Еще большие потери металла наблюдаются при появле-
нии чрезмерной косины среза (угол у, рис. 9, в).
На практике угол у достигает 12°. При достаточно жестком
прижиме и креплении ножей, а также при уменьшении угла за-
острения режущей кромки на 3—6° можно добиться того, чтобы
У <24-3°.
Резка прутков в штампах. Дли повышения качества среза
прутков относительно небольшого диаметра (до 50 мм), а также
при отсутствии ножниц применяют специальные отрезные
Рис. 11. Од подпорный штамп длзт резки прутковых заготонок на кривошипном
прессе:
/ нижний башмак; 2 — нож нижний; 3 — прижимная планки: 4 — верхний башмак;
5 — державка; 6 — нож верхний; 7 — стакан для пружины прижимного устройства;
Я — упор; 9 — прогивоотжим
штампы, устанавливаемые на кривошипных прессах. Резка
в простейшем одноопорном штампе (рис. 11) по схеме действия
особых
ножницами, поэтому
ножен не отличается от резки
Рас. 12. Дьухолорный штамп для одновре-
менной отрезки двух заготовок'.
/ — нижний башмак; 2 — державка нижних
ножей; 5 — нижние ножи; 4 — направляющая
скоба; 5 — ьерхние ножи; 6 — державка верхних
ножей; 7 — упор
преимуществ (за исклю-
чением точного направ-
ления ножей в штампе
с колонками) она не имеет.
Штамп, выполненный по
схеме двухопорного (рис.
12), разрезает одновре-
менно две заготовки оди-
наковой или разной дли-
ны. При различной дли-
не заготовок одна из них
попадает в тару через
окно в башмаке штампа
н в столе пресса, а дру-
гая — по наклонной пло-
скости башмака в тару
вне пресса.
Штампы рекомендуется
применять для отрезки относительно коротких заготовок.
Если на ножницах нормальная резка происходит при относи-
тельной длине заготовки 0,6->0,7, то в штампах удается
3S
отрезать заготовки при —- > 0,3 (например, из такой стали
как ШХ15).
Резка заготовок в штампе с круглыми ножами (рис. 13) точ-
нее чем при резке обычными ножами. Круглыми ножами разре-
зают калиброванные прутки, причем отверстия ножей превышают
диаметр прутка на 0,3—0,5 мм. Длина отрезаемых заготовок равна
нескольким диаметрам прутка. Это обусловлено значительной дли-
ной ножей, разрезающих прутки без прижимного устройства.
Поворот ножа на угол, равный 60°, обеспечивает шестикратное
Рис. 13. Штамп с круглым ножом для разрезки калиброванных прутков:
J — гайка с входным отверстием для прутка; 2 — неподвижный круглый нож; 3 — по-
движный круглый нож; 4 — гайка с выходным отверстием для заготовки; 5 — державка
подвижного ложа; 6 — пружина, возвращающая подвижный нож в исходное положение;
7 — установочный винт; 4 — регулируемый фиксатор, обеспечивающий соосности круг-
лых ножей; 9 — нажимная плита пресса
его использование. При двухсторонней режущей кромке ножи
могут быть 12-кратно использованы без ремонта. В качестве ма-
шины-орудия для резки в штампах используются кривошипные
прессы, конструкция которых рассчитана на максимальное усилие
не в конце хода, а несколько раньше его (на угол поворота —20—
30° до конца прямого хода) и аналогична, например, конструкции
обрезных прессов. Поэтому при использовании для резки прутков
штамповочных прессов, рассчитанных на наибольшее усилие
в конце хода, нельзя ориентироваться на их номинальное усилие,
указанное в паспорте.
Конструкция инструмента и его проектирование. Габаритные
размеры ножей должны соответствовать размерам ножевого про-
странства ножниц или штампа. Ширина (толщина) b ножей опре-
деляется в зависимости от схемы их установки. Если ножи
3 Я. м. Охрименко БЭ7 33
находятся друг от друга на расстоянии, равном величине за-
зора г, то
где Е — расстояние между плоскостями крепления ножей в мм.
Если ножи скользят друг по другу на холостом ходу ножниц, то
Для получения необходимого зазора в ножах предусмотрены
пазы глубиной (рис. 14). Эта схема работы ножей удачнее пер-
Рис. 14. Ножи в рабочем положении:
л — для круглых прутков; б — для квадратных прутков; в — для ножниц, усилием
4,4 Л!к (450 т)
вой, так как обеспечивает параллельность движения ножей и
автоматическое регулирование нужных зазоров. Толщина ножей
практически составляет 0,4—0,5 от £)0.
Высота ножей h подбирается исходя из расстояния между
опорными плитами ножей и величины перекрытия ножей С:
г, _ ffmax ' Ь
Наличие перекрытия ножей исключает удары ножей друг
о друга, его может не быть только в штампах с колонками.
Величина перекрытия может быть найдена следующим образом:
С = 16 + kD0 или С = 16 -F V 2 kHb,
где k — коэффициент пропорциональности, зависящий от диа-
метра круглой заготовки или диагонали квадрата.
Do или Do 40 60 80 100 120 160 180 250
k 0,02 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09 0,1
34
Рис. 15. Сопротивление срезу
при резке прутков среднеугле-
родистой стали квадратного
сечения:
J — по стороне; 2 — по диагонали
Длина ножей I устанавливается по соответствующему размеру
ножевого пространства ножниц.
Радиус R рабочей выемки ножей для резки круглых прутков
должен обеспечивать свободное вхождение прутка данного диа-
метра, при этом R = где Д — верхнее отклонение до-
пуска на прокатку прутка. Меньший размер радиуса может вы-
звать раскалывание ножа, а больший — смятие прутка. Однако
для свободного вхождения прутка, у которого могут быть заусенцы,
оставшиеся от резки в прокатном
цехе, рекомендуется увеличивать R
на величину, равную 2% от-™-.
При резке круглых профилей
для каждого размера прутка преду-
сматривается отдельная пара ножей.
Ножами, предназначенными для рез-
ки прутков квадратного сечения,
можно разрезать прутки и неоди-
накового размера при Нп < Нр
(рис. 14, б), где Нр — наибольший
размер стороны квадратного сече-
ния прутка, разрезаемого на данных
ножницах.
Режущие кромки ножей имеют
прямой или острый угол; при этом
скос ножа не превышает —5° (на
рис. 14, в скос равен 3°). Наличие
скоса ножа облегчает резку, но при-
водит к увеличенному смятию металла, поэтому такие ножи не
следует применять при резке мягкой стали или стали, нагретой
до высоких температур.
Резка прутков квадратного сечения может быть осуществлена
по стороне или по диагонали. Во втором случае смятие металла
получается меньше, поверхность среза чище, а затрачиваемая ра-
бота и усилие на 15—20% ниже (рис. 15).
Профиль рабочей выемки ножей строят следующим образом.
По найденным, как было установлено выше, габаритным размерам
ножей и величине хода ножниц вычерчивают ножи в положении
полного раскрытия (расстояние между нерабочими торцами ножей
составляет Йтах) и отмечают нижнее положение верхнего ножа
(при этом фиксируют размер Ят,п). Одновременно определяют раз-
мер перекрытия ножей С. При построении рабочей выемки для
разрезки круглых прутков (рис. 16) используют уже известную
величину радиуса R рабочей выемки ножей. Для того чтобы облег-
чить установку прутка в отверстие между ножами, ему придают
овальную форму с наибольшим расстоянием между кромками
3* 35
ножей hd\ при этом расстояние между центрами выемок ножей
рекомендуется находить из равенства
2т = 2 (0,05-н 0,2) /?. (2)
Откладывая от центра системы О вверх и вниз отрезки, рав-
ные т, находят центры выемок радиуса R. Для развала выемок
Рис. 16. Схема построения ручья ножа
вертикальные стенки их
вы п ол н яют под у гл ом
Р = 8-т-12°. Из рис, 16
видно, что полезная часть
рабочего хода верхнего
ножа составляет следую-
щую величину:
Х = По-(Лй-5), (3)
где S — полный ход ножа.
Гарантийная величина
полезного хода должна со-
ответствовать
X > (0,8-ьО,9) Do. (3')
Рис. 17. Схема построения ручья
ножа для разрезки квадратных
прутков (по В. Л. Раскинду)
для разрезкипрутков Минимальная величина
полезного хода может
быть установлена по силовым графикам для резки (рис. 10).
Положение максимума на этих кривых по оси абсцисс опреде-
ляет момент разделения прутка на части. Увеличение хода ножа
до размера X обеспечивает про-
талкивание заготовки до ее свобод-
ного падения в тару.
Конструирование инструмента
для резки квадратных прутков
осуществляется следующим обра-
зом (рис. 17). Для нахождения
глубины рабочей выемки h при
резке по диагонали прутка со сто-
роной Но составляется уравнение
по схеме расположения ножей
(рис. 17)
h = (Яо + т) cos 45э + 0,5С. (4)
При наибольшем допустимом
прутке величина просвета т = О,05Но, если С = 16 + ЛН0]/2.
После соответствующей подстановки находим /imin 0,8/7о 4-
-Н 8 мм. Если размеры прутка меньше Но, то необходимо прове-
рить, достаточна ли полезная часть рабочего хода ножниц для
36
разрезки прутка. Разрезка и проталкивание квадратных заготовок
гарантируются при коэффициенте сдвига
<5>
Ножи бывают (рис. 18) одноручьевые, многоручьевые, цельные,
разрезные и со вставками. Круглые цельные ножи 1 применяются
в штампах. Среди одноручьевых ножей встречаются ножи 2 и 3
Рис. 18. Классификация ножей
с запасными рабочими выемками на различных гранях инстру-
мента, используемые поочередно. Многоручьевые ножи позволяют
производить резку поочередно или одновременно в двух или в трех
ручьях (позиции б и 5 соответственно), расположенных на общей
грани инструмента, Для лучшего использования инструментальной
стали ручьи могут быть расположены на двух, трех и даже четырех
гранях ножа. С этой же целью каждую рабочую выемку можно
использовать с двух сторон (если угол рабочей кромки 90°).
Ножи со вставками применяются для экономии инструменталь-
ной стали, причем у каждой вставки ручьи могут быть располо-
жены на одной или нескольких гранях (позиции 4 и 3) для по-
очередного их использования. Составные ножи применяют только
для резки по диагонали крупных прутков квадратного и прямо-
угольного сечений. Многоручьевые ножи имеют увеличенные га-
баритные размеры, но относительный расход стали, идущей на
их изготовление, меньше, чем на одноручьевые.
37
Кроме того, они обеспечивают большую производительность,
так как не требуют замены до момента затупления рабочих кромок
всех ручьев (если ручьи одинаковые) или при переходе на резку
другого профиля (если ручьи разные). При наличии различных
рабочих выемок, расположенных рядом, можно разрезать круглые
прутки нескольких размеров, не сменяя ножа.
При изменении размеров прутков квадратного профиля на-
личие дополнительных рабочих выемок у ножей не требуется.
Для увеличения стойкости ножей успешно применяют на-
плавку рабочих кромок твердыми сплавами. Для этого по кромке
ножа выполняют канавку (обычно 10 X 10 мм), которую запол-
няют твердым сплавом. Для изготовления ножей используют сле-
дующие основные инструментальные стали: 5ХГТ, 5ХГМ, 4ХС,
8X3, У10 и др.
Подбор ножниц. Ножницы бывают кривошипные, эксцентри-
ковые и кулачковые. В отличие от прессов ножницы имеют неболь-
шое число ходов [9—45 ход/мм для ножниц усилием 0,4—16 Мн
(-40—1600 т, ГОСТ 8248—56)1-
Усилие резки определяется по следующей формуле:
= ^?с^ср, (6)
где Рн — усилие резки в н (кГ);
k — коэффициент, учитывающий затупление ножей, влия-
ние скорости резки и др. (по опытным данным k = 1,7);
Fcp - площадь среза в .я2 (.илг);
<jcp — сопротивление срезу в Мн1м? (кГ/мм2) (по рис. 10
принимается наибольшее значение аср для каждого
случая).
Принимая аср = 0,8o>, будем иметь
Рн = (6')
где — предел прочности разрезаемого металла при темпера-
туре резки.
После подсчета величины Р„ выбирают ножницы из размер-
ного ряда, при этом необходимо ориентироваться на равное или
ближайшее большее значение усилия ножниц относительно рас-
четного. Аналогично рассчитывают усилие прессов при резке
в штампах.
В кузнечных цехах применяют до 15 типоразмеров ножниц
усилием на ножах от 0,24 до 24,5 Мн (—25—2500 т). В каталогах,
помимо усилия, обычно указывают наибольшие размеры прутков,
которые можно разрезать 'на ножницах каждого типа. Обычно
усилие пресса отнесено к стали при <гв = 440 Мн/м1 (—45 кГ/мм2).
Для того чтобы установить, какой наибольший размер прутка
допускается при резке с другим пределом прочности, нужно
38
провести соответствующий пересчет. Например, для квадратных
прутков со стороной сечения Но получим
Рн^. 1,4ЛР^ = 1,47/К
где Но — допустимый размер прутка стали с большим или мень-
шим пределом прочности, чем ств = 440 Л4н/л;а
(~45 кГ/мм'2)',
<з‘в — предел прочности стали, для которой выполняется
пересчет,
откуда ___
Но - 0,83 |/А (7)
Для круглых прутков соответственно имеем
(Г)
Если резке подвергается предварительно нагретый металл, то
при расчете берется предел прочности при его температуре нагрева.
В табл. 8 даны характеристики ножниц, изготовляемых в СССР.
На качество и точность резки заготовок большое влияние ока-
зывают вспомогательные механизмы ножниц, особенно меха-
низмы упора и прижима заготовки. На современных ножницах
эти механизмы выполнены в виде гидравлических, пневматических
или пружинно-рычажных систем. Хорошие эксплуатационные ка-
чества показали ножницы со следующим устройством вспомога-
тельных механизмов (рис. 19). Пруток квадратного сечения, раз-
резаемый по диагонали, установлен на рольганге / (рис. 19, а).
Фиксация длины мерной заготовки, подлежащей отрезке, обес-
печивается подачей прутка слева направо вплотную к механизму
упора 2, размещенному на салазках и регулируемому упорным
винтом со штурвалом. Механизм упора имеет систему шарниров
и рычагов, один из которых 3 служит для непосредственного кон-
такта с прутком. Чтобы избежать интенсивного износа упора
при ударах, рычаг 3 снабжен сменным вкладышей 4 из инструмен-
тальной термически обработанной стали. В начале очередной резки
(рис. 19, б) пружинное устройство 5 пневматического действия
прижимает пруток к нижнему неподвижному ножу, укрепленному
на станине 6. Ползун ножниц 7 с укрепленным на нем верхним
подвижным ножом движется вниз и отрезает очередную заготовку
(рис. 19, в). При этом срабатывает механизм упора 2 под действием
пневматического цилиндра. На обратном ходу ножниц все описан-
ные устройства принимают исходное положение (рис. 19, г), при-
чем восстановление исходного положения рычагов механизма
упора происходит под действием пружины.
40
Ряс, 19. Устройство жхййи&мов упора и прижима на ножницах
•4J
При резке круглых заготовок кольцевыми кожами хорошо
работает устройство упора, показанное на рис. 20. Пруток перед
отрезкой упирается в шарнирный упор 1 (рис. 20, а). После от-
резки заготовки подвижный нож 2 вместе с обоймой перемещается
вниз и надавливает на регулируемый стопорный болт выталкива-
теля 3, который, вращаясь, надавливает верхним концом с вы-
ступом на мерную заготовку и несколько выдвигает ее из коль-
цевого ножа (рис. 20, б}. Теперь при движении ножа вверх
(рис. 20, в) выступающая из него заготовка наталкивается на зуб
упора 1 и приподнимает его. Это позволяет прутку вытолкнуть
окончательно из кольцевого ножа отрезанную заготовку. В этот
Рис. 20 Автоматический упор на ножницах при резке прутков кольцевыми
ножами
момент зуб упора возвращается в исходное положение (рис. 20, г),
а передвигаемый пруток вновь упирается в зуб упора 1, что поз-
воляет совершать очередную отрезку мерной заготовки.
Дозирующие механизмы, обеспечивающие точность по массе
или размерную точность мерных заготовок, монтируют непосред-
ственно на ножницах или рядом с ними. Относительно большей
простотой устройства отличаются дозирующие механизмы с ве-
совым датчиком, работа которого ограничивается регистрацией
лишь одного параметра — массы. Для корректирования массы оче-
редной заготовки служит масса предыдущей мерной заготовки.
В этом механизме (рис. 21) пруток, упирающийся в упор 1, регу-
лируется вращающимся приводом 2. Отрезанная заготовка, по-
падая на тарелку весов 5, поворачивает их ось, которая, в свою
очередь, поворачивает рейку задающего ферродинамического дат-
чика 6 (тип ДФ-2). Обмотки возбуждения двух последовательно
соединенных датчиков 6 и 7 следующей цепи включены в цепь
переменного тока напряжением 24 в. Цепи рамок соединены по-
следовательно через делители напряжения и предваритель-
ной настройки. Поворот рамки датчика 6 вызывает в цепи сдвиг
фаз токов, благодаря чему усилитель 8 обеспечивает питание кон-
денсаторного двигателя 4, вращающего привод 2 упора 1. С при-
42
водом скреплен сельсин-датчик 3, связанный с сельсин-приемни-
ком 9 поворот ротора которого обеспечивает поворот рамки ком-
пенсирующего ферродинамического датчика 7, восстанавливаю-
щего равновесие в цепи рамок. Такое устройство дает возмож-
ность получить точность дозировки до +0,5% [52J.
Более совершенный дозатор СШТ-10 (рис. 22) основан на ра-
диоактивном излучении р-частиц, поток которых от источника 1
Рис. 21. Схема весового дозирующего устройства
частично поглощается прутком, и пластиной из плексиглаза; остав-
шаяся часть поступает через прорези пластины 2 в приемники 3.
Сравнение электроимпульсов приемников 3 и эталонного прием-
ника 4, облучаемого источником 5, обеспечивается мостовой схе-
мой, в одно плечо которой параллельно включены Два измеряющих
приемника, а в другое — эталонный. Другие два плеча состоят
из переменных сопротивлений Т?4 и
Диагональ моста, питаемого постоянным током, соединена
с конденсаторным двигателем 8 (для обратной связи) через
вибропреобразователь 6 и фазочувствительный усилитель 7. При
разбалансе моста двигатель вращает винт и соответственно штор-
ку 9, регулирующую путь fl-частиц к эталонному счетчику. Пере-
мещение шторки прекращается при восстановлении баланса моста
и прекращении питания двигателя. Так как шторка связана с упо-
ром 10 (механически), то его положение регулируется в зависи-
мости от изменения размера прутка. Настройка измерителя осу-
ществляется по эталону 152].
Ломка прутков на хладноломе. При деформации надрезанных
образцов возникает концентрация напряжений.
При резко выраженной концентрации напряжений наблюдается
понижение пластичности и хрупкое разрушение металла. Это объ-
ясняется тем, что местные напряжения вблизи надреза могут
превысить предел прочности раньше, чем среднее напряжение в се-
чении достигнет предела текучести металла; при этом образуется
трещина и почти мгновенное разрушение образца без значи-
тельной пластической деформации.
Скорость распространения трещин в подобных случаях дости-
гает 1000 м.1 сек, что составляет примерно 0,2 от скорости распро-
странения упругой волны в стали. Эти явления используются для
разделки прутков на мерные заготовки при помощи так называе-
мых хладноломов. Хладнолом (рис. 23) представляет собой устрой-
ство, состоящее из двух опор 1, 2, устанавливаемых на расстоя-
нии /0, и ломателя 3, между которыми размещается пруток, под-
лежащий ломке (рис. 23, а). При ломке прутка в вертикальной
плоскости л ома тел ь 3 может быть расположен над прутком и под
ним. По условиям безопасности работы рекомендуется ломатель
устанавливать под прутком (рис. 23). По этой же причине для
хладнолома предпочитают вертикальные прессы.
Перед ломкой пруток размечают и надрезают. При ломке
прутка надрез должен находиться с противоположной стороны
ломателя посередине между опорами во избежание появления
косины и значительной волнообразности контура излома. Под
действием силы Р вблизи надреза возникают растягивающие на-
44
пряжения, которые, концентрируясь и возрастая в опасном се-
чении (см. эпюры напряжений на рис. 23, б), обеспечивают ломку
прутка почти без пластической деформации. В этом случае рабочий
ход равен не более 5—10% от величины Но.
Большое значение для ломки имеют форма и размеры надреза:
чем уже надрез и чем меньшим радиусом он выполнен при данной
его глубине, тем в большей степени проявляется концентрация
Рис. 23. Схема концентрации напряжений при ломке
прутков с надрезом:
I — энюрэ напряжений в начале нагружения; /7 — то же
в момент ломки прутка
напряжений и тем больший от нее эффект. Максимальное растя-
гивающее напряжение сгшах у нижнего края надреза глубиной Д7/,
выполненного радиусом г н шириной Ь, равной двойному радиусу,
достигает величины
- 2о У - (8)
где о — напряжение при отсутствии концентрации напряжений.
Операция надреза прутков — самая трудоемкая в общем про-
цессе ломки. В промышленности надрез осуществляется пилами
или газовыми (огневыми) резаками (рис. 24). Очертания надреза
должны быть правильной формы. При использовании изношенного
резака профиль надреза искажается (рис. 24, а). Это приводит
к неровностям по месту излома или к дополнительным трещинам
и браку заготовок. Известны попытки осуществления надреза
45
прутков электроискровым способом, в этом случае надрез на глу-
бину ЛЯ осуществляется почти без потерь металла и имеет пра-
вильный контур при очень малых ширине b и радиусе г закруг-
ления.
Разметку для надреза осуществляют делительными устройст-
вами в штабелях для металла или на рольганге перед хладноло-
мом. Расположение надреза глубиной Д// в зависимости от про-
филя прутка показано на рис. 24, б. Минимально необходимая
длина надреза I зависит от структуры или твердости металла, под-
Рис. 24. Расположение надреза на прутках различного
профиля и форма применяемых ломателей:
/, Ilf, К — надрез газовым резаком; If и IV — надрез пилой
вергающегося ломке. В зависимости от твердости металла в про-
мышленности применяют надрезы следующей длины. •
Твердость НВ-.
в Л4н/.и2................5 .< v . . . . 2245
в кГ/мм? .........................229
Длина надреза I в % от толщины прут-
ка Я 0 ...............................40—50
2500
255
30-40
2790
285
15—20
Превышение этих длин заметного эффекта не дает. Если надрез
сделан через ребро прутка квадратного сечения, то необходимо,
чтобы на каждой грани было по половине общей длины над-
реза. Несоблюдение этого правила приводит к ухудшению ка-
чества поверхности излома. Глубина надреза принимается равной
3—8% от Но.
Для прутков из твердой (заэвтектоидной) стали диаметром
120 мм надрез глубиной 5 мм, шириной 3 дои и длиной 20 мм дает
46
вполне удовлетворительное качество скола при ломке. Глубину
надреза можно также приблизительно рассчитать по эмпирической
формуле
"З
дя = k у н9, ®
где k — коэффициент (1—2), зависящий от пластичности стали
(для хрупкой стали k имеет меньшее значение).
При увеличении глубины надреза количество затрачиваемой
энергии на ломку уменьшается, но качество торца сломанной
заготовки ухудшается. В ломку поступает металл толщиной 70—
Рис. 25. Зависимость сопротивления ломки от относителыюй величины
расстояния между опорами (а) и относительной глубины надреза прутков
(б) из среднеуглеродистой стали
300 мм и более. При ломке прутков меньшей толщины получить
ровный излом труднее. Очень мягкие стали склонны к пластиче-
скому изгибу при ломке и не дают сквозных трещин.
В этом случае целесообразен нагрев стали до 250—300° С,
увеличивающий ее хрупкость.
Форма л ома тел я зависит от сечения заготовки. На рис. 24, в
показаны профили ломателей. Усилие ломки на хладноломах за-
висит не только от химического состава стали, ее структуры, тол-
щины прутка, профиля и размеров надреза, но и от расстояния 1и
между опорами в хладноломе. Зависимость сопротивления ломки
Р
а = — (где F — площадь сечения прутка в месте надреза) от
относительного расстояния между опорами f в хладно-
ломе показана на рис. 25, а, а от относительной глубины надреза
g = —на рис. 25, б. Приведенные, кривые, отражающие спе-
цифику данных условий ломки (марка стали, способ, форма и раз-
меры подреза и др.), позволяют подсчитать необходимое для ломки
47
прутков усилие пресса. Приблизительно это усилие можно опре-
делить по схеме расчета на изгиб балки с опорами по обе стороны
от нагрузки, которая принимается сосредоточенной [86].
В данном случае
р ^'изг^изг (Ю)
где — момент сопротивления изгибу в ж3 (jhjh3);
сщ,, ~ предел прочности при изгибе в Мн/м* (кПммъ)-,
1(1 — расстояние между опорами в м (мм).
При таком расчете получаются завышенные результаты, по-
этому для учета роли концентрации напряжений и упрощения
расчета (в том числе для замены о11з; на os, как на более известную
величину) вводится коэффициент поправки р < 1.
Для надрезов, глубина которых находится в пределах, полу-
чаемых по формуле (9), коэффициент fi = 0,4-^-0,9. При этом рас-
четные формулы получают следующий вид (табл. 9).
Усилия, затрачиваемые на ломку прутков, значительно ниже
усилий для резки их ножами (рис. 26). Для получения качествен-
ного излома длина мерных заготовок при ломке должна быть не
менее 1,2Д0, где Но—сторона квадрата или диаметр прутка.
Таблица 9
Профиль прутка и способ ломки Ломка круглых Прутков Ломка квадратных прутков
Упор ь грань Упор в ребро
Значение Wuss в м3 (мм3) Расчетное усилие Р в Мн (кГ) ОХ °.4Xq0 ioooZo <Е- С> а I ео О U а: g o' 12 ЮОО/0
Примечание, £)0 — диаметр прутка в л
Jf0 — высота грани в м (лл<);
/р “ расстояние между опорами в At
и —предел прочности а Мн/мг (кГ/мма).
Устройства хладноломов, выпускаемых отечественными заво-
дами, отличаются различным конструктивным оформлением вспо-
могательных приспособлений. Один из вариантов устройства
(рис. 27) имеет следующие особенности. Пруток, подлежащий
ломке, перемещается по наклоняемому рольгангу 3 к ломателю 1
до упора 2 во избежание горизонтального перемещения прутка
в процессе ломки. Регулируемый упор 2 может опускаться в про*
цессе ломки.
4$
Рис.
делки на ножницах (Г)
хладноломе (2);
tfs = 784 Мн/мг (80 кГ/мм*),
= 300 мм
р ааметр проката
26. Усилия для раз-
я
Производительность работы зависит от быстроходности ма-
шины, на которой производится ломка. Обычно ломка осущест-
вляется на быстроходных кривошипных или эксцентриковых прес-
сах, имеющих небольшой ход. Иногда
хладноломы устанавливаются и на срав-
нительно тихоходных гидравлических
вертикальных или горизонтальных
прессах. Обычная производительность
хладполомов составляет несколько ты-
сяч мерных заготовок крупных профи-
лей за смену. К преимуществам хлад-
ноломок, помимо экономии энергии,
горючего и большой производительно-
сти, относится также возможность
одновременного контроля качества ме-
талла по излому. Хладнолом должен
иметь надежное ограждение, так как
отлетающие иногда с большой силой
заготовки могут травмировать рабочих.
Газопламенная резка. Сущность
этого способа разделки металла за-
ключается в местном нагреве его выше
точки плавления в струе кислорода, при этом сталь расплавляется
и частично сгорает. Указанным способом можно разрезать стали
всех марок, труднее других поддаются резке высокохромистые
стали (свыше 7% хрома).
Рис. 27. Устройство хладнолома с наклоняемым рольгангом
Горючим, применяемым при газовой резке, могут быть аце-
тилен, бензин, керосин, дающие высокую температуру пламени:
ацетилен 3100—3800° С, бензин 2500—2600° С и керосин 2000° С,
В качестве горючего при кислородной резке металлов могут
быть использованы различные газы (природный, коксовый и др.)
4 Я. М. Охрименко 597 49
с теплотворной способностью не менее 10 048 дж/м3 (~2400 кал/м3)
и температурой пламени не ниже 1800° С.
Бензин и керосин используются в специальных горелках, в ко-
торых они превращаются в газ и в таком виде поступают в зону
горения. Расход бензина составляет 1,2 кг/ч на один резак, керо-
сина 1,3 кг/ч на один резак (в равных условиях), расход ацети-
лена 0,5—1,0 xj3. О производительности работы при ручной резке
с использованием ацетилена можно судить по данным табл, 10.
Газовой резкой можно получить контуры реза сложной формы.
В местах разделения металла не образуется острых ребер,
приводящих к заштамповке и зажимам. Недостатками этого спо-
соба разделки металла являются относительно большие потери
металла по месту разрезки (слой толщиной 4—6 мм) и сравнительно
невысокая производительность.
Таблица 10
Производительность резки с использованием ацетилена
X л pa к терн ст к к<1 Толщина стильной пластины в лт.«
5—15 15—50 50—100 100—200
Средняя скорость резки в мм/мип Расход ацетилена в м3/ч. Расход кислорода в мя/ч 320—430 0,5 1,7—3,0 190—340 0,65 3,0—7,0 125—205 0,75 7,0—17,0 90—140 0,9 17,0—27,0
Резка пилами. Описанные выше способы резки не дают доста-
точно точных размеров заготовок. Нормальный допуск на длину
заготовки, полученной резкой или ломкой, составляет несколько
миллиметров. Однако часто требуется получить заготовки с более
точной длиной и ровным срезом, перпендикулярным к оси прутка.
Таким требованиям отвечают заготовки, полученные резкой их
пилами. В производстве используются два типа пил: зубчатые и
гладкие (пилы трения и электромеханические).
Зубчатые пилы подразделяются на ленточные и ди-
сковые. Ленточные пилы могут иметь форму бесконечной (с со-
единенными концами) и конечной ленты (ножовочные пилы). В по-
следнем случае пила совершает возвратно-поступательное дви-
жение.
Металл можно резать пилами в горячем или в холодном состоя-
нии. Горячая резка заготовок пилами в штамповочном производ-
стве получила меньшее распространение, чем в прокатных цехах,
где для резки специально не нагревают металл. Пилы имеют
несколько форм зубьев (сменные в виде сегментов или цельные).
Восстановление зубьев производится заточкой или наплавкой.
Диски пил имеют различные размеры (300—800 мм по диаметру).
Толщина дисков определяет минимальные потери металла на про-
5&
лиловку и обычно колеблется в пределах 2—8 мм. Разводка зубьев
пил уменьшает потерн энергии на трение боковой поверхности
Диска о металл, но приводит к увеличению ширины пропиловки,
т. е. к увеличению отходов металла. Пилы с наибольшей произво-
дительностью имеют угол заострения зубьев, равный 50—60°.
Применение дисков со вставными зубьями приводит к большим
потерям металла на пропиловку по сравнению с цельными дисками.
Окружная скорость резания холодных пил составляет 0,5—
1,0 м/сек, что намного ниже скоростей, достигнутых при обработке
резцами (более 15 м/сек). Основным недостатком пил старых кон-
струкций является их малая производительность. Пилы для горя-
чей резки, применяемые в прокатном производстве, имеют окруж-
ную скорость 90—110 м/сек, так что длительность резки даже круп-
ных профилей не превышает 5—20 сек. При температуре 700° С
за 1 сек разрезается пруток площадью 2000 мм2 (т. е. 0 45 мм).
В литературе описаны быстроходные производительные пилы,
применяемые и в кузнечно-штамповочном производстве.
Например, пилы для групповой разрезки прутков диаметром
60 мм одновременно разрезают 30 шт. Такне пилы обеспечивают
большую производительность и удобны в эксплуатации, но пока
получили небольшое распространение.
Основное преимущество пил перед рассмотренными выше ма-
шинами для резки прутков состоит в том, что они могут обеспе-
чить перпендикулярность торца к оси заготовки; срез получается
ровным, а достигаемая точность размеров по длине выше, чем при
любом другом промышленном способе резки. В связи с особыми
требованиями технологии штамповки к точности объема и форме
заготовок резка пилами должна получить более широкое приме-
нение. Мощность, необходимая для вращения диска пилы, опре-
деляется из следующего уравнения (по А. И. Целикову):
A ~ pSf вт л. с.), (11)
где N — потребляемая мощность пилы в вт (л. с.), пропор-
циональная секундной разрезаемой площади f в
м2/сек (мм2/сек);
S — ширина пропиловки в м/мм;
р — давление резания в н (кГ), отнесенное к 1 м2 (мм2) се-
чения снимаемой стружки (--125cfs).
Окружное усилие Т, действующее на диск пилы во время резки
металла, определяется из следующего уравнения;
Т _ = (^L= ,.г
ы 1000ш ’
где (в — окружная скорость диска, равная м/сек;
d — диаметр диска в м (льи);
п — число оборотов в минуту.
*1* 51
Производительность резки пилами зависит от числа оборотов,
диаметра диска и величины подачи. Минутная подача выражается
как
= S2zn, (13)
где 8г — подача на один зуб (0,05 мм для твердой стали; 0,2 для
мягкой стали);
z —- число зубьев диска.
Пилы трения. Пилы трения получили небольшое рас-
пространение из-за того,, что работают с большим шумом. Принцип
их работы основан на выделении большого количества тепла при
трении о металл гладкого диска или диска с тупыми П-образными
зубьями.
Скорость вращения диска 2000—2500 об/мин, что обеспечивает
окружную скорость до 125 м/сек. В месте контакта разрезаемый
металл нагревается до температуры плавления. Элементы поверх-
ности диска находятся в контакте с прутком металла очень корот-
кое время и поэтому не успевают нагреться до высокой темпера-
туры.
Эле к~т р'о’м е х а'н и ческ ие; пил ы .'сходны с пилами
трения. Их принципиальное отличие состоит в том, что в месте
контакта, кроме разогрева трением металла, создается элек-
трическая дуга, которая способствует расплавлению металла
(рис. 28).
Рабочий ток от трансформатора Тр через скользящий контакт 2
подается на режущий стальной диск 3 толщиной 2,5—3 мм. Диск 3
приводится во вращение мотором 4 через ускоряющую ременную
передачу; скорость его вращения 2200 об/мин. Разрезаемый пру-
ток 1 соединен с обратным приводом трансформатора Тр. Между
вращающимся диском и разрезаемым прутком металла возникает
электрическая дуга, тепло которой складывается с теплом, вы-
деляющимся при трении диска о металл, что обеспечивает легкое
внедрение диска в него.
Вся конструкция смонтирована на литой раме 5, подвешивае-
мой шарнирно на балке, которая прикрепляется к колоннам зда-
ния или к фермам перекрытия; на оси 6 шарнира рамы 5 укреплен
также кронштейн 7 мотора 4 так, что мотор как бы скреплен с ра-
мой. Это позволяет осуществлять ременную передачу между шки-
вами мотора и диска. Движение рамы 5 вместе с диском 3 осущест-
вляется ручкой 8. Возвращение рамы в исходное положение
облегчается грузом 9, установленным на выступающей консоли.
Режущий диск изготовлен из стали Ст. 3. и имеет относительно
высокую стойкость. Он может быть использован даже для резки вы-
соколегированной стали. Благодаря скользящему контакту диска
с металлом и охлаждению при вращении диска его температура
повышается лишь незначительно. Время резки при работе на этой
установке по сравнению с резкой на обычных пилах трения со-
52
Кращается в 10 раз и более; расход энергии ниже, чем у пил тре-
ния. Чистота рсза выше, чем при огненной резке, и почти не усту-
пает чистоте поверхности, полученной при резке на обычных пи-
лах. Кроме отходов на пропиловку (до 3 мм), других отходов этот
вид резки не имеет.
Производительность электромеханических пил выше, чем обыч-
ных пил трения, а шума при их работе значительно меньше.
Мощность мотора, вращающего рабочий диск, составляет
2,2 кет; максимальная сила тока, снимаемого с трансформатора,
53
1000 а. Напряжение регулируется в пределах 0—20 в. Для срав-
нения на данной установке разрезались прутки подобно тому,
как это делается на обычной пиле трения [с нагрузкой 98 н (10 кГ) 1
с подачей тока через режущий диск. Было установлено, что раз-
резка образца, на которую затрачивалось 90 сек, при подаче
электроэнергии на диск значи-
Рис. 29. Кривые расхода энергии
в Мдж'сек/сек (кет сек/сек) на
резку образца [кривые соответст-
вуют постоянной нагрузке 9,8 к
(ЮкГ)1
тельно ускоряется. При силе тока
100—200 а разрезка происходит
за 30—40 сек, а при токе 300—
400 а образец разрезается за 7—
8 сек.
При повышении скорости вра-
щения диска скорость резки мо-
жет быть еще больше увеличена.
Несмотря на возрастание устано-
вочной мощности за счет энергии,
подводимой к диску от трансфор-
матора, общий расход энергии на
резку существенно снижается за
счет сокращения продолжительно-
сти резки. Из рис. 29 видно, что
с повышением напряжения тока
энергия, потребляемая мотором,
снижается за счет сокращения вре-
мени его работы (кривая 2). Энергия, потребляемая трансформа-
тором (кривая 2), возрастает пропорционально напряжению,
в связи с чем суммарный расход энергии (кривая 3) представ-
ляется кривой с минимумом. Область минимального расхода энер-
гии соответствует напряже-
нию, равному около 12 в.
Для повышения скорости
резания целесообразно пода-
вать напряжение около 16 в,
снижающееся в процессе рез-
ки до 14 в.
Электроискровая резка.
Этот способ внедрен на за-
водах недавно. Он основан
на коротком замыкании элек-
Рнс. 30. Схема установки для электро-
искровой резки металла
трических проводников, при
котором происходит разрушение металла пульсирующим током.
Установка для электроискровой резки металла выполнена по
следующей схеме (рис. 30). Разрезаемый пруток / (катод) и диско-
вый или ленточный инструмент 2 (анод) погружены в резервуар 3,
заполненный жидким диэлектриком (например, керосином).
Источник постоянного тока 4 заряжает через сопротивление R
конденсатор С, который периодически (несколько сот раз в се-
$4
кунду) разряжается через искровой промежуток между прутком
и инструментом. Электрические разряды следуют один за другим
сплошным каскадом по всей поверхности сближения инструмента
с обрабатываемым металлом. Сила тока в импульсе доходит до
сотен и даже тысяч ампер, а мощность импульса достигает десятков
киловатт. Так как действие разряда распространяется на малую
площадь, то плотность тока достигает сотен тысяч ампер на 1 миг.
При этом развивается температура порядка 10 0000.С, что вызы-
вает взрывообразное плавление, сгорание н испарение металла.
При резке жаропрочной нержавеющей и высокомарганцовистой
стали в качестве диэлектрика может быть применена даже про-
мышленная вода. Однако возможность взрыва в связи с частичным
разложением воды уменьшают целесообразность ее применения.
Воспламеняющиеся жидкости (керосин, масла) также не являются
лучшими рабочими жидкостями. При резке стали успешно приме-
няют водную суспензию каолина с добавлением буры и борной ки-
слоты. Существенными недостатками электроискровой резки явля-
ются малая стойкость латунных электродов, значительный расход
электроэнергии и относительно небольшая скорость резки, которая
не превышает, например, скорости фрезерования. Пруток из ста-
ли Х12М диаметром 70 мм разрезают в течение 2 мин. В настоящее
время электроискровая резка металла совершенствуется за счет
увеличения количества разрядов конденсатора, автоматизирован-
ного поддержания наивыгоднейшего расстояния между электро-
дом и разрезаемым металлом, а также применения режущего
инструмента с увеличенной поверхностью действия. Стойкость
электродов повышается при применении для них медн о графитовой
массы, а также при введении в цепь дополнительного сопротивле-
ния. При резке этим способом получаются ровная и чистая поверх-
ность и незначительные отходы. Электроискровая резка является
перспективным способом, особенно для сплавов, обладающих по-
вышенной твердостью при резке по сложному контуру. Возмож-
ность получения точных по размерам заготовок, имеющих малое
отношение длины к диаметру при небольших отходах металла,
также выгодно отличает электроискровую резку от других,
хотя и более дешевых способов разделки металла на заготов-
ки [86].
Анодно-механическая резка. При анодно-механической резке
используется другая форма электрического разряда — электри-
ческая дуга, как и в электромеханических пилах, в связи
с чем эта схема установки отличается от электроискровой от-
сутствием конденсатора, добавочного сопротивления и диэлек-
трической среды, которая заменяется электролитной. Схема уста-
новки (рис. 31) очень проста. Генератор / постоянного тока низ-
кого напряжения включен в общую цепь с разрезаемой болван-
кой 2 (анод) и вращающимся дисковым инструментом 3 (катод).
При наличии тока в цепи сближение электродов (металла и диска)
М
вызывает электрическую дугу, которая проходит в среде рабочей
жидкости, подаваемой через сопло 4. Воздействие на металл не-
прерывного разряда в виде электрической дуги существенно от-
личается от воздействия импульсных электрических разрядов.
При непрерывном дуговом разряде происходит разогрев относи-
тельно больших масс металла.
Температура в зоне дугового разряда достигает 4000—5000° С.
Эта температура ниже температуры, получаемой при электро-
искровом разряде, ио вполне достаточна для расплавления любого
металла. Благодаря световым потерям при прохождении в жид-
Рис. 31. Схема установки для анодно-
механической резки
кости дуга не оказывает вред-
ного слепящего воздействия и
наблюдается в виде краснова-
той полосы.
При анодно-механической
резке режущий диск совершает
вращательное (окружная ско-
рость 15—25 м/сек) и поступа-
тельное движение со скоростью
0,14-10’® до 0,45-10-3 мм/сек..
Подача диска автоматизирова-
на, при этом выдерживается
оптимальная величина межэлек-
тродного зазора. Кроме диско-
вого, применяется и ленточный
инструмент. Толщина стальных дисков и лент равна 0,5—2,5 мм.
Износ инструмента при анодно-механической резке составляет
15—25% от объема прорезанного слоя металла.
В качестве рабочей жидкости при резке металла применяют
водный раствор жидкого стекла (плотностью --—1,3 кг/.и3). Расход
этого раствора составляет 5—25-Ю3 л(3(-—5—25 л/мин) прирезке
прутков диаметром 25—300 мм.
Производительность работы при резке стали анодно-механи-
ческим способом (примерно такая же, как и при электроискровой
резке) приведена в табл. 11.
Рубка на установках взрывного действия [35]. В последнее
время на некоторых металлургических и машиностроительных за-
водах успешно применяют импульсную рубку прутков и слитков
в холодном и горячем состоянии. Этот метод рубки основан на
использовании энергии взрыва пороховых зарядов или газовых
сред, в том числе природных газов. В качестве машины-орудия
для импульсной резки применяют копры. Наиболее э4>фективен
бесфундаментный горизонтальный копер (рис. 32).
Жесткая прессовая рама 1 имеет рабочее пространство, в кото-
рое помещают разделяемый на части пруток до упора, отмериваю-
щего нужную длину мерной заготовки (на рис. 32 упор не пока-
зан). Нож 3 закреплен на бабе со штоком 4Г движущимся внутри
56
Таблица И
Производительность работы при амодно-механической резке стали
Данные Диаметр прутка и
40 60 80 100 125 150 200 250 300
Машинное время резки в мин 1,5 2,5 4,0 5,5 10,0 13,0 19,0 26,0 35,00
Удельная про- изводительность в мм/сек . . . 2,2 2,5 3,0 3,3 4,7 5,2 5,6 6,2 7,00
цилиндра 5 рамы 1. Взрывной заряд, установленный во взрывную
камеру 6 цилиндра 5, в момент взрыва толкает шток 4 с ножом 3
влево по направлению к заготовке 2. Одновременно рама 1 с за-
крепленным на ней вторым ножом 7 движется вправо. Ножи 3 и 7
находятся на различном расстоянии от заготовки (1Х и /а), что
Рис. 32 Схема установки для импульсной рубки
(по В. Г. Кононенко)
обеспечивает одновременное их действие на заготовку при различ-
ных скоростях движения ножей или рамы (вправо) и штока (влево).
Неодинаковая скорость ножей обусловлена различной массой дви-
жущихся рамы и штока (расстояние /х и /а обратно пропорцио-
нально массам штока 4 и рамы 1). На таком копре можно осу-
ществлять рубку и одним ножом 3, устанавливая заготовку, как
на опору, в то место, где расположен нож 7.
Начальная скорость внедрения ножей при импульсной рубке
составляет до 30 м/сек для ножа 3 и более 4 м/сек для ножа 7;
время резки <0,01 сек\ энергия, развиваемая копром, до 441 450дж
('-45 000кГ-лг). Масса заряда 250 г, зажигание электрическое,
искровое; масса копра 5000 кг, габаритные размеры его 550 X
X 800 X 1000 мм. При импульсной рубке отходы ничтожно малы.
Работа копра может быть автоматизирована; установка копра мо-
жет быть стационарной и передвижной.
Описанные копры предназначены для рубки болванок сече-
нием до 200 х 200 мм, нагретых до 750° С. Имеются конструкции
копров для рубки прутков сечением до 139 X 130 мм. Этим спо-
собом возможна рубка прутков и больших сечений, чем указано
выше.
§ 3. ТОЧНОСТЬ РАЗДЕЛКИ И ОТХОДЫ МЕТАЛЛА
Точность заготовок по длине зависит от их размеров, способа
разделки прутков.
Отклонения по длине мерных заготовок, разделанных различ-
ными способами, составляют примерно следующие величины (в леи):
Резка в штампах . , .±0,3—±0,75
Резка на ножницах . .±1,0—±5,0
Ломка хладноломом , .±1,0—±3,0
Газопламенная резка ±1,0—±3,0
Горячая резка на
пилах.............±0,5—±1,5
Холодная резка на
пилах .............±0,25—±0,75
Электроискровая ре3‘
ка..................±0,1 —±0,25
Анодно-механическая
резка...............±0,1 —±0,5
Во многих случаях нашу промышленность не удовлетворяет
низкая точность прутков после разделки. Подсчитано, что из-за
малой точности заготовок по объему теряется больше металла,
чем при его угаре в печах. Низкая точность заготовок препятст-
вует более широкому внедрению прогрессивного метода изготовле-
ния поковок в закрытых штампах.
Допуски на разделку не юстированы. Ниже приводится нор-
маль одного из автомобильных заводов (табл. 12).
Таблица 12
Допуски при резке на ножницах
Диаметр или сторона квадрата в м,« Длина мерных заготовок в мм
До 300 390—кю 000—1000 Свыше 1000
Допуски на длину (4-
До 25 25—40 40—70 70-100 100-150 150—200 1,0 1-1,5 1,5-2,0 2,0-2,5 2,5-3,0 3,0—3,5 1—1,5 1,5—2,0 2,0—2,5 2,5—3,0 3,0—3,5 3,5—4,0 1,5—2,0 2,0—2,5 2,5—3,0 3,0—3,5 3,5—4,0 4,0—4,5 2,0—2,5 2,5—3,0 3,0—3,5 3,5—4,0 4,0—4,5 4,5—5,0
Примечание. Резка возможна с 50%-ным минусовым допуском.
Применение специальных дозаторов (см. рис. 21 и 22) позво-
ляет получать заготовки повышенной точности по массе из Прут-
ков обычной точности прокатки [52, 64, НО].
Отход при резке составляется из следующих элементов; отхо-
дов, связанных непосредственно с резкой (на пропиловку при
58
резке пилами, а также на сгорание и расплавление металла при
газовой резке); отходов по некратности (последние имеют место
при разделке прутков торговой длины); отходов по устранению
неровностей и заусенцев на концах прутков. В среднем отход по
некратности при разрезке одного прутка составляет половину
массы заготовки.
Отходы по обрезке или зачистке концов прутков могут быть
включены в концевой отход по некратности. Тогда расход металла
на одну заготовку (в кг) с учетом отходов определяется следующим
образом:
G = T6W ~п) ’
или
где g —- масса заготовки в кг;
L(l— длина мерной заготовки в
1пр — длина участка прутка,равная ширине пропиловки или
просвету при газовой резке, в мм. При наличии отхода
по некратности число таких участков равно числу по-
лучаемых из прутка заготовок п;
1Н — длина отхода от прутка вследствие его некратности и
на обрезку концов в мм;
q — масса 1 пог. м прутка данного размера в кг!м;
п — число заготовок, получающихся из прутка торговой
длины, п = , где — длина прутка в мм.
“г тр
Наиболее просто определяется расход металла при резке на
ножницах, когда 1пр = 0. Полагая средний расход металла в от-
ход по некратности от каждого прутка равным О,5Ло, после соот-
ветствующих подстановок и преобразований получаем
С, — а ^пр . (14")
8 (L^-OAU) ’ u '
из этого выражения видно, что с увеличением длины прутков Lnp
относительный расход металла на заготовки уменьшается. От-
ходы иа одну заготовку как разность G — g составят
= <‘5)
При наличии отходов на пропиловку с уменьшением длины
мерных заготовок расход металла на заготовки увеличивается.
В этом случае отходы на каждую заготовку составят
до = -ц^таг+тиг- . <15’’
ГЛАВА ш
ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ТЕХНОЛОГИИ КОВКИ,
ШТАМПОВКИ
Известные из теории пластической деформации элементарные
деформации: сжатие, растяжение, сдвиг, кручение, а также изгиб
удобны для анализа, поскольку являются простейшими по схеме
действующих сил. Обычно они рассматриваются как малые дефор-
мации. В качестве больших (конечных) эти деформации встре-
чаются в технологических процессах при изготовлении поковок.
Количество технологических операций, основанных на пласти-
ческих деформациях, очень велико в связи с разнообразием форм
поковок и сложностью схем действующих сил при их изготовлении.
Однако и среди технологических деформаций, которые отличаются
большой величиной, можно выделить наиболее простые, повторяю-
щиеся в различной последовательности и комбинации при изго-
товлении поковок. Если ограничиться только типичными техно-
логическими деформациями, то они могут быть представлены
следующим перечнем.
1. Обжатие (продольное и поперечное) плоским, наклонным,
вогнутым, выпуклым и более сложным инструментом; эта дефор-
мация характерна для осадки, высадки, протяжки, раскатки и
многих других операций.
2. Внедрение инструмента различных форм в тело заготовки
происходит при образовании полостей и сквозной прошивке за-
готовок.
3. Выдавливание металла в выемки, углы, щели или отверстия
инструмента (типично для всех процессов горячей штамповки).
4. Изгиб заготовки — встречается как самостоятельная опе-
рация и как вспомогательная при ковке и штамповке.
Большое разнообразие вариантов технологических деформаций
затрудняет соответствующий анализ.
Применительно к наиболее распространенным технологическим
операциям осадки, протяжки и некоторым другим (см. гл. V) та-
кой анализ частично сделан. Для рассмотрения соответствующих
схем деформации необходимо более подробно ознакомиться с не-
которыми коэффициентами и количественными показателями боль-
ших деформаций, что и является одной из задач данной главы.
60
§ 1. ПОКАЗАТЕЛИ И КОЭФФИЦИЕНТЫ ДЕФОРМАЦИИ
Как известно, деформированное состояние в любой точке рас-
сматриваемого объема может быть выражено тензором деформации.
Аналогично тензору напряжений для деформаций можно подо-
брать такие три взаимно перпендикулярных направления (глав-
ные оси деформации), по которым нет сдвиговых деформаций и
действуют только линейные деформации, Если обозначить отно-
сительные главные деформации вдоль главных осей через еп еа и
е3, то тензор деформации записывают в следующем виде:
Т
J в
о о
О О
О 0 8а
Аналогично напряжениям один из инвариантов тензора дефор-
маций представляет собой сумму трех относительных деформаций,
одна из которых отличается по знаку от двух других:
81 'г 8g 4 63 = О,
это равенство называется условием несжимаемости. Для главных
деформаций действительно соотношение ех > е3 > е3, Выраже-
ние условия несжимаемости может быть получено следующим
образом. Из теории пластичности известна следующая система
уравнений, устанавливающих связь между малыми деформациями
по трем осям и соответствующими главными напряжениями:
8i ~~~2 (^ аз)] >
1 Г 1 , , Д
еа -; д-1 Og (°з 4- от)J ;
1 Г 1 / ।
83 ~д [ Оэ — у (СК 4- (7g
где Д — модуль пластичности.
Складывая эти три уравнения почленно, получаем приведенное
выше уравнение условия несжимаемости деформированного тела,
а из последних двух уравнений той же системы для осесимметрич-
ной деформации имеем
Е2 = 83-
При сопоставлении этого равенства с предыдущим можно уста-
новить, что
1
8g - 83 --2 С1’
При исследовании пластических деформаций часто исполь-
зуется величина интенсивности деформации
8( Хр к(61 —8а)2 т- (8а —Ез)а 4- (е3 —8J2.
Si
Подставляя в это выражение вместо еа и s3 их значения, дейст-
вительные при осесимметричной деформации (^4 si)’ нах°Дим
для данного случая
Bi — кг
Как уже было указано, эти соотношения действительны для
малых деформаций.
Количественная оценка деформаций при ковке, которые отли-
чаются от описанных выше большой величиной, может быть сде-
лана с помощью коэффициентов или показателей, при этом сле-
дует исходить из идеализированного представления, при котором
правильная геометрическая форма заготовок в процессе деформа-
ции не искажается. Например, при осадке цилиндр одних размеров
превращается в цилиндр других размеров, а ири протяжке пря-
моугольной заготовки она остается правильной фигурой, несмотря
на значительные деформации. Для характеристики размеров за-
готовок, которые подвергаются большим технологическим дефор-
мациям, вводятся следующие обозначения:
Do; Во; /7#; —диаметр, ширина, высота и длина исходной заготовки;
D; В; Я; L — те же размеры в процессе деформации заготовки (теку-
щие размеры);
DK; Вк; LK — те же размеры в конце деформации.
* Расчеты выполняются на основании положения о неизменяе-
мости объема К металла в процессе деформации. Например, при
осадке заготовки с высоты Но до которую можно измерить
точно, площадь поперечного сечения заготовки FK может быть
найдена только как приведенная величина (без учета бочкообразо-
у
вания осаживаемой заготовки при V —• const) -~п~, откуда
/1 к
приведенный диаметр заготовки DK — 1,13 V FK.
Такой расчет допускается при ковке ранее обработанного или беспузыри-
стого литого металла (например, «спокойной» стали). Хотя плотность металла как
физическая его характеристика в процессе деформации практически не изме-
няется, однако большое количество пузырей, которые при ковке завариваются,
приводит в отдельных случаях к уменьшению объема металла на несколько про-
центов. Если величина повышения плотности металла за счет заварки пустот
известна, то учесть ее при расчетах несложно.
Основным расчетным показателем для операции ковки является
коэффициент у ков ки, который при продольной осадке (обжатие
вдоль оси заготовки) подсчитывается как
Л к
На основании положения о постоянстве объема коэффициент
у ковки при осадке можно подсчитать и как Л = уЛ, где приве-
денная площадь поперечного сечения заготовки в конце осадки
62
равна Нетрудно видеть, что Пт^К = оо. Коэффи-
циент К обладает свойством аддитивности, что следует из следую-
щего простого сопоставления: если деформация вдоль одного на-
правления и одного знака происходит в две стадии, то за первую
стадию частная уковка составит д) за вторую ди
' тогда за обе стадии общая уковка равна произведению двух частных
Г/ _ Яо ТЛ ЕЛ Я®
В общем виде получим
К = КгКи-Кщ --.Кп.
При осадке заготовки в виде кольца с внутренним диаметром с/0
коэффициент уковки запишется как
После упрощения правой части равенства, имея в виду, что
D — d — 26, а —— Dcp, где б — толщина кольца и DC)> —
средний его диаметр, находим
‘ гл Я(| __ (Ср) 1
Л “ //« - 6uD0(ep) •
Расчет коэффициентов уковок для других операций также не-
сложен. При протяжке, которую можно представить как серию
смежных поперечных осадок (перпендикулярно оси заготовки дли-
ной Lo), коэффициент уковки будет равен
К
^0
Аналогично определяется уковка и для других операций.
Кроме коэффициентов уковки, распространенной характери-
стикой деформации является относительная деформация, иногда
называемая степенью деформации. Применительно к продольной
осадке высотную относительную деформацию находят из выра-
жения
_ н0-нк _\Н _ 1 .
^0 £J IJ -I XT э
/То /То //{I
эта величина, представляющая собой абсолютную высотную де-
формацию, отнесенную к исходной высоте заготовки, изменяется
от 0 до 1 (от 0 до 100%).
S3
Общая степень деформации при суммировании дробной дефор-
мации запишется в виде суммы
8q = Eq -ф Со -ф- Со -].+ Ео < 1.
При этом отдельные относительные деформации рассчитывают
для одной и той же исходной величины: если деформация вдоль
одного направления и одного знака происходит в две стадии, то
за первую стадию частная относительная деформация составит
' Но — Н - н-нк Л
; за вторую е0 =----г.— ; тогда за обе стадии
Ло Лф
общая относительная деформация равна сумме двух частных
_ ffo И \_ Н — к - Нк
“ я» н0 ~ н0
На практике используется также относительная деформация,
подсчитываемая по конечному размеру деформируемой заготовки,
Запишем ее применительно к осадке
_ Нр~ Нк Но _ , _ \Н
к Нк ’ Нк нк
Как видно, этот показатель изменяется от 0 до оо и на единицу
меньше коэффициента у ковки (е* — К — 1). Оба показателя от-
носительной деформации заимствованы из теории упругости, в ко-
торой применительно к металлам они практически равнозначны.
Упругие деформации металлов весьма малы, а почти одинаковая
величина знаменателя лишь незначительно влияет на высчитывае-
мую относительную деформацию. При больших пластических де-
формациях в соответствии с различными пределами изменений
обоих показателей (е0 от 0 до 1 и ек от 0 до со) одна и та же вели-
чина абсолютной деформации приводит к неодинаковым числовым
величинам относительной деформации (в зависимости от исполь-
зуемого показателя), причем, чем больше деформация, тем значи-
тельнее разница этих величин [62 I.
Указанные показатели представляют собой абсолютную вели-
чину смещения, приходящуюся на единицу начальной (еа) или
окончательной (sK) высоты. Нетрудно видеть, что коэффициент
ЕЛ
уковки равен отношению этих величин д ,
При подсчете деформации по текущим размерам используют
так называемый «логарифмический коэффициент» деформации, ко-
торый для высотной деформации при продольной осадке находят
из следующего выражения:
е~- [ - 1Г ~ I = 1п * --- 111 ~
J л J it гп
я. н^
и
Пределы изменения логарифмического коэффициента дефор-
мации составляют 0 и оо.
В теории обработки металлов давлением используется понятие
о смещенном объеме, который рассматривается как
J \l{dH 1/1пК-= 1/]пЙ': (И,)
I), Нц К *
отсюда следует, что логарифм коэффициента уковки представляет
собой удельный смещенный объем
°- “ >" "т - >"К„ = In i е„. (16-)
Па рис. 33 дано графическое сопоставление рассмотренных по-
казателей. Здесь же на графике даны кривые для средпеарифме-
Рнс. 33. Графическое сопоставление различных показателей и коэффициентов
деформации
тической величины (по И. М. Павлову) и для показателя
деформации, отнесенной к средней высоте заготовки
я - /уо~^
где
И _. : Н*
2
Последняя величина используется в работах некоторых зару-
бежных авторов. Соотношение рассмотренных показателей дефор-
мации приведено в табл. 13. При разложении в ряд логарифма-
Я . 1М- Ох рн мел Ко 597 §5=
чес кого коэффициента (известно три таких ряда) легко увидеть,
что в грубом приближении (с точностью до 1-го члена ряда) раз-
личные показатели деформации равноценны. Для малых деформа-
ций (до 2%) это же следует и из рассмотрения кривых иа рис. 33.
Следует отметить, что кривые и — е- расположены по
обе стороны кривой е (рис. 33).
Рассмотренные в табл. 13 показатели оценки деформации могут
быть подразделены по величине пределов изменения величии де-
формаций на три группы: 1) 0—1 (для е0); 2) 1—оа (для Л); 3) 0—сю
(для ек не).
Из табл. 13 можно сделать вывод, что различные показатели
деформации сопоставимы, следовательно, все равно, каким из
них пользоваться при расчетах. Таким образом, утверждения
о будто бы большей точности того или иного показателя неоснова-
тельны. Если исходить из наглядности оценочного показателя, то
преимущества на стороне ед, однако на практике получил наиболь-
шее распространение коэффициент уковки К как наиболее простой
показатель.
Сложнее обстоит вопрос с оценкой деформации при многоопера-
ционных процессах ковки. В связи с применением новых высоколе-
Ти€)лица 13
Соотношение различных показателей высотной деформаций
при продольной осадке
Показатели деформации
Сопоставляемые показатели 1 к е Предел ли изме- нения 1 оо
г «1 « < ад . i; «и* к — 1 1 — f'-o еЧ 1 , //о ехр1п-Ч пх
Ч — Ч 0 - ч ЧХ 1 1! 7 1 А 1 1 Ло exp In 1 Нк 0- 1
с _ я» - - ЬЛ — rj К — 1 f-0 1 — Ч , На exp In - 1 ** Л 0 — ос
] И 0 '-'"и; In К mA 1п ч ! П — 0 - ос
66
тированных сплавов и повышением требования к качеству поковок
необходим точный подсчет деформаций вдоль различных осей и
в зависимости от их знака. Уже давно учитывают механические
свойства металла вдоль и поперек волокон. В настоящее время
все более необходима оценка деформаций и соответствующих им
механических свойств металла по трем осям, поскольку, например,
при протяжке без кантовки две взаимно перпендикулярные попе-
речные пробы неодинаковы и зависят от величины уширения.
Если ориентироваться на показатель деформации типа коэффи-
циента у ковки с учетом неизменности объема в процессе деформа-
ции, то для заготовки, имеющей форму параллелепипеда, имеем
откуда
_____ Lk
И к__&0 ^-о
Используя уже встречавшиеся обозначения и применив ин-
дексы, соответствующие осям деформации, получим
Кя = KBKL.
Коэффициент уковки по высоте Кн равен произведению коэф-
фициентов деформации в направлении уширения Кв и удлине-
ния Кд, причем наибольшей величиной из рассмотренных является
величина Kjy, которая соответствует уковке применительно
к осадке. Если эта же деформация рассматривается как элемент
операции протяжки, то соответствующий коэффициент уковки со-
ставит величину
меньшую, чем при осадке, и равную ей только при отсутствии
уширения (если Кв = 1, то Кн = KL). При рассмотрении этой же
деформации как элемента технологической операции разгонки за-
готовки в ширину соответствующий коэффициент уковки запи-
шется
он может быть равен коэффициенту высотной деформации лишь
в отсутствии удлинения {когда KL = 1, то Кв Кц)- Следует
иметь в виду, что рассмотренная деформация по высоте (сжимаю-
щая) совпадает с направлением внешней силы, а две другие (по-
ложительные) перпендикулярны внешней силе. Физический эффект
деформаций и, в частности, изменение механических свойств ли-
того металла при ковке, как будет выяснено позже (см. гл. V),
неодинаковы и зависят от знака и величины деформации вдоль
каждой оси.
5* ' 67
Связь высотной и поперечных деформаций при ковке. Сопостав-
ление выражений для деформаций сжатия и растяжения необхо-
димо, так как при ковочных операциях наряду с отрицательной
деформацией в направлении действующей силы имеются поло-
жительные поперечные деформации (соответственно увеличению
размеров по двум другим осям координат). Сопоставление неко-
торых показателей деформации по трем координатным осям с уче-
том знака деформации приведено в табл. 14. Вторые буквы индек-
сов у показателей относительной деформации по исходным раз-
мерам (е0) и по конечным размерам (ек) указывают направления
деформации. Таким образом, индекс И соответствует высотной
деформации, В — уширению L — вытяжке в длину. Последние
две деформации являются поперечными по отношению к основ-
ной — высотной. При осадке цилиндра поперечными являются
радиальные деформации. Эти же индексы характеризуют коэффи-
циенты деформации (уковку); они рассматриваются также по
трем осям.
В табл. 14 в группах I и II объединены одинаковые показатели
по принципу их построения (по исходным размерам в знаменателе
показателя в грувпе I и по конечным в группе II), однако пределы
изменения показателей неодинаковы.
Отсюда следует, что показатели каждой группы несопоставимы
и условие несжимаемости
«1 + ег + е3 = О,
выраженное через них, не выполняется.
Для того чтобы получить одинаковые пределы изменений по-
казателей в каждой группе и их сопоставимость при больших
деформациях, следует объединить показатели так, как это сделано
в табл. 15. При этом высотной деформации по исходным размерам
соответствуют поперечные деформации по конечным размерам
(группа I), а высотной деформации по конечным размерам — по-
перечные деформации по исходным размерам (группа II). При
этом в табл. 15 для всех четырех групп показателей выдержан
общий принцип, состоящий в том, что внутри каждой группы зна-
менатель представляет собой либо большую величину из числа
входящих в данное выражение (группа I), либо меньшую вели-
чину (группы II—IV). То обстоятельство, что внутри каждой
группы объединены показатели, имеющие одинаковые вределы из-
менений, позволяет сопоставить в соизмеримых величинах конеч-.
ные деформации по различным осям.
Связь относительных деформаций по трем осям в дифферен-
циальной форме наиболее просто определить для осадки цилиндра.
Дифференцируя уравнение V = const (постоянство объема в про-
цессе деформации), получаем -- V; xR2dH -ф 2n.RHdR — О,
откуда (минус в левой части равенства характерн-
ее
Таблица 14
Сопоставление показателей де^юрмации по трем осям (для осадки)
1-1 । Группа показателей! Зник деформации вдоль данной оси Показатель деформации еоН в9В ввЬ ЕкВ г. । Пределы изменения показателей
— ' Н„ — — екН 1+Ек/У — — 0 — 1
+ Е(|Д в„ — — — екВ 1—Ек В — 0 — W
-4- eoL" вкН " LK~L<> — — — — — 0 — ой
1 * i * * ! 1 Е0И 1 — вон — — — — — 0 — Ой
-г е В*~В° кВ~ 1 + ЕоВ — — — — 0— 1
-1- 1 * || * Си — — ЕвЬ ^oL - — — f) — 1
зует знак высотной деформации). Для конечных деформаций можно
записать
— ЬН _ _ -AD
Н z К ’ 1 D '
Относительная высотная деформация цилиндра равна сумме
двух поперечных деформаций цилиндра, у которого радиальные
(поперечные) деформации равны. Имея в виду, что периметр TI
цилиндрической заготовки равен 2л/?, можно записать, что
-ЛЯ _ „ЛЯ
’ ft П
или
- ЛЯ _ \П AD
Я “ П + D ‘
Очевидно, в общем случае для конечных деформаций действи-
тельно равенство между высотной и суммой поперечных деформа-
тета- огнесенпь1Х к текущим размерам высоты, длины и ширины
А Я АЛ АВ
Я L т ~В '
Знак де-
формации
Показатель
деформации
__ Но-"* £W н „
Сопоставление различных показателей деформации,
0// ЕЛ !. Чн
е
ЕоВ
1 + _ - so Е.-:Б в ° К — — — el>J3 1“ЕоВ
+ — ~к ~~ L<> к! “ Lf. — — —
II — кН "« _JoH_ 1~£он - —
— вк ” Ли е(^ ' Ва — 1 я" го * * t — — _
1- — ®К1
C°L L„ 1 ’ eKt 1
IIJ — К i S ; " Т 1 1 - eaL Е< П I- 1 —
+ * Щ О 1 11 1 i — 1 1 ~ Ек В — р-ов +1
+ LK — — — —
IV 1 “л 111 ——- 1 - есп — 111 (W-1)
Вк ^ = ”1 ~В0 — in.-!— ,-EdI ... — 111(Еов+1)
+ LK ^ = 1г1ТГ — — —
Таблица J5
объединенных в группы О одинаковыми пределами изменения
_ еол Kfi KJS KL eH eB eL Пределы измене- ния по- казателя
— ч — 1 1 exp ln-^- — — 0 — 1
— Kjj — — 1 \ exp In -=- — 0 — 1
EoL — L-д1- ЛЛ — — ! . 1 0 — 1
LK expin —— *-o
— — — 0 — co
— — Kg — 1 — ГЗ to1 й = 1* 1 0 — pa
— — — 4 1 - LK- exp-— --1 ьи
. — -- - — — 1 — CO
— — — в n — 1 *•— oc
EuZ, + 1 — — — — exp In —— i'O 1 00
— 1,1 K!I — — — — — 0 oo
— 111 «в - — — 0 — «1
_ _ 111 KL — - (J — CO
70
К такому же результату можно прийти следующим образом.
На основании условия неизменности объема параллелепипеда
в процессе деформации имеем
НО _ _ .
Вк LK Ва
это можно выразить и через коэффициенты уковки
Кл = KLKB. (1?)
После логарифмирования выражения получаем
- In *- 4 1П^;
“к ^-0 -0(1
еН - eL ! еВ- 0Й)
Равенство (18) связывает логарифмические коэффициенты де-
формации {истинные деформации) по трем осям и является усло-
вием несжимаемости в общем виде. Оно действительно для малых
и больших деформаций, и его можно представить
Нк LK- Вк
г dH { dL с dB
J ~7T J 77 + J ~в '
//о ^0 ^0
Освобождаясь от знаков интеграла и имея в виду конечные де-
формации, получаем
ХН _ XL , ХВ
Н " L + В ’
где Н, L и В — текущие размеры.
Если заменить эти размеры средними (^Нср = и т. д.
то можно записать
еЦ (ср) еЬ (ср) SB (ср)’
(18')
т. е. приблизительное равенство средней относительной высотной
деформации сумме средних поперечных относительных дефор-
маций.
Для получения аналогичной связи через относительные де-
формации подставим в равенство (17) соответствующие величины
для каждой из осей (табл. 15), тогда:
для случая относительной деформации с пределами изменения
от 0 до I
____________1 1
1 — £ ОН 1 — Li 1 ~ С к /3 ’
где
Хн
1 — д I — еК£
72
После выполнения алгебраических действий находим
= 4" &к В ' L®k В- (19)
Для случая относительной деформации с пределами изменения
от 0 до с<?
вх и -Г 1 - (sob + 1) (еов + Qi где Кв = е«н i i;
Хд -- Боь + 1 И Кв — Е0В + 1,
откуда
Н = е0Ь + 8оВ + e0LeOB- (20)
Итак, для больших и малых деформаций равенство высотной
деформации сумме двух других имеет место только при логарифми-
ческих коэффициентах деформации [выражение (18) 1. Для пока-
зателя относительной деформации, изменяющегося от 0 до 1,
высотная деформация меньше суммы поперечных деформаций на
величину их произведения [формула (19)1, а для относительной
деформации, изменяющейся от 0 до оо — больше соответствующей
суммы [формула (20) 1 на величину произведения двух поперечных
деформаций.
Это произведение тем больше, чем больше величина дефор-
мации; пренебречь им можно лишь при относительно небольших
деформациях « 5%).
В результате становятся очевидными преимущества расчетов
больших деформаций с помощью коэффициентов уковки или ло-
гарифмических коэффициентов, поскольку при этом связь дефор-
маций по трем осям получается в наиболее простой форме (произ-
ведение или сумма в правой части равенства).
Приведенные выше расчеты больших (технологических) де-
формаций относятся к таким условиям, при которых можно пре-
небречь изменением геометрической формы деформируемых тел
в процессе деформации. Если форма изменяется значительно, то
соответствующие расчеты усложняются. Рассмотрим расчет, ко-
торый относится к случаю превращения заготовки высотой Но
одинакового поперечного сечения Fo в поковку более сложной
формы (рис. 34) с высотой Нк и переменной площадью попереч-
ного сечения Fx (рис. 34, а); при этом Fx является функцией х,
определяемой формой поковки.
Например, для поковки типа усеченного конуса (рис. 34, б)
р' Я Г Г) (DK ^к) 1 2
* т L к нк J •
Полагаем, что каждый элементарный объем поковки dV вы-
сотой dHK и площадью Fx (рис. 34, а) образован из равного ему
элементарного объема высотой dH0 и площадью Fo, т. е.
dV = dHKF'x = dHaF^
73
Для элементарного смещенного объема действительно равенство
dVrv- dl/ln^U,
о
в котором Fx является площадью поперечного сечения цилиндра
высотой Нк:
Fx 4~, но dVcm = dllKF'x.
При интегрировании в пределах от 77О до Нк получим
Нк
Л,
Рис. 34 Схема к выводу формулы смещенного объема
при деформации с усложнением формы заготовки
(но Л. Н. Брюханову)
По смещенному объему находим удельный смещенный объем
(логарифмический коэффициент деформации)
^С.Н
£// = —р—-- In/С/,.
Для подсчета коэффициента уковки воспользуемся потенциро-
ванием логарифмического коэффициента (см. табл. 15):
Кп - ехр ен.
На основании известных соотношений между различными по-
казателями деформации можно вычислить и другие рассмотрен-
ные выше показатели. Очевидно, при подобном расчете остаются
также действительными соотношения между средними высотной
и поперечными деформациями.
74
Б качестве примера приводится выражение для определения
смещенного объема при деформации цилиндра (рис. 34, б) в усе-
ченный конус, полученное интегрированием формулы (21):
+тДг)|п(к-1) +
+ «7етНН)]’ (21'>
где Рц — площадь большего основания усеченного конуса;
ре — площадь меньшего основания усеченного конуса;
— площадь поперечного сечения исходной заготовки.
По Схмещешюму объему находится величина деформации, как
указано выше.
Для поковок сложных конфигураций в литературе рекомен-
дуются и эмпирические способы определения степени деформации
(по С. И. Губкину)
Стах -= 1п-~ , (22)
где Vcp — фиктивный объем поковки, т. е. объем простейшей
геометрической фигуры, в которую вписывается рас-
сматриваемая поковка;
V — объем поковки.
Выражение (22) и подобные ему могут быть использованы лишь
для приблизительных расчетов, так как они не учитывают разме-
ров исходной заготовки, предопределяющих степень деформации.
При использовании приведенных выше показателей дефор-
мации приходится иметь дело с тремя неизвестными величинами,
характеризующими определенный объем деформируемого металла
(обычно Но; Во и £0). Если к^вка или штамповка ведется из заго-
товок простого профиля (круга, квадрата), то при этом неизвестны
лишь два размера, но соотношение их обычно известно (в некото-
рых допускаемых пределах). Если из технологических соображе-
ний возможно задаться одним размером, то по нему определяют
другие; по известным размерам заготовки и поковки подсчиты-
вают величину деформации. Встречаются и обратные задачи.
§ 2. НЕРАВНОМЕРНОСТЬ ДЕФОРМАЦИИ ПРИ КОВКЕ,
ШТАМПОВКЕ
Рассмотренные выше показатели и коэффициенты технологиче-
ские дают возможность оценить деформации с помощью простых
расчетов при условии, если геометрическая форма заготовки не
претерпевает при обжатии значительного изменения. В противном
случае, как было показано, расчет деформации возможен, но зна-
чительно усложняется. Расчет больших деформаций по исходным
и окончательным размерам позволяет определить средние дефор-
75
маций, совпадающие с действительными только в случае так на-
зываемой равномерной деформации, условия которой следующие:
dx__dH
х 7Г ’
Рис. 35. Схема к характеристике
неодинаковых условий равномерной
деформации для различных частиц
внутри и на поперхкости осажи-
ваемого цилиндра
ния условия деформации на
стях отличаются от условий
где dH -- На — Н — элементарное обжатие (например, цилиндра
или прямоугольного параллелепипеда);
И — текущая высота обжимаемого тела;
z — высотная координата любой точки (внутри
или на поверхности тела);
dx — элементарное перемещение этой точки.
При этой деформации перемещения любой точки (кроме точек,
лежащих по оси х—х и в плоскости среднего поперечного сечения
по оси у—у) происходят в про-
странстве по плоским (квадратич-
ным) гиперболам. Эти же условия
требуют, чтобы общая относитель-
ная деформация е вдоль любой
координатной оси совпадала с от-
носительной деформацией ем между
двумя любыми точками тела вдоль
этой оси:
& *
Однако технологические дефор-
мации обычно неравномерны и
неоднородны1. Следует иметь в ви-
ду, что геометрически равномер-
ная деформация тоже неоднородна
и отдельные частицы деформируе-
мого тела, находящиеся в разнооб-
разных граничных условиях, под-
вержены воздействию различных
схем напряжений и имеют неоди-
наковые пути (и, следовательно,
скорости) перемещения. Краткая
сводка этих условий применитель-
но к элементарным частицам 1—9
в виде кубиков (рис. 35) приве-
дена в табл. 16. Из таблицы вид-
но, что даже без контактного тре-
контактпой и свободной поверхно-
для частиц, находящихся внутри
цилиндра. В свою очередь, частицы внутри цилиндра (па его оси,
1 Имеется в виду равномерность в геометрическом, а однородность в физи-
ческом отношении.
Ж
77
в средней плоскости поперечного сечения или в любом другом
месте) также деформируются в неодинаковых условиях.
Для равномерной в геометрическом отношении деформации до-
статочно действия внешних сил только в направлении оси ци-
линдра (линейное напряженное состояние), при этом большинство
частиц металла (кроме граничащих со свободной поверхностью)
находится в типичных условиях всестороннего неравномерного
сжатия. Под влиянием неравномерного объемного напряженного
состояния в кристаллических зернах металла происходят микро-
деформации скольжения и двойникования независимо от их разно-
образной ориентировки. Эти деформации являются неравномер-
ными и неоднородными, поскольку в скольжении и двойниковании
участвуют далеко не все атомные плоскости. Сдвиги происходят
по выборочным плоскостям на расстоянии тысяч межатомных про-
межутков. Это согласуется с теорией дислокаций и подтверждено
опытами. Следовательно, можно сделать вывод, что пластическая
деформация по своей природе — процесс неоднородный, проис-
ходит в результате неравномерного напряженного состояния и про-
текает в неодинаковых условиях для различных частиц тела, де-
формируемого даже по простейшим схемам. Таким образом, до-
биться однородной в физическом отношении пластической
деформации нельзя; однако приблизиться к равномерной
в геометрическом отношении деформации удается, в частности,
устранением или парализацией контактных сил трения при осадке.
Изучение закономерностей такой деформации можно осуществить
в лабораторных условиях, так как отклонения от них в условиях
технологического процесса могут быть объяснены влиянием раз-
личных факторов (трения, температурных, скоростных и т. п.). На-
пример, поскольку при равномерной в геометрическом отношении
осадке продольное сечение заготовки не должно потерять геоме-
трической формы, все отклонения, наблюдаемые в тех или иных
условиях опыта, целиком могут быть объяснены неравномерностью
деформации. Одно из самых больших достоинств понятия о равно-
мерной деформации состоит в том, что для нее действительны те же
закономерности, что и для малой пластической деформации. Это
вытекает из того обстоятельства, что при любой величине равно-
мерной деформации направление ее главных осей остается по-
стоянным Ч
При деформации для характеристики формоизменения большое
значение имеет соотношение между контактной и свободной от
контакта поверхностями металла. Для цилиндра оно составляет
величину
т —2 лра —05“— — (2 31
т 1 2 4nDH и’5 И ’ И '
1 Здесь и далее под равномерной деформацией подразумевается идеализи-
рованная равномерная деформация в геометрическом отношении.
78
Поскольку величина 2т -= дает представление о соотно-
шении линейных размеров цилиндра, ею пользуются как геометри-
ческой "характеристикой. Однако в этом случае следует иметь
в виду и ее физический смысл, в связи с чем отношение будем
называть также коэффициентом контакта. Этот коэффициент легко
подсчитывается для любой геометрической фигуры [101J.
На рис. 36 приведены кривые
изменения контактной поверхно-
сти (для одного торца цилиндра
F = ц общая 2F), боковой
(X = nDH) и суммарной (2F -ф £)
в координатах «единицы поверх-
ности — отношение диаметра к вы-
соте цилиндра». Характерными
точками этого графика (называе-
мого графиком баланса поверхно-
стей) являются точка 1 минимума
суммарной поверхности цилиндра
при = I, точка 2 равенства
боковой и общей контактной по-
верхностей при у = 2 и точка 3
равенства боковой и торцовой
D
контактной поверхностей при
Рис. 36. График баланса поверхно-
стей при продольной осадке ци-
лийЦра
= 4. Этот график является
обобщенным для всех случаев равномерной осадки цилиндриче-
ских тел. Из рассмотрения его следует, что при равномерной
деформации образцов с < I общая их поверхность умень-
I) 1
шается, тогда как при-^-> 1 она увеличивается за счет интен-
сивного роста контактной поверхности.
В условиях процессов ковки, штамповки к естественной неод-
нородности деформации прибавляется неоднородность, вызванная
контактными силами трения, при этом деформация перестает быть
равномерной и в геометрическом отношении.
Кроме сил трения, неравномерность деформации вызывается
гетерогенностью сплавов, присутствием в них различных примесей
и наличием зерен различной величины. Сложные формы заготовки
и профиль рабочего инструмента также вызывают неравномер-
ность деформации. В результате деформация локализуется в ми-
кроскопических и макроскопических объемах. В деформируемом
объекте напряжения распределяются неравномерно, появляются
разнонаправленные потоки металла, вызывающие^дополнитель-
ЛоВертаспгь
Рис 37. Смещение точки 2 при воз-
растании контактных сил трения.
Материал образцов — армко-железо;
£)»
’г;— = 0,7: • — грубая (3-Й класс чи-
/7 а
стоты); О чистая (7-й класс чистоты);
X — шлифовм княя (I О-В класс чистоты)
поверхности осадочных плит
ные напряжения; весь процесс становится сложным и неоднород-
ным даже в пределах отдельных зон, на которые разделяется
объем металла при деформации.
Рассматривая вначале простейшие схемы неравномерной де-
формации применительно к ковке, штамповке, обратимся к про-
цессу осадки при различном контактном трении. С этой целью
опытный рабочий инструмент (плиты) подвергают механической
обработке различной чистоты и
применяют смазки. Как известно,
осадка при наличии сил трения
сопровождается бочкообразова-
нием, причем боковая поверхность
уменьшается в меньшей степени,
чем это имело бы место в отсутст-
вии сил трения, а контактная по-
верхность увеличивается, ио также
в меньшей степени, чем в отсут-
ствии сил трения. В результате
точка 2 на рис. 36, отвечающая
равенству боковой и контактной
поверхностей, смещается вправо
в сторону больших значений коэф-
фициента и тем больше, чем гру-
бее обработаны осадочные плиты
(рис. 37).
Внешний эффект формоизмене-
ния при неравномерной осадке
не ограничивается бочкообразова-
нисм и уменьшенной величиной
контактной поверхности, причем
все явления, сопровождающие
деформацию, протекают по довольно сложной схеме. Рассмотрим
последовательно эти явления. Боковая поверхность при осадке
приобретает не только бочкообразную форму, одновременно со-
D
кращаясь по мере увеличения она частично переходит на кон-
тактные поверхности. Это явление состоит в том, что металл,
расположенный вблизи торцов осаживаемого образца на свобод-
ной боковой поверхности, вследствие бочкообразования набегает
на обе контактные поверхности и оказывается непосредственно
под воздействием осадочных плит. Факторы, влияющие па этот
процесс, видны из рассмотрения рис. 38, на котором приведены
экспериментальные данные по осадке свинцовых образцов при
0,5 осадочными плитами с различной чистотой обработки
и в одном случае со смазкой плит. Точки, нанесенные предвари-
тельно па боковую поверхность, по мере увеличения степени де-
80
формации переходят на контактную поверхность и тем интенсив-
нее, чем больше величина действующих сил трения. С увеличением
степени деформации этот процесс получает дальнейшее развитие.
Граница торца исходного образца Dsp оказывается на большом
расстоянии от границы торца, осаженного образца DT.
При очень гладкой поверхности смазанных плит (12-й класс
чистоты) явления перехода металла па контактные поверхности
почти не наблюдается даже при
очень больших деформациях (до
70%).
На контактную поверхность
переходит не просто боковая по-
верхность, а какой-то слой метал-
ла, условия деформации которого
при этом существенно изменяются.
Для того чтобы проследить, что
получается с этим металлом,
рассмотрим, как происходит уве-
личение контактной поверхности
при осадке. Стремление к увели-
чению контактной поверхности в
отсутствии трения подчинено сле-
дующей закономерности. Из усло-
вия постоянства объема имеем
00 д- а’
откуда
р _ р 1/ ^0
/<к - Ко у
Если вычесть из каждой части
равенства по и заменить
1
777^—то получим
ЛЯ = Яо ( |/ -г-!-1)- (24)
Рис. 38. Иллюстрация явления
перехода боковой поверхности в
процессе осадки на контактные в
зависимости от чистоты обработки
осадочных плит и степени деформа-
ции е0.
Классы чистоты: а — 3-й; и — 9-й;
л — 10-й; г •- 12-й, осадка сг> смазкой
В координатах АТ? — где R — радиусы концентрических
окружностей на торцах образцов, линии для различных значе-
ний е0 представляют собой прямые, проходящие через начало
координат, что отвечает условиям равномерной деформации
(рис. 39, кривые 1). Угол наклона этих линий характеризует
интенсивность скольжения, которая увеличивается с увеличением
степени деформации. Для сопоставления теоретических и практи-
ческих данных на этом же графике нанесены экспериментальные
(рис. 39, кривые 2). Эти данные получены в результате осадки и
соответствуют увеличению радиусов концентрических окруж-
6 Я. М. Охрименко 597 -81
ностей, нанесенных на торцы образцов до начала их осадки на
шлифованных плитах (в данном случае радиусы окружностей 2, 4,
6, 8 мм и т. д.). Полученные значения ДЛ? дают возможность по-
строить кривые действительного скольжения на контактных по-
верхностях при наличии сил трения. Следует обратить внимание
на то, что скольжение металла по поверхности не является только
перемещением, так как происходит в условиях увеличения пло-
щади контактной поверхности. Скольжение сопровождается
Рис. 39. График скольжения на кон-
тактной поверхности при равномерной
(/) и неравномерной (2) осадке. Сплош-
ные линии — е0= 50%; штриховые—
е0 --- 70%, материал — свинец. Плиты
обработаны по 9-му классу чистоты
поверхности
выходом новых частиц металла
на поверхность.
Пересечение кривых сколь-
жения с осью абсцисс является
границей средней части кон-
такта радиуса Rn, на которой
отсутствует скольжение (в дан-
ном случае /?,, взят для е0 =
-- 50%). Соответствующий уча-
сток в виде круга на контактной
поверхности диаметром D„=27?/1
называется обычно участком
прилипания (рис. 39). Увели-
чение степени деформация (в
данном случае с 50% — сплош-
ные линии, до 70% — штрихо-
вые линии) приводит к умень-
шению участка прилипания. По
этому графику можно судить
и об интенсивности скольжения
при неравномерной осадке.
Непосредственно к участку прилипания примыкает участок
застоя D3 — 2А(3 с меньшей интенсивностью скольжения, чем
при равномерной осадке (судя по углу наклона этой части кривой).
Этот участок граничит с периферийным, на котором (судя по на-
клону кривой) скольжение даже более интенсивно, чем при равно-
мерной деформации. В результате контактная поверхность (диа-
метром рис. 39) в процессе осадки оказывается разделенной
на три контактных участка: прилипания Рп, застоя D3 и интенсив-
ного скольжения в периферийной части. Металл, переходящий на
контактные поверхности с боковой поверхности, попадает обычно
в участок скольжения. С уменьшением сил трения (например,
при смазке инструмента) кривые скольжения приближаются к рас-
четным линиям и могут даже слиться с ними, если силы трения
устранены. При этом не появляется бочкообразован ня, а также
нет перехода боковой поверхности на контактную. Напротив, с уве-
личением сил трения участок прилипания может быть настолько
развитым, что вся торцовая поверхность (включая и ту, которая
образуется за счет перехода боковой поверхности) оказывается
82
неподвижной. Это особенно вероятно при больших силах трений
и относительно небольших деформациях. Каждой величине силы
трения соответствует своя степень деформации начала скольжения
на контактной поверхности. Небольшая степень деформации харак-
теризуется полным прилипанием по контактной поверхности. При
малых силах трения это можно наблюдать только в начальный
период осадки, в частности у образцов с большей высотой (при
<' 1). Увеличение участка прилипания нежелательно, так как
это сопряжено с возрастанием неравномерности деформации, ко-
торая увеличивает физическую неоднородность и определяет не-
равномерность механических свойств металла.
Рассмотрим более подробно процесс бочкообразования.
Если процесс скольжения на контактной поверхности связан
с ее увеличением в радиальном и тангенциальном направлениях
и объясняется выходом новых частиц на поверхность, то бочкообра-
зование сопровождается уменьшением боковой поверхности, ко-
торое имеет сложный характер. Наряду с уменьшением обра-
зующей цилиндра происходит увеличение его периметра. Рас-
смотрение краев шлифов, изготовленных из продольных темплетов
бочкообразных образцов, показывает, что сокращение боковой по-
верхности происходит за счет складкообразования. При этом на-
блюдаются микроскопические и макроскопические складки, рас-
положенные кольцами перпендикулярно образующей цилиндра.
Можно было бы предположить, что на долю складкообразования
приходится незначительная часть уменьшения боковой поверх-
ности, поскольку этому при осадке погчогает переход боковой
поверхности на оба контакта. Однако эксперименты, проведенные
по осадке образцов с координатными сетками на их боковой по-
верхности, убеждают в том, что наряду с уменьшением боковой
поверхности за счет складкообразования происходит увеличение
этой поверхности за счет увеличения периметра поперечного се-
чения. Каждая складка подвержена тангенциальному растяжению
с образованием микроскопических надрывов и выходом новых
частиц изнутри, как и при скольжении на торцах. При значитель-
ных деформациях микротрегдины развиваются, переходя в боль-
шие трещины, по которым обычно судят об исчерпании деформа-
ционной способности металла (прн испытании на пластичность).
Чем больше контактные силы трения, тем больше переход боковой
поверхности на контактную и тем больше бочкообразование, с уве-
личением которого возрастает обновление боковой поверхности;
при этом роль складкообразования как процесса уменьшения но-
минальной поверхности даже возрастает. Следует иметь в виду,
что складкообразование увеличивает дефектный слой металла, под-
лежащий удалению при механической обработке. При ковке осад-
кой бочкообразование как процесс искривления боковой поверх-
ности обычно приводит к увеличению расхода металла. Поэтому,
6* 83
как правило, стремятся к возможно меньшему бочкообразованИй
при осадке.
Объем металла, участвующего в бочкообразован ил, можно рас-
считать, как
объемом V:t,
(рис. 40);
разность между объемом осаживаемого тела V и
ограниченным двумя контактными поверхностями
п1)2
4--нк.
V4 ... V - - V
Рис. 40. Форма и размеры осажен-
ного цилиндрического образца:
— диа.метр торца; — наиболь-
ший диаметр бочкообразного образца;
— приведенный диаметр цилинд-
рического образца
Для сопоставления различных объемов, характеризующих боч-
кообразование, удобно воспользоваться относительным объемом
бочкообразова в ия
0 _ (25)
который при определенной вели-
л л. &
чине коэффициента контакта -
достигает максимума. На рис. 41
приведено семейство таких кри-
вых для различных значении -jj—
(0,5—4,0). Чем больше значение
Do
-гг-, тем меньше максимальная
Но
величина относительного объема
бочкообразования. По достижении
максимума при дальнейшей осадке
объем, характеризующий бочко-
образованис, постепенно умень-
шается. Поскольку увеличение
бочкообразования свидетельствует
о возрастании неравномерности
деформации, то можно заключить,
что осадка за пределами максимума величины б характеризуется
меньшей неравномерностью деформации. Рассмотренная зако-
номерность бочкообразования имеет также аналитическое выра-
жение и используется для технологических расчетов (см. гл. V
и VI). Эта закономерность почти не зависит от температуры
металла, его химического состава, сил трения и даже скорости
деформации. Бочкообразование может быть большим или мень-
шим, но его максимум отвечает примерно одной и той же вели-
чине в процессе осадки.
В результате анализа основных явлений, сопровождающих не-
равномерную деформацию, устанавливается их взаимосвязь. Уве-
личение сил трения усугубляет неравномерность деформации, так
как при этом замедляется рост контактной поверхности с одно-
84
временным увеличением участка прилипания, что, в свою очёрёдь,
вызывает более интенсивный переход боковой поверхности на кон-
тактную и увеличение бочкообразования.
Рис. 42, а позволяет рассмотреть совместное проявление при-
липания, скольжения, перехода боковой поверхности на контакт-
ные и бочкообразования при различных силах трения и на раз-
Рис. 41. Изменение относительного объема бочкообразования в завиеимоетй wt
величины коэффициента контакта (использованы свинцовые образцы одинако-
вого объема)
личных стадиях деформации образца При больших
“о
силах контактного трения (обработка плит по 3-му классу чистоты,
рис. 42, а) происходят все описанные выше процессы, характерные
для резко выраженной неравномерной деформации. Образующая
цилиндрического образца показана вертикальной штриховой ли-
нией; кривая, изображенная штриховой линией, представляет
собой гиперболу, по которой происходит изменение радиуса исход-
ного образца в предположении равномерной деформации. Все
остальные кривые относятся креальному процессу осадки. Кривая 1
характеризует изменение радиуса среднего поперечного сечения
образца (соответствующий диаметр D6). Кривая 2 показывает
изменение радиуса торца (соответствующий диаметр Dr) в реальном
процессе осадки. Кривая 3 показывает изменение радиуса торца
Рис. 42. Сводный график, характеризующий эффект неравномерности деформа-
ции в геометрическом отношении. Материал — свинец; Но — 80 мм, Do~ 40 мм:
1 — область прилипания; II — область скольжения; III — область перехода боковой
поверхности на торцы
8й
исходного образца, который увеличивается за счет скольжения,
однако величина его (соответствующий диаметр меньше ра-
диуса действительного торца вследствие перехода боковой поверх-
ности на контактную. Кривая 4 характеризует уменьшение ра-
диуса участка прилипания в процессе осадки, частично остаю-
щегося даже при равной 80%-ной деформации (диаметр Е%). На
этом графике в разные стороны заштрихованы области прилипа-
ния и скольжения; последняя делится линией 3 на две части:
левую — скольжения на исходном торце и правую — скольже-
ния металла, перешедшего на торец с боковой поверхности.
Осадка с несколько меньшими контактными силами трения по-
казана на рис, 42, б (плиты обработаны по 9-му классу точности).
Качественная картина деформации здесь такая же, как и в пре-
дыдущем случае. Однако область прилипания здесь меньшей про-
тяженности и полностью исчезает при 50%-ной деформаций.
Область скольжения более развита преимущественно за счет сколь-
жения на исходном торце, что видно по значительной! кривизне
линии 3, характеризующей увеличение радиуса исходного торца.
Еще меньшие силы контактного трения (рис. 42, в, плиты обра-
ботаны по 10-му классу чистоты) вызывают дальнейшее уменьше-
ние процессов, типичных для ярко выраженной неравномерности
деформации. Здесь область прилипания наблюдается только в на-
чале осадки, область же скольжения получает еще большее раз-
витие. Одновременно существенно уменьшается переход боковой
поверхности на контактную.
При минимально достижимых силах трения (плиты обработаны
по 12-му классу чистоты и смазаны, рис. 42, г) образец получает
практически равномерную деформацию, бочкообразность и при-
липание отсутствуют, диаметр образца Do увеличивается до вели-
чины DK только за счет скольжения на контактной поверхности.
Кривые 1—3 практически сливаются в общую, гиперболическую
кривую.
При осадке образцов с 2ч-4 качественная сторона не-
равномерной деформации остается той же, количественная сто-
рона ее изменяется. Для более подробного рассмотрения этих
изменений обратимся к проявлениям неравномерности внутри де-
формируемого металла.
Как известно, появление касательных сил на контактной по-
верхности приводит к разделению деформируемого объема на зоны,
в частности при осадке, к появлению куполообразных зон затруд-
ненной деформации, основания которых представляют собой уже
рассмотренные выше участки прилипания.
В общем случае при проведении экспериментов в широком
диапазоне удается обнаружить у образцов четыре типа раз-
личных зон (рис. 43). Исследованием упрочнения холоднодефор-
87
мированного металла в различных местах продольного сечения,
а также при помощи координатных сеток и изучения искри-
вления продолиного волокна при осадке образцов было уста-
новлено, что осадка образца с L?- < 0,4ч-0,7 (рис. 43, а) харак-
‘‘к
теризуется наличием всех четырех типов зон. К контактным
поверхностям примыкают куполообразные зоны 1 затрудненной
деформации; к ним примыкают зоны 2 локализованной дефор-
мации, в которых действуют максимальные тангенциальные
напряжения под углом 45J к оси образца. В данном случае
этих зон две, как и зон 3, в которых действуют
кп.пы|рвыр г'л.'тчгиияи-.иигр няппяжрния. МежЛ1'
Рис. 43. Форма зон в объеме осаживаемого цилиндрического образца
теризующаяся наиболее равномерной деформацией. Образец
в начальной стадии осадки получает двойную бочкообразность,
которая по достижении -?-«=; 0,7 ч-0,8 исчезает (рис. 43, б,
г?). При этом зона 4 на периферии переходит в зону 3, которая
становится единственной кольцевой зоной для всего образца;
в средней части зона 4 поглощается двумя зонами 2, которые объе-
диняются в общую, имеющую теперь крестообразную форму в про-
дольном сечении (рнс. 43, в). Дальнейшая осадка связана со зна-
чительным развитием зоны 1 (рис. 43, а), которая к этому времени
уже имеет некоторую деформацию (но меньше средней для всего
образца). Следовательно, типичной затрудненной областью, в ко-
торой деформации очень небольшие, является лишь средняя часть
этой области Г. В периферийной части области затрудненной де-
формации /" к этому моменту уже имеется достаточно большая
степень деформации, но по-прежнему меньшая, чем средняя для
всего объема. Кроме того, в части зоны /" присутствует металл,
перешедший сюда из зоны 3, который уже деформирован в большей
степени, чем это характерно для зоны затрудненной деформации.
Поэтому зоны следует выявлять при малых величинах деформации
в первый момент их образования. Зона затрудненной деформации,
88
Рис. 44. Переход металла из
одной зоны в другую в процессе
осадки, осуществляемой в четы-
ре стадии на 80%
расположенная вблизи
в конце осадки
Как и другие зоны, не имеет резко очерченных границ и характери-
зуется неравномерной деформацией (зональной неравномерностью).
Переход металла из зоны в зону при неравномерной деформации
происходит непрерывно и характерен для всех зон.
При осадке составных образцов с = 0,4 до -jf = 4,5
в четыре стадии установлены следующие пути перемещения раз-
личных точек па продольном сечении образцов (рис, 44), Металл
средней части зоны затрудненной деформации вблизи торца
(точка AJ остается в зоне 1 (зоны 1—4 см. на рис. 43) на протя-
жении всей осадки (в0 = 80%), В зо-
не 1 была зафиксирована другая
точка Д',
зоны 2. Эта точка
оказалась в зоне 2, Точка Б., к на-
чалу осадки находилась в зоне 2 (на
D ,
расстоянии -4- от боковой поверх-
ности). На второй ~ - 0,7^ и
третьей I~ 1,2 1 стадиях осадки
эта точка оставалась в той же зоне
2, однако к концу осадки (-^=4,5^
она оказалась в зоне /. Аналогично
точка В3 из зоны 3 переместилась
в зону 2{ пр и у = 1,2), а в конце
Точка Г± совершает наибольшее число перемещений: из зоны 4
она перемещается сначала в зону 2, затем в зону 3 и, наконец,
в зону J. Этими экспериментами было установлено, что неравно-
мерная деформация при осадке сопровождается межзональными
перемещениями. Металл совершает как бы циклическое переме-
щение из зоны / в зону 2 (в средней части зон); в свою очередь,
металл зоны 2 перемещается в радиальном направлении в зону 3.
Эти перемещения характеризуют убыль металла из зоны 1. Одно-
временно объем зоны 7 в процессе осадки увеличивается. Проис-
ходит это вследствие интенсивного увеличения диаметра зоны 1.
При этом металл зон 3 и 2 (в процессе перехода боковой поверх-
ности на контактную) оказывается в зоне 1. Процесс перехода ме-
талла из одной зоны в другую тем интенсивнее, чем больше вели-
чина контактных сил трения. При осадке с 0,7 образцов,
ПК
у которых зона 4 отсутствует, межзональное перемещение металла
происходит по более простой, но в общем аналогично описанной
выше схеме. Во всех случаях убывание металла из зон затруднен-
ной деформации 1 сопровождается одновременным их пополнением
89
осадки оказалась в зоне 1.
йЗ кольцевой 3 и крестообразной 2 зон, причём относительный
объем отдельных зон изменяется. В частности, объем зон 2 и 3
в процессе осадки уменьшается, а объем зоны 1 увеличивается,
несмотря на уменьшение высоты этой зоны при 1-
В рассмотренной выше обшей схеме неравномерной деформации
при осадке не были выяснены причины двойного бочкообразования.
Одинарное бочкообразование объясняется сдерживающим попе-
речные деформации действием сил трения, которое вблизи контакт-
ной поверхности максимально и убывает вдоль образующей ци-
линдра к его среднему поперечному сечению. Объяснить вогнутый
профиль в средней части образца по высоте с помощью этой схемы
не удается. Для этого приходится исходить из двойствен -
н о г о влияния сил трения в процессе деформации:
1) непосредственное, сдерживающее действие сил трения при-
водит к бочкообразованию;
2) зоны затрудненной деформации, имеющие куполообразную
форму, оказывают при осадке расклинивающее действие на металл,
находящийся между ними. При некотором расстоянии между
куполообразными зонами = 0,33н-0,4^ перемещаемый в ра-
диальных направлениях металл приводит к образованию двух
самостоятельных поясов выпуклостей. При сближении зон за-
трудненной деформации > 0,8^ образуется единый кольце-
вой пояс, наблюдаемый в виде бочкообразной формы выпуклости
у осаживаемого тела.
Выше была рассмотрена неравномерность деформации, наблю-
даемая в продольных сечениях деформируемых тел. При этом Для
упрощения наблюдений в качестве объекта деформации был вы-
бран цилиндр. Для полноты картины неравномерности деформа-
ции следует рассмотреть течение металла в поперечных сечениях
деформируемых тел. Однако с этой целью удобнее использовать
нецилиндрические тела. Осадка тел прямоугольного сечения нс
сопровождается искажением поперечного сечения, если соблю-
дается так называемая радиальная схема деформации (рис. 45, а),
которая может быть лишь при отсутствии трения. Если считать
действительным (согласно А. Ф. Головину) правило кратчайшей
нормали, основанное на законе наименьшего сопротивления, то
прямоугольное сечение должно принимать эллиптическую форму
на том основании, что поперечные деформации по обе стороны
каждой линии раздела пропорциональны длине / нормального
отрезка от линии раздела к стороне прямоугольника (рис, 45, б).
Однако правило кратчайшей нормали соблюдается лишь прибли-
зительно.
И. Я- Тарновский установил, что поскольку эксперимент под-
тверждает неизменность профиля сечения при осадке в отсутствие
Ш
трения и превращение прямоугольного сечения в эллиптическое
при осадке в условиях трения, то в общем случае кинематическую
схему течения можно представить в виде, показанном на рис. 45, б,
с углом наклона линии раздела а [841. Этот угол по мере умень-
шения1 сил трения уменьшается от 45° (при нормальной схеме)
до величины, определяемой вы-
ражением ctg о -^(радиаль-
ная схема течения). Л. А. Шоф-
ман [100] убедительно доказал,
что в реальных условиях осад-
ки прямоугольное поперечное
сечение превращается в эллип-
тическое (рис. 45, в), причем
соотношение поперечных де-
формаций подчиняется следую-
щим уравнениям, выведенным
А. Ф. Головиным:
— ~Г~
А"
Ав= В?
И1 + Т7 6л»; (26)
(27)
V 1 +
г Ьо
С. И. Губкин сформулиро-
вал условия, в которых прояв-
в)
Рис. 45. Варианты схем течения ме-
талла в поперечных направлениях при
осадке образцов прямоугольного сече-
ния [18]
ляется каждая из указанных
выше схем. При малых степенях
деформации и незначительном
контактном трении действи-
тельна радиальная схема тече-
ния.
На этой же стадии деформации, но при значительном контакт-
ном трении соблюдается нормальная схема поперечных потоков,
которая при увеличении степени деформации нарушается за счет
уменьшения угла а от 45° до величины, которая определяется из
выражения cig а
Е. ф. Шаранин установил аналогичные схемы поперечного те-
чения металла при наличии внешних недеформируемых частей
заготовки, как при единичном обжатии в случае операции про-
тяжки (рис. 46). Верхняя схема показывает отклонения направле-
нии поперечных потоков от направления кратчайших нормалей
в областях очага деформации, прилегающих непосредственно
К рнещним частям заготовки. Это случай обжатия заготовки узким
Рис. 46. Поперечное течение метал-
ла при наличии внешних частей
у объекта деформации |18]
осадки стальных образцов
бойком или при небольшой подаче аь, когда ширина продольных
потоков больше их протяженности поперек оси заготовки.
На нижней схеме показано противоположное соотношение по-
токов в случае большой подачи а(, по сравнению с шириной поло-
сы Во. При этом удлинение заготовки обеспечивается лишь за
счет небольших участков очага деформации, прилегающих к внеш-
ним частям заготовки. Направле-
ние кратчайшей нормали в этих
участках не соблюдается в отли-
чие от развитой части очага де-
формации, обеспечивающей уши-
рение.
Вследствие сложности описан-
ных выше потоков металла внутри
деформируемого металла даже при
такой простой операции, как осад-
ка, количественная оценка нерав-
номерности и неоднородности
деформации затруднена (особенно
при значительных обжатиях). Для
упрощения исследования больших
деформаций обычно определяют
неравномерность высотной дефор-
мации (по продольной оси осажи-
ваемого образца), поскольку она
происходит вдоль главного напра-
вления при любой степени дефор-
мации и остается осесимметрич-
ной. Тогда о неравномерности де-
формаций в поперечном направле-
нии судят па основании извест-
ных соотношений между высотной
и поперечной деформациями. Гра-
фики, построенные по данным
(Ст. 3) при температуре 1000и С
на фрикционном прессе, приведены на рис. 47 — для-^- =
т= 0,6 и б — для = &) . В данном случае образцы с ввер-
По /
нутыми дезаксиально винтами (шаг резьбы 1 = 0,8 мм) подвергались
осадке на различные степени деформации, значения которых (в °/о)
указаны у каждой кривой. Образцы разрезали так, чтобы винты
попадали в сечение и затем были измерены на бинокулярном
микроскопе. По изменению шага резьбы высчитывали местные
степени деформации ( ем . *к , откладываемые по ординате.
По абсциссе откладывали расстояния от основания образца
О 2 'f 6 8 10 12 ' 14 16 13 20 22 2ЧНнм
а)
Рис. 47. Изменение степени деформации по высоте стальных образцов
при осадке в горячем состоянии
До исследуемых точек вдоль высоты Н. Поэтому чем больше степень
Деформации, тем меньше протяженность кривых вдоль абсциссы.
О неравномерности деформации в пределах одного или несколь-
ких шагов резьбы винта можно судить, сопоставляя каждый раз
Щ и е0 для всего образца. Значение е0 для каждой кривой (см.
цифры справа горизонтальных линий на рис. 47) является средней
высотной деформацией, следовательно, отношение — предста-
Рис. 48. Зависимость абсолютной
неравномерности распределения дефор-
мации Де от средней степени дефор-
мации ей всего образца:
1 — осадка высоких и 2 — низких образцов
вляет собой местную относи-
тельную неравномерность де-
формации. Средние участки
кривых находятся выше, а
края — ниже горизонтальных
линий, соответствующих е0.
Здесь соблюдается своего рода
баланс распределения деформа-
ций.
Об общей высотной нерав-
номерности распределения де-
формации можно судить также
по разности между наибольшим
и наименьшим значениями мест-
ной деформации для каждой
кривой, соответствующей дан-
ной степени деформации,
Ае emax emin •
На рис. 48 показано изме-
нение абсолютной неравномер-
ности в зависимости от степени
деформации, построенное по данным рис. 47. Обе кривые имеют
максимумы, причем для высокого образца с ~~ — 0,6 максимум
неравномерности деформации расположен выше и наступает
при более высокой степени деформации, чем для низкого
образца с -^2- = 2.
Для объяснения того, как появляется максимум на кривых
неравномерности деформации, рассмотрим график на рис. 49. По
вышеприведенным экспериментальным данным построены кривые
изменения местной деформации в средних зонах и зонах затруд-
ненной деформации.
Верхняя кривая характеризует увеличение деформации в сред-
ней части образцов, а нижняя кривая — в приконтактных зонах
затрудненной деформации этих же образцов. Однако интенсив-
ность возрастания обеих кривых неодинакова. Судя но углу на-
клона касательной в каждой точке кривых к оси абсцисс, верхняя
94
Кривая характеризуется убывающей, а нижняя — возрастающей
интенсивностями увеличения деформации при осадке. Наибольшее
удаление кривых по ординате и соответственно одинаковая интен-
сивность их возрастания характеризует максимум неравномер-
ности деформации, который в данном
относится к обжатию образца на —60%.
случае ^при -j^-= 0,6^
При уменьшении нерав-
Рис, 49, Изменение степени местной
деформации в зонах затрудненной и
локализованной деформации:
/• — изменение в центральной зоне наи-
большей деформации; 2 — линия равно-
мерной деформации; 3 — изменение
в зоне затрудненной деформации; 4 — ма-
ксимум неравномерности деформаций
Рис. 50. Схема распределения
высотных и радиальных дефор-
маций в различных местах по
сечению осаженного образца:
а — эпюры распределения радкаль-
(1N.X и б — высотных деформаций
номерности деформации (например, с уменьшением сил трения)
кривые сближаются, так как £гааа — emin = Де уменьшается и
в пределе, если бы удалось исключить неравномерность макро-
скопической деформации, обе кривые на графике совпали бы с диа-
гональю.
При рассмотрении кривых неравномерности деформации (см.
рис. 48) обращает на себя внимание их сходство с кривыми из-
менения объема бочкообразования (см. рис. 41), что позволяет
предполагать их взаимозависимость.
Схема неравномерности деформации в различных местах по
сечению (рис. 50) усложнена тем, что деформации не остаются оди-
наковыми даже в пределах каждой зоны. На левой части рисунка
приведены эпюры распределения радиальных деформаций: по кон-
тактной поверхности (убывающая к оси образца) и в среднем по-
перечном сечении (возрастающая к оси образца). Деформации
95
по высоте, величина которых в два раза больше радиальных, иллю-
стрируются эпюрами, возрастающими к среднему поперечному
сечению образца, но в степени тем меньшей, чем дальше отстоит
эпюра от оси образца. Напротив, края этих эпюр имеют тем боль-
шие значения деформации, чем дальше расположена эпюра от
оси образца. Нетрудно видеть, что неоднородность в условиях
контактных сил трения значительно больше, чем при геометри-
чески равномерной деформации (см. табл. 16). Граничные условия,
действующие напряжения и направления перемещения частиц при
наличии сил трения более разнообразны, а схема деформации более
сложна.
В реальных условиях деформации совершаются под действием
так называемых рабочих напряжений, которые возникают в ре-
зультате сложения напряжения от внешних сил с дополнительными
напряжениями. С. И. Губкин сформулировал положение о допол-
нительных напряжениях, знак которых отвечает уменьшению раз-
меров тела в том направлении, в котором отдельные его слои и
элементы стремятся к большему изменению размеров по сравне-
нию с допускаемым условием целостности тела. В том направле-
нии, в котором отдельные слои и элементы тела стремятся к мень-
шему изменению размеров, возникают напряжения, знак которых
отвечает увеличению размеров. Например, если реальный сплав
представляет собой двухфазную систему с различными механи-
ческими свойствами компонентов, то составляющие с более низким
пределом текучести будут стремиться к большему изменению раз-
меров, чем находящаяся рядом составляющая с более высоким
пределом текучести. При неравномерной пластической деформа-
ции вследствие ее локализации в отдельных местах возникающие
растягивающие напряжения могут совпасть с положительной де-
формацией, что обычно приводит к трещинообразованию. Если
неравномерность деформации и не сопровождается нарушением
сплошности металла, то ее вред заключается в неоднородности
свойств деформированного металла, поскольку они зависят от сте-
пени деформации. Использовать неравномерность деформации для
получения поковок с заданным распределением механических
свойств с целью создания оптимальных условий работы деталей
машин пока возможно лишь в отдельных случаях.
Рассмотренные проявления неравномерности деформации отра-
жаются также на силовых характеристиках процесса. Если де-
формировать металл в условиях, исключающих его упрочнение, то
в процессе осадки плоскими плитами изменение сопротивления де-
формации может быть объяснено по меньшей мере тремя следую-
щими факторами: непосредственным подпирающим действием сил
трения, приводящего к появлению или более яркому выражению
объемного напряженного состояния, что повышает сопротивление
деформации; увеличением в процессе осадки, означающим воз-
96
растание удельной величины контакта, что также приводит к по-
вышению сопротивления деформации; образованием зон затруд-
ненной деформации. Последний фактор изменяет сопротивление
деформации неодинаково в зависимости от величины и кон-
тактных сил трения.
Легко воспроизводимый эксперимент показывает, что при
осадке образцов с малой величиной коэффициента контакта
Рис. 51. Влияние величины сил трения на удельное усилие осадки высоких
14 мм, Но — 28 мм, 4^- — 0,5 'l •
/ —грубая обработка плат; 2 — чистовая обработка плит; 3 — шлифованные слабо-
смазанные плиты
образцов из свинца
увеличение контактных сил трения приводит к уменьшению сопро-
тивления деформации в начале осадки (рис. 51).
Кривые, показанные на рис, 51, с характерным зубом теку-
чести-получены при осадке свинцовых образцов на прессе Гагарина
со скоростью деформации, обеспечивающей полную рекристал-
лизацию металла в процессе осадки. При больших силах трения
(в данном случае грубая обработка плит) образуются большего
объема, «жесткие» и более четко выраженные зоны затрудненной
деформации, которые расклинивают находящийся между ними
металл при относительна небольшом сопротивлении деформации.
Напротив, осадка при малых рилах трения сопровождается обра-
зованием малоразвитых, податливых зон затрудненной деформа-
ции, не способствующих появлению значительных горизонтальных
составляющих, что вызывает большее сопротивление деформации
в начале осадки. Так как зоны 1 (см рис. 43) не представляют
собой геометрически правильных конусов с углом у основа-
ния, равным 45°, а являются куполообразными, то их вэаимодей-
7 Я. И. Охрименко 5!)7 ’S?
ствие в процессе осадки (через зону 2) происходит не при = 1,
r D тГ
как иногда полагают, а при больших значениях -г,- > Нри дальнеи-
г п
шей осадке кривые располагаются в порядке, соответствующем
более высоким сопротивлениям деформации при больших силах
трения.
Осадка образцов—- >2 (рис. 52) с самого начала характе-
ра
ризуется указанным выше взаимодействием зон затрудненной де-
Рис. 52. Влияние величины сил трения на удельное
усилие осадки низких образцов из свинца: ~~ — 3,1:
па
I — грубая обработка плит; 2 — чистовая обработка плит;
3 — шлифованные смазанные плиты
формации, в связи с чем кривые имеют плавный подъем и не пере-
секаются, как в предыдущем случае. Если общая высота кривых
объясняется величиной контактных сил трения, то наклон кривых
можно объяснить увеличением роли контакта с увеличением зна-
чения и увеличивающимся взаимодействием куполообразных
зон /, высота которых при осадке уменьшается (высота их всегда
меньше . В начале сближения куполообразных зон они взаимо-
действуют небольшими и наиболее податливыми частями, а к концу
/ D \
осадки (при больших-^-i это взаимодействие достигает максимума
как в отношении поверхности сближения, так и «жесткости» самих
зон. Здесь проявляется уже отмечавшееся выше двойственное влия-
ние сил трения. Обнаруживаемое при эксперименте действие сил
трения отражает оба вида влияния сил трения, причем в начале
98
осадки с небольшим отношением Do : Но сдерживающее влияние
сил трения увеличивает, а зонообразование уменьшает сопроти-
вление деформации, затем на некоторой стадии осадки они
суммируются и значительно увеличивают сопротивление дефор-
мации.
В условиях технологических процессов ковки, штамповки не-
равномерная деформация происходит в результате значительного
количества дополнительных факторов. Это форма самой заготовки
и инструмента, тепловая неравномерность (непрогрев и неравно-
мерное остывание металла), гетерогенность деформируемых спла-
вов, неравномерное упрочнение вследствие неоднородности
деформации и некоторые другие. Учесть все эти факторы при
аналитических расчетах пластических деформаций до сих пор не
удалось.
Деформации, необходимые для осуществления технологических
процессов, могут быть охарактеризованы тремя величинами: ра-
ботой, сопротивлением и степенью деформации. Как известно из
теории обработки металлов давлением, перечисленные величины
связаны между собой такой зависимостью: А = VuTe или =
= ате1 где А^ — удельная работа деформации, приходящаяся
на единицу объема заготовки. Эта величина определяется произ-
ведением прочностной и пластической характеристик. Обе по-
следние величйны характеризуют также технологиче-
скую деформируемость металлов, но не как произве-
дение, а в ином соотношении. Рассмотрим этот вопрос более под-
робно. С. И. Губкин 1 характеризует технологическую деформи-
руемость как способность металла к обработке давлением. В част-
ном случае говорят о ковкости, штампуемости и т. п. Общеприня-
того эталона (единицы измерения) для технологической деформи-
руемости так же, как и для пластичности, еще не установлено,
хотя четкое разделение показателей механических свойств на проч-
ностные (<7S, сгт и т. п.) и пластические (б, ф) существует. В особом
положении находится показатель ударной вязкости а„, но так как
в основу размерности этой величины положена работа деформации,
которая, как показано выше, определяется и сопротивлением де-
формации, и пластичностью металла, то ударная вязкость харак-
теризует не только пластичность, но и прочность металла.
Для лучшего представления о технологической деформируе-
мости (например, ковкости) приведен график в координатах «сопро-
тивление деформации — пластичность металла» (рис. 53). На гра-
фике выделены четыре области, для которых металлы в данных
условиях деформации могут быть подразделены на малопластич-
ные (/ и //) и на веСьма пластичные (Ш и IV), а также с низ-
ким (II и IV) и высоким (/ и III) сопротивлением деформации.
196Q1 С’ И’ Губкин. «Пластическая деформация металлов». Металлургиздат,
7*
‘ 99
При этом область / характеризует металлы с наиболее низкой
ковкостью (чугун, сталь с большим содержанием карбидов и т. п.).
Область И типична для мягких, но хрупких металлов, ко-
торые также не обладают ковкостью (литой цинк и т. п,). Об-
ласть 1П характерна для металлов с высоким сопротивлением де-
формации, но пластичных, к которым относятся многие высоко-
прочные металлы и сплавы. Область IV характерна для металлов
с высокой технологической деформируемостью. Сюда относятся
ковкие в нагретом состоянии углеродистые и большинство низко-
легированных марок стали. Внутри каждой области показана
Рис. 53. График, характеризующий техноло-
гическую деформируемость металлов
типичная кривая в координатах в—о".
Рассмотрение графика, характеризующего технологическую
деформируемость, показывает неприемлемость для оценки ков-
кости произведения показателей степени и сопротивления де-
формации, т. е. работы или энергоемкости деформации. Величина
произведения может быть одинаковой для областей / и IV (см.
произведение по координатам точек А и 5 и по всем другим,
лежащим на общей гиперболе). Так как низкая или высокая
ковкость определяется местоположением той или иной области
на графике технологической деформируемости, то как для со-
ответствующей характеристики, так и для указания место-
положения точки необходимы две цифры (координаты), а не
их произведение или отношение. Например, для углеродистой
стали при 1000° С или свинца при 20° С их высокая ковкость
при осадке характеризуется цифрами 29 Мн/м2 (~ 3 кГ/мм2) и
98%, а отсутствие ковкости у закаленной углеродистой стали —
686 Мн/м2 (я=; 70 кГ/мм2) и 0,2% и т. д. Здесь первые цифры
отвечают сопротивлению деформации металла в данных условиях
деформации (температура, скорость, схема напряжений и т. д.), а
100
вторые цифры характеризуют максимально возможную степень
деформации металла в этих же условиях.
После сопоставления возможной ковкости с необходимой для
данной операции судят о деформационных возможностях того
или иного процесса. Кроме этого, технологу было бы полезно
знать о способности деформируемого металла к воспроизведению
рельефа инструмента: о способности к затеканию в углы с неболь-
шим радиусом закругления или в отверстия небольшой ширины
или малого диаметра; о способности образовывать углубления,
очерченные малым радиусом; о склонности к складкообразованию
при встречных потоках металла; о большей или меньшей величине
радиуса закругления у так называемых утяжин вблизи внедряю-
щегося в металл инструмента и т. и. В отличие от пластичности,
о величине которой судят по ее исчерпанию, перечисленные выше
свойства металла не связаны со степенью деформации и характери-
зуют способность металла к формообразованию инструментом слож-
ного рельефа. Однако до сих пор такая характеристика для ме-
таллов не разработана.
ГЛАВА IV
ТЕРМИЧЕСКИЙ РЕЖИМ КОВКИ И ШТАМПОВКИ
Процессы ковки и штамповки, осуществляемые при высоких
температурах (для разных марок стали в пределах 1300—750° С),
можно рассматривать как совместные процессы обработки метал-
лов давлением и термического воздействия ла лих. В общем случае
при ковке литого металла (слитков) приходится решать три сле-
дующие задачи:
преобразование литой (дендритной) макроструктуры металла
в волокнистую;
придание заготовке заданной формы и размеров поковки;
получение оптимальной зернистости металла при минимальных
остаточных напряжениях. При ковке и штамповке прутковых за-
готовок и болванок (блюмов) решаются только две последние за-
дачи.
Тепловое воздействие на металл приводит к почти полной
потере им упругих свойств, к уменьшению (в десятки раз) его со-
противления деформации и к повышению (на десятки процентов)
пластичности. В процессе горячей обработки металла давлением
происходит снятие появляющихся напряжений, в частности при
возврате и рекристаллизации металла (непосредственно в про-
цессе деформации и по ее окончании). Кроме того, тепловое воздей-
ствие на металл приводит к перекристаллизации и растворению
карбидов, способствует и ускоряет диффузионные и релаксацион-
ные процессы.
К числу наиболее вредных явлений, вызываемых нагревом,
относятся окалинообразование, порча поверхности металла, обез-
углероживание и некоторые виды перегрева металла, приводящие
к неисправимым дефектам. При неправильном ведении процесса
происходит пережог стали и образование трещин вследствие
растягивающих тепловых напряжений. Особенно опасен в этом
отношении процесс охлаждения металла, при котором возможны
и другие отрицательные явления, например флокелюобразование
(в результате повышенного содержания водорода в стали).
Оптимальный термический режим ковки, штамповки должен
обеспечить необходимые условия для успешного проведения про-
102
цесса, а также высокое качество поковок, при котором вредное
влияние тепла по возможности ограничивается. Поэтому терми-
ческий режим разрабатывается для каждой марки стали с учетом
исходной структуры металла, его объема, соотношения размеров
заготовки (слитка) и назначения поковки.
Термический режим ковки, штамповки состоит из трех этапов;
нагрева металла перед ковкой, штамповкой; остывания металла
в процессе ковки, штамповки (при одновременном переходе энер-
гии деформации в тепловую); остывания металла по окончании
ковки, штамповки.
В общих чертах термические режимы процессов ковки и штам-
повки аналогичны. Если имеется в виду ковка и штамповка оди-
наковых заготовок, то первый и третий этапы термического ре-
жима могут даже совпасть. Второй этап режима имеет некоторое
отличие. Более быстрый тема штамповки позволяет обычно уло-
житься в отрезок времени, определяемый остыванием металла.
При ковке часто оказывается этого времени недостаточно, и тогда
приходится нагревать полуфабрикат поковки вторично (вторичный
и последующие нагревы обычно называют подогревами). Особенно
существенно отличие в термическом режиме катаных заготовок
и слитков, в связи с чем эти режимы будут рассмотрены раздельно.
Поскольку масса слитков превышает в десятки и сотни раз массу
отдельных заготовок, то длительность всех этапов термического
режима ковки слитков получается относительно большей. Это при-
водит к повышенному окалинообразованию, значительному росту
зерна и развитию других процессов, зависящих от длительности
процесса. Процесс ковки слитков во времени намного превышает
длительность остывания металла при ковке, что в отдельных слу-
чаях вызывает необходимость в пяти, шести и более (до двенадцати)
подог ревах металл а.
§ 1. ИНТЕРВАЛ КОВОЧНЫХ ТЕМПЕРАТУР
Одна из главных задач при разработке термического режима
ковки, штамповки состоит в определении соответствующего темпе-
ратурного интервала, т. е. температуры начала и конца обработки
металла.
Различают оптимальный (или допустимый) и тех-
нологически необходимый интервалы температур
ковки, штамповки. Оптимальный интервал ковочных температур
определяют в результате раздельного установления температур
начала и конца ковки, штамповки. Точно установить эти темпера-
турь! можно лишь на основании конкретных данных, касающихся
металла (с металлургической, металловедческой и эксплуатацион-
ной точек зрения). Поэтому обычно указывают ориентировочные
температуры начала и конца ковки, штамповки, которые затем
подлежат уточнению исходя из конкретных обстоятельств.
103
Главным фактором, определяющим эти температуры, является
химический состав сплава и определяемые им свойства. Ковочные
температуры находятся между температурами плавления и конца
рекристаллизации сплава. Более низкие температуры относятся
к полугорячей, полухолодной и, наконец, холодной деформации.
Обработка давлением при температурах, отвечающих промежутку
между линиями солидуса и ликвидуса на диаграммах состояния,
носит название штамповки или прокатки металла в момент кри-
сталлизации. Однако обработка давлением, и в частности ковка,
штамповка, не может быть осуществлена при температурах, обу-
словливающих в данных условиях деформации недостаточную пла-
стичность металла.
Для уточнения интервала ковочных температур используются
дополнительные сведения о сплаве в условиях ковки. Вблизи
температуры плавления сплава находится температура потери его
пластичности. В этой же температурной области происходит пере-
жог стали, связанный с оплавлением и окислением границ зерен,
поэтому ковать или штамповать металл при указанных темпера-
турах нельзя. Немного ниже находятся температуры перегрева
сплава, который характеризуется значительным ростом зерен. Од-
нако крупнозернистая структура большинства марок стали хорошо
поддается ковке (при этом зерна измельчаются), так что максималь-
ная температура ковки или штамповки может находиться в области
температур перегрева, который начинается при температуре кри-
тического роста зерна. Иногда технологи снижают верхнюю гра-
ницу температурного интервала ковки из-за необходимости умень-
шить чрезмерное окалипообразование или обезуглероживание ме-
талла. Это снижение более значительно для крупных заготовок,
поскольку при их нагреве требуется большое время выдержки
в печи. При ковке литого металла (слитков) температура начала
ковки может быть несколько повышена. Применение ускоренного
режима нагрева также позволяет повысить верхний предел темпе-
ратурного интервала, но во всех случаях металл должен выдер-
живать предусмотренные технологическим процессом обжатия без
трещинообразования. Если в начале ковки требуются небольшие
обжатия, то их можно осуществить при температурах, более вы-
соких, чем при ковке с большими обжатиями.
Нижнюю границу температур ковки, штамповки уточнить бо-
лее сложно. Здесь приходится считаться не только с типом стали
(заэвтектоидная или доэвтектоидная), но и с объемом поковок,
качеством требуемого металла, наличием или отсутствием термо-
обработки поковок, способом их охлаждения (в том числе и с ис-
пользованием ковочного тепла для термообработки и т. п.). Важ-
ным фактором при установлении ковочных температур являются
требования, предъявляемые к механическим свойствам металла
с учетом характера эксплуатации детали. Если для данной детали
предусмотрена термическая обработка, например закалка с от-
104
пуском, то Правильно выбранная температура конца ковки,
штамповки (выше точки Аг3 среднеуглеродистой для доэвтектоид-
ной стали) позволяет использовать ковочное тепло для последую-
щей термической обработки. При этом следует стремиться к тому,
чтобы условия деформации не вызывали дополнительной терми-
ческой обработки в виде отжига или нормализации [83]. Если
термическая обработка не предусмотрена, то нижний предел ин-
тервала ковочных температур ограничивается условиями полу-
чения мелкого зерна. Для небольших поковок (массой до —1000 кг)
температура конца ковки, штамповки может быть высокой (на
200—300° С выше точки Аг3) или низкой (вблизи этой точки).
Несмотря на то, что при высокой температуре конца ковки или
штамповки зерно будет крупным, можно в результате быстрого
охлаждения получить тонкое строение структуры сплава и соот-
ветствующие этому механические свойства. Высокая температура
конца обработки способствует повышению технико-экономических
показателей производства (повышению производительности, умень-
шению расхода энергии на ковку, штамповку). Для поковок
с большой массой и не подлежащих термической обработке полу-
чение высоких механических свойств за счет увеличения скорости
охлаждения поковок маловероятно из-за невозможности в этих
условиях ускорить остывание поковок. Поэтому чтобы решить
эту задачу, следует подобрать такую комбинацию температуры
и величины последних обжатий, которая обеспечивала бы опти-
мальную структуру. Здесь следует иметь в виду, что сталь, под-
вергнутая деформации в интервале критических обжатий (4—12%),
после рекристаллизации будет иметь нежелательную крупнозер-
нистую структуру.
Для углеродистых сталей интервалы ковочных температур
даны на диаграмме состояния «железо—углерод» (рис. 54). Из
графика следует, что для низкоуглеродистой стали область ко-
вочных температур совпадает с однофазной аустенитной обла-
стью и частично распространяется на двухфазную область меж-
критических температур, где свободной структурной фазой
является феррит. Заэвтектоидные стали куют в аустенитной и
в двухфазной областях со структурно свободным цементитом.
Ковка, штамповка среднеуглеродистой стали оканчивается выше
точки Лгя, что обеспечивает устойчивую мелкозернистую струк-
туру стали. Для низкоуглеродистой стали (до 0,3% С) допустима
более низкая температурная область конца ковки, штамповки
(в промежутке между точками Аг3 и Лг^ особенно для крупных
поковок. При этом окончательный размер зерен меньше, чем при
завершении ковки при температуре выше точки Агя. Для заэв-
тектоидпой стали, у которой структурно-свободной фазой является
хрупкий цементит, температура конца ковки, штамповки должна
быть по возможности более низкой, а охлаждение поковок быст-
рым во избежание образования цементитной сетки при высокой
105
температуре и конце обработки. Для разрушения цементитной
сетки следует оканчивать ковку, штамповку в интервале температур
критических точек Агт—Аг1. В этом случае перед отжигом стали
па зернистый перлит нет необходимости проводить нормализацию,
отжиг же можно осуществить, используя ковочное тепло. Рекомен-
Рис. 54. Целесообразные температурные
интер налы ковки поковок сечением свыше
70 мм из наследственно крупнозернистой
углеродистой стали:
/ — 2 - • верхний предел температурного интер-
вала при скоростном нагреве; 3 — 4 — верхний
предел температурного интервала для слит-
ков; 5 —4 •— верхний предел для крупных
болванок и прутковых заготовок; 6— 7 —Я —
нижнцй предел температурного интервала
ковки для доэвтектомдцых сталей; 6—7—// —
допустимая температурная область конца
ковки яиакоуглсродкстой стали; S—9—/0—
область конца ковки для уаэвтектоидной
стали [8f)J
дации, связанные с окончи-
нием ковки и штамповки
заэвтектоидной стали как
можно ближе к точке Дг1;
неприемлемы для стали с
большим содержанием угле-
рода, у которой вследствие
графитизации может поя-
виться такой вид брака, как
«черный излом». При пост-
роении графика на рис, 54
это обстоятельство учтено.
Б цеховых условиях ин-
тервал ковочных температур
иногда уточняют исходя из
субъективных пр; чин. Конец
штамповки корректируют
исходя из стойкости инстру-
мента. Разогретые штампы
быстро «садятся» при штам-
повке остывающей заготовки
вследствие значительного уве-
личения сопротивления де-
формации. Иногда повыше-
ние температуры штампов-
ки вызывается недостаточной
мощностью используемого
оборудования. Руководствоваться подобными соображениями допу-
стимо лишь в тех случаях, когда отклонения от оптимального
режима не снижают качества поковок.
Как видно из графика па рис. 54, максимальный интервал
ковочных температур для пизкоуглеродистой стали достигает
600е С, для эвтектоидной стали он составляет 400—450“ С, а для
заэвтектоидпых — 200—300° С. Для высоколегированной стали
этот интервал температур еще меньше, и, например, для жаро-
прочной стали он составляет 100—150° С [60].
Для уточнения интервала ковочных температур обычно про-
водят следующие лабораторные исследования: выявление пла-
стичности стали при осадке до появления первой трещины в пре-
делах ориентировочного интервала ковочных температур; по-
строение кривой изменения ударной вязкости в той же темпера-
турной области; определение сопротивления деформации при тем-
1С6
ба. Ориентировочные данные
сокращения интервала ковоч-
температур за счет снижения
Рис.
для
пых
верхнего его предела с учетом не-
обходимой деформации в процессе
ковки (по данным М. А. Гончарова)
пературах ориентировочного конца ковки, штамповки; построение
графика рекристаллизации металла после обработки металла
с различной степенью деформации [36].
Фактически используемый интервал ковочных температур мо-
жет точно совпасть с оптимальным интервалом лишь в частном
случае при равенстве времени tK, затрачиваемого на ковку, штам-
повку, и времени t0 остывания стали в интервале ковочных темпе-
ратур при данных условиях обра-
ботки. Обе эти величины могут
значительно изменяться в зави-
симости от сложности поковки
и темпа работы, зависящего от
степени и механизации процесса
и быстроходности оборудования.
Если tK < t0, что часто встре-
чается при штамповке, то допу-
стимый интервал ковочных темпе-
ратур не используется, и техно-
логу следует решить вопрос, за
счет какой из температур сокра-
тить этот интервал, учитывая те
же обстоятельства, на основании
которых был установлен интервал
температур обработки. Высокий
нагрев металла без достаточной
его проковки не обеспечивает не-
обходимого качества металла даже
рости охлаждения, поэтому в подобных случаях, чтобы избе-
жать дополнительной термической обработки, приходится сок-
ращать интервал температур обработки за счет снижения тем-
пературы процесса (рис. 55). Если tK > t0, то осуществляют
ковку за два или большее число выносов. При этом следует
уточнить ковочные температуры, с тем чтобы на последнем
выносе соблюсти рациональный интервал ковочных температур,
согласованный с другими параметрами процесса и обеспечиваю-
щий наилучшее качество поковок.
Данные о температурном интервале для ковки и штамповки
различных легированных сталей и сплавов имеются в специальной
литературе и справочниках [27, 86 ].
§ 2. ТИПЫ НАГРЕВАТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ И СПОСОБЫ
НАГРЕВА МЕТАЛЛА
В связи с различной массой слитков и заготовок, а также тем-
пом и серийностью производства кованых и штампованных поко-
вок для ковки и штамповки применяют различные типы нагрева-
тельных устройств и способы нагрева металла. В кузнечных цехах
для ковки применяют преимущественно нагревательные печи
107
за счет регулирования ско-
(табл. 17), Для мелких и средних заготовок из углеродистой стали
применяют немеханизированные камерные щелевые печи с реку-
перативным использованием тепла отходящих газов и без исполь-
зования этого тепла. Для нагрева легированной стали применяют
также двухкамерные печи с периодической попеременной загруз-
кой каждой камеры или с последовательной их загрузкой.
Нагрев слитков осуществляют также в камерных печах с одним,
двумя и несколькими закрывающимися окнами и peiоперативным
использованием тепла. Отходящие газы удаляются через борона
и вытяжную трубу. Большое распространение получили нагрева-
тельные печи с выдвижной подиной. Печи с двумя подовыми те-
лежками и выдвижением их в обе стороны позволяют использо-
вать их без значительных потерь времени. Методические печи
для нагрева небольших слитков из легированной стали исполь-
зуются при применении наклонного пода (для облегчения
переката слитков) и толкателя для перемещения слитков внутри
печи.
При больших сериях производства крупных поковок приме-
няются тоннельные печи с расположением слитков на отдельных
тележках. Для подогрева крупных болванок применяются преиму-
щественно шахтные печи, а для охлаждения — различные колод-
цевые устройства, в том числе и неотапливаемые. В качестве топ-
лива в указанных печах используется мазут или газ.
В производстве штампованных поковоз применяются разнооб-
разные нагревательные средства. Быстрый нагрев металла для
штамповки в кузнечно-штамповочных цехах обеспечивают пламен-
ные печи и электрические нагреватели.
При нагревании металла в печах имеет место передача тепла
лучеиспусканием, конвекцией и теплопроводностью. Лучеиспу-
скание является основным источником передачи тепла от нагре-
вающей среды и стенок печи; конвекцией передается только 3—
8% тепла. Теплопроводность обеспечивает распространение и вы-
равнивание температур по сечению заготовок. В кузнечно-штампо-
вочном производстве до сих пор имеют большее распространение
печи, чем электроустановки. Преобладающим видом топлива для
современных печей является газ. Различают два типа печей:
полуметодические и камерные (садочные и щелевые); в современных
цехах — печи с отводом отходящих продуктов горения в боров
или с вытяжкой эксгаустером и с рекуперативным использованием
тепла. Большое распространение получили печи механизирован-
ные (конвейерные и с толкателями), а также полуметодические
(с укороченной камерой подогрева металла). Некоторое примене-
ние получил нагрев металла в солевых ваннах.
Электрические нагреватели — более совершенный тип уста-
йовок для нагрева металла [8].
При нагреве стали электроконтактным способом тепло возни-
кает вследствие сопротивления при прохождении электрического
108
109
тока через нагреваемый металл. Выделяемая в заготовке тепловая
энергия пропорциональна “квадрату силы электрического тока,
первой степени его сопротивления и времени прохождения
тока.
При нагреве электроипдукционным способом повышение тем-
пературы металла происходит под влиянием вихревых токов и
выделения тепла от гистерезиса перемагничивания. В обоих слу-
чаях тепло возникает внутри металла, но все же неравномерно
по сечению. Распространение тепла и частичное выравнивание
температур в металле, нагреваемом электротоком, происходит
благодаря теплопроводности.
Электролитный нагрев металла основан на эффекте интенсив-
ного нагревания катода при прохождении электрического тока
через водные растворы солей. За короткий промежуток времени
(0,012—0,001 сек) около катода возникает газовая рубашка (водо-
родная), через которую ток проходит в виде микроразрядов (от
8000 до 10 000 в сек на 1 см). Источниками, нагревающими металл,
служат разряды и тепло газового слоя.
Преимущества и недостатки электрических способов нагрева
металла. К существенным преимуществам электронагрева перед
нагревом заготовок в кузнечных печах относятся следующие.
1. Экономия металла. Большая скорость нагрева металла и от-
сутствие необходимости подачи воздуха в камеру пагрева (как
в случае применения печей для поддержания горения топлива)
приводят к значительному уменьшению окалины. При контактном
электронагреве угар металла сокращается вдвое. Индукционный
способ нагрева дает еще больший эффект в отношении уменьшения
окалины, однако без применения защитной атмосферы устранить'
полностью окалину в процессе нагрева не удается.
2. Повышение стойкости штампов. При уменьшении окалины
на металле стойкость штампов повышается, так как окалина ока-
зывает абразивное действие.
3. Повышение производительности труда. Большая скорость
нагрева позволяет увеличить температуру начала штамповки,
так как перегрев штампуемого металла при малых выдержках
в нагретом состоянии происходит при более высоких температурах.
Штамповка при более высоких температурах целесообразна из-за
меньших затрат работы на деформацию, что приводит к сокраще-
нию числа ударов и повышению производительности при штам-
повке на молотах. При электронагреве легко достигается согла-
сованность работы нагревательных устройств и штамповоч-
ных машин и упрощается автоматизация производственного про-
цесса .
4. Улучшение условий труда. Отсутствие грязи и копоти на
рабочем месте улучшает условия труда в горячих цехах, что при-
ближает условия работы в них к условиям работы в холоднопрес-
совых цехах,
110
5. Повышение качества продукции. Равномерность нагрева
и точный контроль температурного режима при электронагреве
позволяют обеспечить однородные структуру и свойства металла,
сократить тепловые виды брака и увеличить точность размеров
поковок за счет уменьшения колебания величины усадки поковок
при их остывании.
6. Отсутствие необходимости в тщательной очистке поковок;
экономия времени на очистку заготовок от окалины перед штампов-
кой; простота обслуживания нагревателей; удобство применения
защитных атмосфер в нагревательных индукторах и т. п.
Недостатки электронагрева металла связаны с относительно
высокой ценой установок и электроэнергии, трудностями подо-
грева (вторичного нагрева) еще не остывших заготовок и слож-
ностью нагрева фасонных заготовок. Для удешевления электро-
па грева применяют двухступенчатый индукционный электрона-
грев металла: до температуры 800—850° С током промышленной
частоты (без генератора) и затем током средней частоты [81.
Типы кузнечных нагревательных устройств, применяемых при
штамповке, с указанием их конкретного назначения приведены
в табл. 18. Нагревательные устройства используются для нагрева
Таблица 18
Типы нагревательных устройств, применяемых в штамповочных цехах
Нагревательные устройства Назначение Условия нагрева стали
Печи камерные: с закрывающимися окнами щелевые очковые Для нагрева заготовок мерных То же мерных и прут- ковых То же Ьез предваритель- ного нагрева; печи могут быть с защит- ной атмосферой
Печи полуметодиче- ские и методические с толкателями Для нагрева мерных за- готовок из легированной стали Методический на- грев; печи могут быть с защитной ат- мосферой
Пеня карусельные: с вращающимся подом (тарельча- тые) с вращающимся корпусом (очко- вые) Для нагрева заготовок мерных То же мерных и прут- ковых То же
Ш
Продолжение табл. 18
Нягрелатсл-ьныс устройства 1 Назначение Условия нагрева СТ?. ,П1
Конвейерные печи: С внутренним рас- положением кон- вейера с наружным рас- положением кон- вейера Для нагрева заготовок мерных То же прутковых Методический на- грев; печи могут быть с защитной атмосферой То же
Специализированны^ печи Нагрев фасонных заго- товок Нагрев по задан- ному режиму
Солевые ванны Нагрев мелких загото- вок Быстрый нагрев
Печи для скоростного нагрева с керамиче- скими горелками: камерные и про- ходные Нагрев заготовок всех типов То же
Инду к ци о н ны й эле к- тронагрев токами: промыт л с иной ч а стоты повышенной ча- стоты Нагрев заготовок диа- метром более 150 —200 мм; нагрев заготовок всех ти- пов и размеров диаметром до 150—200 мм Очень быстрый на- грев
Контактный электро- нагрев Нагрев заготовок диаме- тром до 60—70 с по- стоянным сечением по длине (преимущественно большой дли ны, —> 1, где Lo и Do в с.н) Быстрый нагрев
Нагрев в электролите Нагрев заготовок не- больших размеров и сече- ний То же
Нагрей в стеклянных ваннах То же То же
112
мерных заготовок (штучных, спаренных и mjюгоштучных), чаще
всего целиком, и прутковых заготовок (обычно нагревают только
с одного конца). Приведенные в табл. 18 типы печей более совер-
шенной конструкции, чем печи, применяемые для ковки. В по-
следнее время получают распространение печи с защитной атмо-
сферой. Экономические расчеты показывают, что в районах с по-
вышенной стоимостью электроэнергии эти печи наиболее эффек-
тивны- Методический и полуметодический нагрев применяется
для легированной стали. Механизированные конвейерные и кару-
сельные печи обеспечивают ритмичную подачу нагретых заготовок,
что особенно важно в автоматизированном производстве поковок.
Нагрев в стеклянных ваннах применяется нескольких вариантов.
Пламенный нагрев в стеклянной ванне используется для неболь-
ших заготовок; остающееся на поверхности металла стекло яв-
ляется смазкой при последующей штамповке. Вариант электро-
нагревательного устройства, в котором применяется в качестве
сопротивления расплавленное стекло, позволяет осуществлять
нагрев даже слитков.
§ 3. НАГРЕВ СЛИТКОВ
Основой термического режима ковки являются общая продол-
жительность и скорость нагрева металла. Различают максимально
возможную и допустимую скорости нагрева металла. Максимально
возможная скорость нагрева стали в печах, применяемых для на-
грева металла перед ковкой, зависит от конструкции и тепловой
мощности печи; условий передачи тепла металлу; физических
свойств металла и условий теплопередачи внутри слитка. Допу-
стимая скорость нагрева определяется комплексом физико-хими-
ческих свойств металла, при этом учитывают опасность перена-
пряжения литого металла и необходимость обеспечения нормаль-
ных условий при последующей деформации слитков.
Установлено, что наиболее опасным является период нагрева
слитков до 500—750° С. При нагреве слитка наружный его слой
приобретает более высокую температуру, чем средняя часть. Этот
слой стремится расшириться, чему препятствует средняя часть
слитка; в результате наружный слой испытывает радиальные на-
пряжения сжатия, а внутренняя часть -— опасные напряжения
растяжения. Неметаллические включения, пузыри, иераство-
ренные карбиды играют при этом роль концентраторов напряже-
ний, приводящих к трещинам. При достижении критической тем-
пературы в поверхностном слое заготовки происходит уменьшение
объема (при переходе FeaB Fev, обладающее большей плотностью),
вследствие чего напряжения снижаются и могут даже изменить
свои знаки. Когда весь металл достигнет температуры выше кри-
тической, наружные слои заготовки окажутся вновь в сжатом,
а внутренние — в растянутом состоянии. Однако к этому времени
сопротивление деформации снижается настолько, что под влиянием
8 Я. M. Охрименко 597 113
тепловых напряжений может произойти местная пластическая
деформация в отдельных перенапряженных местах, что в конеч-
ном счете приводит к уменьшению напряжений. Перенапряжения
при нагреве практически могут быть опасными только для круп-
ных слитков или для малопластичных сплавов сложного состава.
Поскольку трещинообразовапие происходит при растягивающих
напряжениях, наибольшее опасение вызывает охлаждение металла.
Вопросы, связанные с расчетом нагрева, занимали ученых на
протяжении многих десятилетий. В настоящее время применяются
методы расчета, учитывающие условия нагрева, при которых
основными источниками передачи тепла являются конвекция и
лучеиспускание. В расчете нагрева учитывают переменные усло-
вия теплообмена и изменение физических свойств металла при его
нагреве. Например, коэффициент теплоотдачи в интервале темпе-
ратур ковочного нагрева изменяется в 3—4 раза, а коэффициент
температуропроводности в 2—3 раза. При повышении темпера-
тур коэффициент теплопроводности для сталей различного хими-
ческого состава изменяется неодинаково. Для углеродистой стали
при нагревании до 900° С теплопроводность понижается, а при
более высоких температурах немного увеличивается, тогда как
для легированной стали теплопроводность постепенно увеличи-
вается с повышением температуры. Аустенитная структура стали
характеризуется увеличением теплопроводности с повышением
температуры. При комнатной температуре теплопроводность угле-
родистой стали в 4—6 раза выше теплопроводности нержавеющей
стали. Однако слитки и заготовки из этой малотеплопроводной
стали (так же как и быстрорежущей стали) нагреваются быстрее,
чем равновеликие заготовки из углеродистой стали, что объя-
сняется более низким теплосодержанием стали этих и многих дру-
гих высоколегированных марок. Сложность расчета нагрева
объясняется также тем обстоятельством, что с увеличением попе-
речного сечения слитка или заготовки продолжительность их
прогрева увеличивается не прямо пропорционально, а в большей
степени. Температура газовой среды в отдельные периоды нагрева
неодинакова в разных местах печного пространства и па разных
его уровнях. Появление окислов на поверхности нагреваемого ме-
талла особенно после обдирки, например, слитков приводит при
температуре около 400° С к увеличению степени черноты поверх-
ности стали, в связи с чем поглощение тепла и скорость нагрева
возрастают. Тепло, выделяющееся при окислении железа, состав-
ляет примерно 5—6% от теплосодержания стали и является усло-
жняющим фактором при расчете. При нагреве металла в промыш-
ленных печах могут быть и другие причины, усложняющие рас-
четы. Например, при нагреве слитка из высокопластичной стали
для биллетировки перепад температур между центром и поверх-
ностью слитка может быть больше допустимого в обычных усло-
виях, так как поверхностные деформации при биллетировке неве-
114
Лики. Нагрев слитков неравномерен вследствие неодинакового
поступления тепла от стен, свода и пода печи, а при загрузке слит-
ков садками еще более неравномерен. Со стороны пода нагрев
наименее интенсивен. Указанные обстоятельства не могут быть
достаточно точно учтены в типовых расчетных схемах. В связи
с этим в промышленности наряду с аналитическими расчетами
все еще используются данные, полученные опытным путем и по-
зволяющие установить общую продолжительность нагрева. Для
приближенного определения продолжительности нагрева холод-
Диаметр (гюлщ,ина)слитка
Рис. 56. График для расчета
длительности нагрева слитков
(по Н. Н. Доброхотову)
(28)
ных слитков из углеродистой и ма-
лолегироваппой стали перед ковкой
можно воспользоваться проверенной
на практике формулой IJ. Н. Доб-
рохотова, по которой построен гра-
фик (рис. 56),
z — aD0]D0,
где £)0 — диаметр слитка в
z — общее время нагрева, вклю-
чая выдержку, в ч.
Коэффициент а принимается рав-
ным 10 для углеродистой стали
(кривая 7) и 20 — для легированной
стали (кривая 2). Формула (28) соот-
ветствует равномерному нагреву за-
готовок при температуре печи 1300—
1350е С. Нагрев до 1200° С делится
на два периода: от 20 до 850’С и от
850 до 1200° С. В первом периоде
для углеродистой и 66% для легированной стали от общего
время нагрева равно 50%
времени г.
Предполагается, что при нагреве металла температурный напор
(разность между температурами печи и металла в конце нагрева)
составляет 100—150° С, что согласуется с практикой эксплуатации
кузнечных печей.
Получаемые по формуле (28) данные относятся к нагреву
одного слитка в печи. Время нагрева слитков в печи при прочих
равных условиях зависит от количества слитков, нагреваемых
одновременно, и от способа их расположения на поду. При за-
грузке слитков из углеродистой и малолегированной стали в один
ряд (смежно без зазора) время нагрева увеличивается примерно
в 1,3 раза, при загрузке пирамидой (в несколько рядов друг на
друга) — в 1,5 раза [42]. При увеличении температурного напора
продолжительность нагрева металла сокращается. При этом уве-
личивается неравномерность температуры по сечению (разность
между температурами поверхности и середины слитка), что может
вызвать перенапряжение металла. Поскольку в условиях цеха
8* 115
Контролировать величину этой разности не представляется воз-
можным, необходимо знать следующие данные. На рис. 57 показана
зависимость неравномерности прогрева по сечению слитка (диа-
метром Dv} от температурного напора в конце нагрева слитков
при температуре печи 1200° С. На рисунке приведены данные
для небольших (О0 < 0,5 xt) и крупных слитков. Для слитка диа-
метром 0,5 м наблюдается прямая зависимость между величинами
неравномерности прогрева и температурного напора. Для мелких
слитков большим величинам температурного напора соответст-
НераЗномерность прогрева ре
сечению слитка
Рис. 57. Зависимость неравномерно-
сти прогрева слитка от температур-
ного напора в конце нагрева (по
данным ЦНИИТМЛШа)
Рис. 58. Зависимость времени выдерж-
ки в процентах от времени нагрева
поверхности при различных темпера-
турных напорах (по В. Н. Соколову)
вует меньшая неравномерность прогрева, для крупных слитков —
обратная зависимость. По графику на рис. 57 можно определить
величину температурного напора при заданной величине неравно-
мерности прогрева. Решается и обратная задача. На практике
стремятся к тому, чтобы на ковку поступал металл с возможно
меньшей величиной неравномерности температуры по сечению.
Желательно, чтобы эта величина не превышала 50—100° С. В про-
цессе нагрева допускают значительно большую неравномерность
температуры. Если температура металла не совпадает с темпера-
турой «провала пластичности» (зон синеломкости, красноломкости
и т. п.), то литая малолегированная сталь выдерживает тепловые
положительные напряжения, отвечающие разности температур
до 350° С 139].
Из рис. 58 видно, что время выдержки для выравнивания тем-
пературы по сечению слитка, выраженное в % от времени нагрева
поверхности слитка, увеличивается с увеличением диаметра
слитка и температурного напора, причем для крупных слитков
и при величине напора 150° С выдержка в конце нагрева может
116
даже превысить продолжительность нагрева поверхности. Эти
данные используются для составления производственных норм
нагрева. .
Для характеристики нагрева металла необходимо указать тем-
пературу, скорость и продолжительность, а также режим нагрева.
Режим нагрева слитков обычно представляют в виде рабочего гра-
фика изменения температуры печи и металла в процессе нагрева.
На практике применяют одноступенчатый, двухступенчатый
и трехступенчатый режимы; а при нагреве высоколегированного
металла и более сложные режимы.
Одноступенчатому режиму соответствует постоянная темпера-
тура печи в течение всего периода нагрева металла. При указан-
ном режиме нельзя регулировать разность температур по сечению
слитка, поэтому его применяют только для небольших слитков.
Двухступенчатый режим включает обычно нагрев и выдержку
(нагрев до заданной температуры поверхности и выравнивание
температуры по сечению). При регулировании разности темпера-
тур по сечению слитка температура печи может быть переменной.
Этот режим применяют при нагреве в камерных и методических
печах небольших и средних слитков из углеродистой стали.
Трехступенчатый режим состоит из периодов медленного на-
грева вначале, ускоренного нагрева в последующий период и вы-
держки, завершающей процесс нагрева. Этот режим применяется
при нагреве средних и крупных слитков в камерных и методичес-
ких печах. Очень крупные слитки из стали сложного химического
состава нагреваются по многоступенчатому режиму, количество
ступеней которого соответствует количеству периодов пагрева
и выдержек. Наличие отдельных периодов может быть объяснено
при рассмотрении реальных графиков нагрева металла (рис. 59).
По оси абсцисс откладывается время нагрева в минутах, по оси
ординат — температурный критерий 0. В данном случае это отно-
сительная температура поверхности или середины заготовки
слитка:
где — температура печи в °C;
/ — температура поверхности или середины заготовки
слитка в °C;
10 — начальная температура металла в °C.
Величина 0 откладывается на графике в логарифмическом
масштабе. Кривые (/ — поверхность; 2 — середина заготовки)
в виде ломаных линий имеют три точки перелома, дающие возмож-
ность разделить процесс нагрева в общем случае на четыре сле-
дующих периода.
Период I обусловлен быстрым подъемом температуры поверх-
ности заготовки и медленным нагревом ее середины.
lit
Период II характеризуется плавным подъемом температуры
поверхности и середины заготовки. В течение периода III по мере
достижения критической температуры (720° С) в металле совер-
шаются структурные превращения не одновременно в различных
местах по сечению заготовки.
Период IV соответствует регулярному режиму нагрева до мо-
мента достижения заданной температуры. Начало этого периода
совпадает с прогревом середины заготовки до критической темпе-
Рис. 59. Кривые" нагрева'стальной заготовки диаметром
100 ,н.и при температуре печи 1200° С и четыре основных
периода нагрева (I—IV) углеродистой стали
ратуры (0 = 0,4). Из приведенного выражения для 0 можно опре-
делить, что в момент прогрева середины на поверхности (при 0 =
= 0,3) температура равна 850° С, т. е. она на 130° С выше крити-
ческой. При составлении рабочего графика режима нагрева слит-
ков необходимо стремиться к тому, чтобы значительные разности
температур по сечению не совпали с температурными периодами
снижения пластичности стали и чтобы к Коппу нагрева темпера-
турная неравномерность была в допустимых границах. Поскольку
наиболее опасным считается период нагрева до 500° С, то в гра-
фике должны быть предусмотрены медленный нагрев вначале и
выдержка при постоянной температуре в конце нагрева. На рис. 60
даны заводские графики нагрева слитков массой 45 000 кг (Dip ---
= 1450 мм; Lg ~ 4200 мм). При нагреве холодного слитка (см.
рис. 58) посадка в печь при температуре 500° С сопровождается
двухчасовой выдержкой. Следующая выдержка предусмотрена
при 800° С в районе критических температур и последняя при
1200° С для выравнивания температуры по сечению слитка. Общая
продолжительность пребывания слитка в печи по данному
118
Рис. 60. Режимы нагрева холодного (а) и горючего (6} слитка
массой 45 000 кг (УЗТМ)
Прадаяжцтелыюсть
Рис. 61. Изменение температуры при нагреве холод-
ного слитка массой 45 000 ка:
I — вблизи Поверхности; 2 — на расстоянии V» радиуса;
4 -- в середине сечения слитка; 4 — температура печи;
5 — заданный режим; 5— разность температур печн и сере-
дины сечения слитка
пятиступенчатому режиму нагрева составляет34 ч. При посадке не-
остывшего после отливки слитка (см. рис. 58, б) печь может иметь
высокую температуру (в данном случае 1100°С), при которой
дается небольшая выдержка (2 ч); после нагрева до 1200 °C пре-
дусматривается еще одна выдержка с той же целью, что и при на-
греве холодного слитка. Таким обратом, это трехступенчатый
нагрев Т
На рис. 61 приведен график контрольного нагрева холодного
слитка по режиму, указанному на рис. 60, а. Кривая б (рис. 61)
соответствует разности температур между поверхностью и середи-
ной слитка. Но этой кривой можно проследить максимальные пере-
пады температур, наибольший из которых несколько превышает
300° С, но относится к безопасной области температур (значи-
тельно выше 500° С). Современная технология требует загрузки
в печь крупных слитков в нагретом состоянии. Они подаются
обычно из сталелитейного цеха в специальных термосах при темпе-
ратуре поверхности около 700—800° С.
§ 4. НАГРЕВ ЗАГОТОВОК
Заготовки представляют собой уже деформированный металл;
размеры их меньше слитков, поэтому и режим нагрева их
проще.
В зависимости от химического состава металла и размеров
заготовок применяются различные режимы нагрева. В промышлен-
ности за последние 20—30 лет наблюдалась тенденция к значи-
тельному увеличению скорости нагрева металла. Старые нормы,
согласно которым заготовки для ковки и штамповки нагревались
медленно и с большими выдержками, были отменены, и все боль-
шее применение получили режимы ускоренного нагрева металла
(особенно при штамповке) г.
В настоящее время широко практикуется нагрев заготовок
мелких и средних размеров с любой достижимой скоростью.
Только скорость нагрева некоторых специальных сплавов ограни-
чена (в период иагрева их до 500° С).
Необходимый интервал температур в пределах допу-
стимого определяется по затрачиваемому времени иа ковку,
штамповку в зависимости от сложности технологического про-
цесса, числа требующихся ходов или ударов машины, быстроход-
1 Эти режимы нагрева исследованы ЦНИИТМАШем; была установлена
возможность сокращения времени нагрева, а также повышения начальной тем-
пературы печи для холодного слитка.
а Так, например, рекомендованная совещанием по качественным сталям
(Москва, 1933 г.) длительность нагрева хромоникелевой нержавеющей стали
соответствовала 40 мин на 1 см толщины заготовок. В современных печах ско-
ростного иагрева заготовки из нержавеющей стали нагреваются со скоростью
1 мин на 1 см, т. е. в 40 раз быстрее.
120
мсти оборудования и механизации вспомогательных операций,
Для точного определения этого интервала необходимо сопоставить
продолжительность остывания стали в допустимом интервале тем-
ператур с продолжительностью технологического процесса. Время
штамповки часто оказывается меньше времени остывания стали
в допустимом интервале температур, поэтому появляется возмож-
ность выбора оптимального интервала температур.
Для уменьшения расхода энергии и сокращения времени па
щтамповку ее выгодно проводить при более высоких температурах.
Если предусмотрена термическая
обработка поковок, то штамповку
можно начинать при максимально
О id wo 150 г
О 20 40 60Dstm Кднечньш rnetwepimypHiMt напор
У 6)
Рис. 62, Зависимость времени нагрева металла до 1200° С
от величины диаметра заготовки при различных тем-
пературах печи (а); сокращение времени нагрева стали
в зависимости от конечного температурного напора ((5):
Г — нагрев в обычных печах; II — скоростной нагрей
допустимой температуре и оканчивать при температуре даже
выше 1000° С.
Для того чтобы обеспечить высокую температуру начала
штамповки, максимальную производительность штамповочного
агрегата и минимальные потери металла в угар, нагрев металла
производят с максимально допустимым температурным напором.
При этом температура перегрева стали несколько повышается.
Нагрев заготовок для ковки и штамповки можно осуществлять
без выдержки в конце нагрева для выравнивания температуры
по сечению. При этом допускаются значительно большие перепады
температур между поверхностью и серединой заготовки, чем
в случае нагрева слитков.
На рис. 62, а дана зависимость продолжительности нагрева
стальных заготовок до 1200s С от величины их диаметра при
различных температурах печи. Как видно из графика, время
121
нагрева становится незначительным при температуре печи 1400°С
и особенно при 1500° С (в печах скоростного нагрева).
Увеличение температурного напора между печью и металлом
в конце иагрева приводит к уменьшению времени нагрева (рис. 62, б).
По оси абсцисс откладывается величина температурного напора
в конце нагрева металла. По оси ординат откладывается коэффи-
циент относительного сокращения времени нагрева металла а ~
=——100%, где Zi.,oo — время нагрева данной заготовки
*1200
до температуры 1200° С без температурного напора в конце на-
грева; iM — время нагрева при наличии температурного напора.
Если обычные условия работы печей при температуре 1300—
1350° С соответствуют конечному температурному напору 100—
150е С, то при скоростном нагреве температура печи достигает
1500° С. а конечный температурный напор 300° С. При сверх-
скоростном нагреве металла (например, в зоне керамического
кожуха горелки, разогретого потоком сгорающего газа до 1650—
1700° С) конечный температурный напор может достигнуть 450—
500° С. Величина температурного напора между печыо и металлом
в конце нагрева определяет разность температур между поверх-
ностью и серединой заготовки в процессе нагрева. При небольшой
величине сечений заготовок эта разность при скоростном нагреве
может быть 600—700° С и выше.
В табл. 19 приведены данные о времени нагрева некоторых
углеродистых сталей при температуре печи 1350° С с учетом темпе-
ратуры начала ковки и штамповки.
Таблица 19
Время нагрева (в мин) для некоторых углеродистых марок стали
С в % Температура начала К' Екп, штамповки В °C Диаметр заготовки в мм
25 50 73 loo
0,4 1275 4 8,5 11 15
0,7 1250 3,5 8 10 13,5
М 1200 3 7 9 12
На практике часто пользуются удельным временем нагрева
на единицу диаметра или стороны квадрата. Этот метод расчета
нельзя считать правильным, так как удельное время нагрева стали
не постоянно для различных размеров сечения прутков. Данные,
относящиеся к стали, содержащей 0,45—0,6% углерода, при тем-
пературе печи 1300 С и температуре нагрева заготовки 1200°С
показывают, что при увеличении диаметра прутка от 25 до 100 мм
удельное время нагрева увеличивается в 1,5 раза (от 0,12 до
0,18 мин на 1 мм диаметра).
123
Лия пасчета времени нагрева заготовок можно пользоваться
различными справочными данными, в том числе и данными на
рис' 62 которые относятся к нагреву одной заготовки. Если в печи
нагревается группа заготовок, то время нагрева увеличивается,
но не одинаково в зависимости от расстояния между соседними
заготовками.
Зависимость коэффициента увеличения времени нагрева от рас-
положения заготовок на поду камерной печи видна из табл. 20.
Таблица ВО
Значения коэффициента увеличения времени нагрева металла
в зависимости от расположения заготовок на поду печи [42J
Расположение заготовки Коэффициент увеличения времени нагрева для з-аготовок
круглых диаметром квадратных с раз- мером грани я,.
На подставке (единичная) На поду (единичная) Без зазора . , Расстояние между заготовками: О,12£>о или 0,12 а 0,250,) или 0,25 а ....... 0,5О0 или 0,5 а Оо или а 2D» или 2 а ЗОи или За 1.0 1,0 2,0 1,65 1,47 1,32 1,2 1,1 1,0 1,0 1,25 3,0 2,3 1,95 1,5 1,4 1,3 1,25
Расчеты производительности печей показали, что наиболее
целесообразное расположение заготовок на поду соответствует
расстоянию между ними для круглых заготовок (0,15—0,25) Da
и для квадратных по сечению заготовок (0,33—0,5) ап.
На продолжительность нагрева, кроме диаметра заготовки,
Da п
влияет отношение диаметра заготовки к ее высоте . По данным
ЦНИИТМАШа за счет изменения величины этого отношения от
0,25 до 2 время нагрева может быть сокращено почти наполовину:
.....................0.25 0,33 0,4 0,5 0,66 0,8 1 2
JJ<>
Коэффициент сокращения
времени нагрева .... 1,0 0,96 0,92 0,86 0,77 0,73 0,66 0,48
При нагреве электрическим током тепло возникает внутри
заготовки, следовательно, скорости нагрева могут быть более высо-
кими, чем при нагреве даже в печах скоростного пламенного на-
грева. При индукционном нагреве имеет место неравномерное
123
распределение тепла по сечению (более высокие температуры имеют
наружные слои заготовки), причем чем больше глубина проникно-
вения тока, тем меньше неравномерность, уменьшающаяся в даль-
нейшем за счет теплопроводности. Как известно, с уменьшением
частоты тока эквивалентная глубина проникновения тока р
(рис. 63) увеличивается. Приведенный график позволяет опреде-
лить диапазон (заштрихованная часть) рекомендуемых частот при
сквозном индукционном нагреве цилиндрических заготовок для
штамповки диаметром от 10 до 200 мм из низколегированной кон-
струкционной стали. При построении графика было исполь-
зовано следующее выражение:
/ = <3-6-y)'lQL гч. (29)
Механизированная установка для пагрева перед штамповкой
мерных заготовок показана на рис. 64. При значительной длитель-
ности нагрева на заготовках образуется большая окалина, для
создания в индукторе защитной атмосферы через пего пропускают
нейтральный газ. В качестве защитных атмосфер могут быть при-
менены аргон, а также взрывобезопасные атмосферы. Такие
атмосферы, создаваемые, папример, из технического азота и при-
родного газа, пе содержат больших количеств СО (3 — 7,5%)
и Н2 (7—1,5%). Защитную атмосферу из природного газа полу-
чают при его сжигании и специальной обработке с добавкой све-
жего природного газа, в результате которой образуется атмосфера,
содержащая 1—3% СО и 3—9% Н3. При регулировании состава
атмосферы можно для любой марки стали получить следующий
состав газов: науглероживающий, нейтральный или обезуглеро-
живающий.
Современные индукционные нагревательные установки обеспе-
чивают нагрев круглых, квадратных и полосовых прутков [8].
Щелевые нагреватели применяются для концевого нагрева прут-
ков; двух- и трехручьевые нагреватели обеспечивают более высо-
кий темп работы оборудования по сравнению с одноручьевой нагре-
вательной установкой. В последнее время разрабатывается новый
способ ускоренного индукционного нагрева, основанный на при-
менении индукторов с переменным шагом витков. При этом время
нагрева сокращается в несколько раз, производительность уста-
новок может возрасти от 1 —1,5 до 4—5 т/ч, что обеспечивает
необходимые темпы изготовления поковок даже на быстроходном
специализированном оборудовании.
Ориентировочные данные о продолжительности нагрева
в индукторе до температуры начала штамповки приведены
в табл. 21.
При контактном нагреве неравномерное распределение темпе-
ратуры наблюдается и вдоль оси заготовки, причем в этом случае
124
Рис. 63- График для ориентировочного определения частоты
тока / при нагреве круглых заготовок конструкционной
стали (по М. Г, Лозинскому)
Рис. 64. Механизированные установки индукционного
нагревателя методического действия;
{ — подход нейтрального rasa; 2 — мерные заготовки;
8 — .индуктор; 4 — наклонной загрузочное устройство;
5 — кривошипный толкатель; <?—пневматический толкатель
Таблица 21
Продолжительность индукционного нагрева стали
Дня метр заготовки в «я Время нагрева в сак Диаметр заготовки 5 ЛОИ Вр₽ми нагрева в сек
током повышенной частоты ТОКОМ прямы адлец- ной частоты током повышенной частоты током промышлен- ной частоты
Наи- мень- шее Наи- боль- шее Наи- мень- шее Наи- боль- шие Пин- weiiL- LLlOC Наи- боль- шее Наи- мень- ше Н аи- боль- шее
25 15 30 135 420 720 480 800
50 50 100 - —— 150 460 900 360 480
75 НО 210 , — 200 — 420 480
100 170 350 — 250 , — 540 600
125 320 600 — —1 300 660 720
теплопроводность не способствует значительному выравниванию
температуры. Однако неравномерность прогрева по сечению здесь
значительно меньше, чем при индукционном нагреве.
Время нагрева в контактных установках зависит от характе-
ристики установки.
Ниже приведена продолжительность нагрева стали электро-
контактным способом.
Диаметр заготовки в Время нагрева в сек Диаметр заготовки В Л4.И Время иагрева в сек Диаметр заготовки в лсл* Время иагрева В
20 10,0 30 22,0 46 52,0
22 12,0 34 28,0 50 61,0
25 15,0 38 35,0 60 90,0
28 20.0 42 43.0 70 120,0
Скорость при контактном нагреве зависит от мощности тока,
отнесенной к поперечному сечению заготовки, или от плотности
тока, а также от удельного сопротивления металла заготовки.
Время нагрева металла при контактном способе не больше, чем
при индукционном.
Из сопоставления различных способов элсктроиагрева металла
следует, что они дополняют друг друга. Индукционный способ,
являясь наиболее универсальным, довольно трудно осуществим
для нагрева и подогрева фасонных заготовок. Заготовки большой
длины целесообразно нагревать способом контактного электро-
нагрева. Специфика электролитного нагрева состоит не только
в том, что при его применении нагреваются мелкие заготовки,
но и в том, что он исключает окисление поверхности металла и
очищает ее от любого загрязнения в процессе нагрева. При нагреве
126
в электролите происходит термохимическая обработка металла.
Этим способом в процессе нагрева можно насытить поверхность
металла серой, медью, никелем, азотом и т. п. Это может быть
использовано и для создания пластифицированных слоев, для по-
лучения повышенных механических свойств металла, для предот-
вращения его насыщения нежелательными элементами и корро-
зионных процессов.
Ориентировочные технико-экономические показатели различ-
ных способов электронагрева приведены в табл. 22.
Таблица 22
Сопоставление некоторых показателей различных способов
электронагрева металла
Способ ил’рева металла Затраты в относи- тельных единицах К. и. д. [[О нагреву Расход энергии
на установку энергии на нагрев в М дйС/1000 /ей в xarw-^/тл
Индукционный .... 1 1 0,4—0,65 1440 400
Контактный 0,45 0,8 0,6—0,7 1170 325
Электролитный .... 0,28 0,55 0,3—0,45 900 250
Незначительная продолжительность нагрева способствует
уменьшению потерь металла в окалину. Для углеродистых сталей
начало значительного окалинообразования соответствует 675—
700“ С. Первые образующиеся слои окалины оказывают сущест-
венное влияние на дальнейшее окисление стали. Плотный сплош-
ной слой окисла затрудняет дальнейший процесс угорания ме-
талла, так что скорость окисления падает по параболическому
закону
х2 = kt, (30)
где х — прирост массы вследствие образования окалины;
k — коэффициент пропорциональности;
t — время.
Окалина плотно соединяется с металлом, из которого она обра-
зовалась, в том случае, если разница плотности металла и плот-
ности окалины невелика. В других случаях слой окалины отстает
от металла, при этом скорость его окисления постоянна и выра-
жается законом прямой линии
х - kt. (31)
Практически полного самопроизвольного отделения окалины
от металла не происходит, при этом по мере увеличения выдержки
окалинообразование замедляется. Появление окалины сопрово-
ждается образованием на поверхности металла слоев окислов,
богатых кислородом. Слой, прилегающий непосредственно к ме-
таллу, содержит окисел FeO. Отдельные легирующие элементы
(Сг, A), Si, Ni) приводят к образованию окалины, имеющей при-
мерно одинаковый со сталью коэффициент расширения. Стали
с указанными элементами образуют сплошную нерастрескиваю-
щуюся пленку окислов, защищающую от дальнейшего окисления,
и называются жароупорными. Находящиеся в атмосфере печи
пары воды делают окалину рыхлой и впоследствии легко отдели-
мой, но ускоряют угар металла.
Обычно считают, что при нагреве перед штамповкой угар ме-
талла в среднем составляет 1,5—2,5% от массы нагреваемого ме-
талла. Величина угара в камерных и методических печах различ-
ного назначения колеблется от 0,5 до 5—6%.
На величину угара влияет большое число факторов. Отношение
размеров заготовки (Lo : Do) определяет кратчайший путь, обеспе-
чивающий сквозной прогрев заготовок. Если Do <Lo, то сквоз-
ной нагрев заготовки происходит по ее радиусу. Если Do > Lo,
то прогрев заготовки произойдет вдоль ее оси. С другой стороны,
отношение размеров заготовок определяет их положение на поду
печи. Длинные заготовки (Dv <' Ео) устанавливают на поду в гори-
зонтальном, а короткие (Lo < Do) — в вертикальном положении.
Это изменяет условия нагрева заготовки и окисления металла.
Из опытных данных следует, что прутки с различными разме-
рами сечений дают неодинаковую относительную величину угара
металла в кузнечных печах. Величина угара заготовок длиной
100 мм и диаметром 10—120 мм увеличивается от 1,6% для прутка
диаметром 10 мм до 3,25% для прутка диаметром 120 мм.
В данном случае сказывается влияние возрастающей удельной
продолжительности нагрева с увеличением диаметра прутка,
а также влияние более интенсивного угара торцов. Так как часть
боковой поверхности заготовок, прилегающая к подине, угорает
меньше ио сравнению с открытыми торцовыми частями, то чем
больше торцовые поверхности в общей поверх пости заготовки,
тем больше относительный угар заготовок. Для заготовки длиной
100 мм и диаметром 25 мм соотношение между площадью торцов
и боковой поверхностью соответствует примерно 1 : 8, тогда как
для заготовки длиной 25 мм и диаметром 100 мм это соотношение
увеличивается до 1 : 0,5, т. е. в 16 раз.
Опыты по выявлению количества окалины, образующейся
в процессе нагрева металла при его деформировании и последую-
щем охлаждении (путем замочки одних образцов после нагрева
и сопоставления их массы с другими образцами, остывшими на
воздухе после деформирования), показали, что окалина в процессе
ковки и охлаждения металла составляет 0,5—0,6%. Следова-
тельно, при безокислительном нагреве и при электроиагреве рас-
ход металла на окалину сокращается не более чем в 3—3,5 раза
по сравнению с обычным нагревом, если штамповка металла осу-
128
ществляется в обычных атмосферных условиях.
Окисление поверхности заготовки протекает неравномерно.
Например, У квадратных заготовок сильнее угорает металл грани,
обращенной к своду (угар со стороны этой грани в методической
печи составляет 40% от общего). Несколько меньше угорает металл
на грани заготовки, обращенной к сварочной камере (28%); затем
на задней грани (18%), еще меньше на грани, прилегающей к по-
дине (11%). и на торцах длинных заготовок (3%). Окалина повы-
шает теплопередачу, что приводит к некоторому уменьшению
времени нагрева. Количество окалины возрастает особенно быстро
при температурах выше 900° С. Если принять величину окисле-
ния при 900“ С за единицу, то при более высоких температурах
количество окалины повышается.
Температура з °C . . , 900 950 1000 1100 1300
Коэффициент увеличе- ния окалины . . * , 1 1,25 2,0 3,5 7,0
При повышении скорости движения газов до 0,1 м!се& увели-
чивается интенсивность окисления стали. Дальнейшее возраста-
ние скорости движения газов не увеличивает их вредного действия.
В расчетах вместо постоянной величины угара 1,5—2,5% сле-
дует принимать более точные ее значения с учетом диаметра и
длины нагреваемой, заготовки. При повторном нагреве (подогреве)
общий угар возрастает примерно в 1,5 раза.
Сокращение продолжительности нагрева с целью уменьшения
угара не является наилучшим средством. Целесообразнее приме-
нять для этой цели защитную атмосферу. При работе без избытка
кислорода в печи угар металла резко сокращается. Для сгорания
топлива с заданным избытком кислорода применяются автомати-
ческие регуляторы горения, которые находят все большее примене-
ние в печном хозяйстве [5].
В связи с переводом большинства нагревательных печей в куз-
нечных цехах на газовое топливо проблема безокидлительного
нагрева металла перед штамповкой решается более просто. В на-
стоящее время на ряде заводов уже успешно эксплуатируются
печи для безокислительного нагрева. Общая их характеристика
следующая. Коэффициент расхода воздуха печей, равный 0,45—
0,55, зависит от состава нагреваемой стали. Температура подо-
грева воздуха —600° С. Подогрев газа рекомендуется проводить
до 500—600 С. В некоторых конструкциях печей осуществлен
принцип Двухстадийного сжигания газа. Футеровка применяется
карборундовая. Для подогрева воздуха используются рекупера-
торы из жаропрочных материалов. Такие печи имеют к. п. д.
9 Я, М. Охрименко 597 129
до 35%. Напряженность пода 500—600 кг!м?-ч и производитель-
ность от 1000 до 3000 кг!ч. Угар металла в процессе нагрева не
превышает 0,1—0,15% 15; 39; 42].
Для уменьшения угара металла в настоящее время все большее
применение получают различные покрытия и обмазки металла
перед нагревом. Эти средства перспективны даже для специальных
сплавов, нагреваемых и обрабатываемых в вакууме К в среде
инертных газов. Дело в том, что обмазки и покрытия, кроме пред-
отвращения окалинообразования, обезуглероживания и насыщения
металла газами, оказывают и другие положительные влияния.
Они способствуют лучшему заполнению металлом ручьев, так как
служат смазывающим средством, понижают разогрев и деформа-
цию рабочих кромок штампов (являясь теплоизолирующим сред-
ством), уменьшают скорость остывания металла, что увеличивает
возможное время его деформации и создает условия для прогрес-
сивного изотермического режима штамповки.
В качестве покрытий и обмазок, в большей или меньшей сте-
пени удовлетворяющих указанным требованиям, применяют кол--
лоидные растворы стекла в изопропаноле, стекловые обмазки
на основе сульфитных щелоков, литиевые покрытия и др. Наиболее
перспективно применение покрытий на холодный металл в виде
суспензий стекла и покрытий металла расплавами стекла. Для по-
лучения топкой пленки стекла (—0,1 мм) вязкость расплавлен-
ного стекла не должна превышать 10 Н-сек!м2 (100 п.з). Обычное
натронное стекло (оконное) имеет такую вязкость при 1400'"' С;
при 1200я С вязкость повышается до 50—60 Н-сак'м^ (500—
600 на).
В настоящее время экспериментируются составы стекол,
не содержащие дефицитных составляющих, обеспечивающих тон-
кую и сплошную пленку на металле, которая должна служить сма-
зывающим и теплоизолирующим слоем. Для этого можно приме-
нять комбинированные, двойные обмазки в холодном и нагретом
состоянии металла.
Так как защитить металл полностью от окисления пока не
удается, то в промышленности применяются разнообразные спо-
собы удаления окалины с заготовок перед штамповкой. На многих
заводах для снятия окалины применяются различные скребки,
окалиноломатели и щеточные приспособления, однако производи-
тельнее и лучше для этой цели использовать гидроочистку. На
рис. 65 приведена установка непрерывного действия для очистки
от окалины мерных заготовок при транспортировании их от печи
к штамповочному агрегату. Удаление окалины происходит под
действием шести радиальных струй воды, находящихся под давле-
нием 9,81-14,72 Мн/м2 (100--J50 ат). .Конические насадки
с диаметром отверстия 0,75 мм имеют сужение под углом 13“.
Количество применяемых насадок зависит от диаметра заго-
товок.
&
Диаметр заготовки в мм До 40 Свыше 40 до 60 60-80 80—100
। , 6 8 10 12
Число насадок
Секундный расход воды Q на одну насадку в зависимости от
давления Р воды составляет:
Р в ,Мн/.и2 9,81 14,72
в атм 100 150
Q н лР 0,061-10'» 0,077-10'3
п л 0,061 0,077
Гидроочистительная установка (рис. 65) действует автомати-
чески.
В Московском институте стали и сплавов успешно опробована
новая более совершенная конструкция струеобразующего устрой-
Рис. 65. Схема конвейерной установки для гидравлического снятия окалины
с нагретых заготовок:
1 — Приемный стол; 2 — транспортер; .? - камера; 4 — кожух; .5 — лриоод; £ — вен-
тиль; 7 — клапан: 8 — питающие трубы; Р — сопло; 10 — бачок для окалины;
П —магистральной трубопровод; 12 — заготовка
ства гидроочистительной установки. Вместо сопел применена
струевая обойма, в которой вода высокого давления, сбивающая
окалину, поступает через щель в обойме (рис. 66). В корпус
обоймы 7 вставлено седло 5, причем угол расходящейся щели между
1М
Рис. 66. Общий вид струе-
вой обоймы (Московский
институт стали и сплавов)
обоймой и седлом составляет 5°. Соединение деталей обоймы осу-
ществляется с помощью фланца 3 и болтов 2 (6 шт.). Резиновая
манжета 4 предотвращает утечку воды.
Струевая обойма в отличие от обоймы с насадками имеет пере-
менную ширину струи, поступающей из образующейся под давле-
нием воды щели, ширина которой зависит от предварительной
затяжки болтов и давления воды. В обойме
для очистки прутков диаметром до 85 мм
расходводы при давлении 13,7—17,7 Мн/м2
140—180 атм составляет 1-10"3 — 1,5X
X Ю“3 м3 (1 —1,5 л! сек} и зависит от сте-
пени затяжки болтов. При этих условиях
угол между струей и осью прутка, рав-
ный 55°, обеспечивает удаление окалины
при движении прутка со скоростью
0,5 м!сек. Другой вариант обоймы приме-
няется при использовании прутков диа-
метром до 140 лш.
§ 5. термический режим ковки
И ОХЛАЖДЕНИЯ металла
Всесторонний нагрев заготовки боль-
шой длины (рис. 67, а) приводит к равно-
мерному распределению температур в от-
дельных тангенциальных направлениях и
неравномерному распределению темпера-
тур вдоль оси заготовки и в радиальных
направлениях. Вследствие неодинакового
теплового расширения зон с различными
температурами при нагреве возникают термические напряже-
ния различных знаков. Напряжения сжатия (—) возникают
в тангенциальных направлениях из-за стремления к расширению
каждого элементарного объема в кольцевых участках сечения
заготовки на расстоянии х/3 от наружной боковой поверхности.
Чем ближе кольцевой участок к наружной поверхности заготовки,
тем больше он нагрет и тем большую величину имеют тангенциаль-
ные напряжения сжатия. Средняя часть заготовки имеет танген-
циальные напряжения растяжения. В радиальных направлениях
вследствие все более возрастающего стремления к расширению
металла, по мере удаления от центра сечения заготовки, появ-
ляются напряжения растяжения (+), причем на оси заготовки
максимальные. Вдоль оси действуют сжимающие напряжения на
поверхности заготовки и растягивающие вблизи ее оси [41 ]. При
нагреве заготовок, расположенных на поду печи, прогрев их про-
исходит неодинаково со всех сторон, что усложняет схему распре-
деления напряжений (рис. 67, б). Преимущественный нагрев
с одной стороны приводит к тому, что зона наиболее холодного
132
металла сдвинута от центра з сторону прилегания заготовок
к поду. Перепад температур в различных радиальных направле-
ниях сечения становится неодинаковым. В тангенциальных на-
правлениях также появляется температурный перепад. В соот-
ветствии с этим неравномерность напряженного состояния при
деформации металла возра-
стает. Непрогрев металла,
наличие напряжений тепло-
вого происхождения и сме-
щения наименее прогретой
зоны относительно оси заго-
товки приводят к возраста-
нию неравномерности дефор-
маций, которая, в свою оче-
редь, вызывает увеличение
вредных остаточных напря-
жений у поковок.
При рассмотрении тепло-
вого воздействия на сталь
не следует ограничиваться
только процессами, связан-
ными с нагревом ее перед
ковкой. Некоторую роль иг-
рает тепло, выделяемое в пе-
риод деформации (особенно
при больших ее скоростях),
и изменение теплового состоя-
ния металла при охлаждении.
Рис. 67. Характеристика прогрева заго-
товок при подведении тепла:
а — со всех сторон; б — преимущестпеЕШо
с одной стороны (показаны линии одинаковых
температур)
При деформации заготовки из углеродистой стали массой 1 кг
(диаметр Da = 50 лмг и высота Яо ~ 65 .w.w) на еон = 70% (до
Нк = 20 леи) при температуре металла 1200° С расходуется
5886 дж (630 кГ 'м) работы 1109 J. Если переходящие в тепло 85%
затраченной энергии перевести в тепловую энергию, то можно
найти количество тепла, приобретаемое заготовкой в процессе
Деформации:
q = 630-0,85 : 427 = 5,0 кдж (1,2 ккал).
Сопоставляя это тепло с теплосодержанием 1 кГ стали, нагре-
той до 1200° С, Q = 838 кдж (~ 200 ккал), находим, что доля тепла
деформации в данном случае немного больше 0,5% от теплосодер-
жания заготовки. С уменьшением температуры металла теплосо-
держание его уменьшается, а работа на деформацию возрастает,
что повышает роль теплового эффекта деформации в тепловом ба-
лансе осаживаемой заготовки. При температуре 850° С и осадке
на 30% выделяющееся тепло деформации составляет —20% от
теплосодержания заготовки. При низких температурах тепло
деформации намного превышает теплосодержание металла. Если
133
это тепло распространяется не по всему объему, а сосредоточи-
вается в незначительной по объему области, в которой действуют
максимальные скалывающие напряжения, то местный разогрев
металла после каждого обжатия заготовки может быть значитель-
ным и даже видимым на глаз (в виде светлых полос, распространяю-
щихся под углом 45" к контактной поверхности заготовки).
р
Величина зерна
Рис. 68. График изменения температуры и величины зерна в стали
при нагреве, конке я охлаждении
Качественную сторону процесса ковки с учетом изменения тем-
пературы металла можно проследить по графику на рис. 68,
По оси абсцисс отложена средняя величина зерна стали, а по оси
ординат — температура. Устали с величиной зерна, указанной
буквой а, при нагреве до точки б никаких изменений не происхо-
дит. Дальнейшее возрастание температуры в области перехода
перлита в аустенит приводит к измельчению зерна; после перехода
области критических температур сталь имеет мелкое зерно (на-
пример, соответственно точке в). После перехода через Лс3 зерно
увеличивается ввиду собирательной рекристаллизации. К моменту
достижения температуры нагрева под ковку (точка г) зерно стали
увеличивается, а в процессе остывания заготовки (в период, когда
ее извлекают из печи и подносят к ковочному агрегату) продол-
жает расти (точка 3). Первое обжатие, заготовки приведет к измель-
чению зерна и некоторому повышению температуры вследствие
перехода части энергии деформации в тепловую (точка е); затем
в период между двумя обжатиями сталь частично рекристалли-
зуется (рекристаллизация обработки) при одновременном пониже-
нии температуры из-за естественной потери тепла. Если на этом
обработка заканчивается, то рост зерна замедляется до точки ж,
при этом размер зерна стали соответствует точке з, т, е. оно более
крупное, чем в исходном состоянии. Если продолжить обработку,
то для следующего обжатия будет характерна структура металла,
соответствующая точке к (изменение по линии и—к) и отличаю-
щаяся от предыдущей более мелким зерном и более высокой темпе-
ратурой. Затем все повторяется в том же порядке в зависимости
от величины деформации, которая уменьшается по мере остывания
металла, числа обжатий и от величины промежутков между ними,
что обычно приводит к измельчению зерна при снижении темпера-
туры ковки металла (см. точки л, м, н, о). Если последнее обжатие
при температурах, отвечающих примерно концу ковки (точка о),
соответствует линии н—о, то остывание стали будет протекать
по линии о—п, и зерно, характеризуемое точкой р, окажется
более мелким, чем в исходном состоянии.
Для уменьшения скорости остывания металла при ковке из-
вестны попытки (в СССР и за рубежом) применения экранирования
для металла в процессе деформации. Эффективно применение труб-
чатых откидных экранов-отражателей (из алюминиевого листа)
при ковке длинных поковок протяжкой (рис. 69). Другой способ
уменьшения теплоотдачи проковываемого металла состоит в тепло-
изоляции металла, который помещают в особый кожух или укры-
вают асбестовым одеялом один конец заготовки при ковке другого
конца. В кузнечном цехе Уралмашзавода этим способом удается
замедлить охлаждение стали в 1,5—5 раз, что позволяет сократить
число выносов при ковке или приблизиться к изотермическому
режиму ковки 121 1,
Хорошие результаты получены при использовании теплоизо-
лирующих обмазок для слитков. Кроме замедления остывания,
эти обмазки уменьшают силы трения (что снижает энергетические
затраты) и соответственно увеличивают равномерность деформации
(что повышает качество поковок).
Остывание металла интересует технолога с двух точек зрения.
В период ковки остывание металла вредно, поскольку сокращает
время, отводимое для деформации, и увеличивает расход энергии
вследствие повышения сопротивления деформации. Полезность
остывания металла в процессе ковки состоит в понижении интен-
сивности собирательной рекристаллизации при сохранении до-
статочных условий для рекристаллизации обработки, в уменьше-
нии возможности образования цементитной сетки у заэвтектоидной
стали и др. Изотермический режим ковки при относительно низ-
ких температурах в пределах ковочного интервала может обеспе-
135
чить высокое качество поковок, по для обеспечения необходимой
производительности труда продолжительность остывания должна
быть достаточно большой. При ковке некоторых жаропрочных
марок стали тепловой режим приближается к изотермическому,
поскольку ковка производится в интервале температур около
100° С. Однако при этом длительность остывания стали небольшая,
число выносов велико и производительность работы соответственно
невысокая*
Рис. 69. Экранирование заготовки в процессе ковки. Удлинение времени осты-
вания составляет 40—60%:
Л $ — станины молота; 2 — средний стационарный рефлектор; 3 — задний убирающийся
трубчатый рефлектор; 4 — фиксирующая тяга; 5 — асбестовая заглушка; £ — шарнир;
7 — стопор; d — боек молота нижний; /£/ -- передние подвижные полутрубчатые секции
рефлектора; 11 — клещи манипулятора
Для определения времени остывания углеродистой и малоле-
гированной стали на воздухе и при наличии асбестового теплоизо-
лятора приводится график (рис. 70). Чем меньше зазор между ме-
таллом и степкой теплоизолирующего кожуха, тем длительнее
период остывания стали для каждого диаметра слитка. Необхо-
димо иметь в виду, что теплоизоляцию можно осуществлять только
для той части заготовки, которая в данный момент не подлежит
ковке, и что остывание металла в процессе ковки идет медленнее,
чем на воздухе (см. кривые на рис. 70). Остывание небольших
заготовок характеризуется графиком на рис. 71, который построен
по расчетным и экспериментальным данным.
136
Время остывания заготовок из стали (в сек) может быть
определено ио следующей эмпирической формуле:
t0 - 0,006ДТО0, $2)
где ДТ — падение температуры в °C;
—диаметр заготовки в мм.
Рис. 70. График для определения времени остывания заготовок на воздухе
и в асбестовом кожухе (по данным УЗТМ):
/ — для кожуха с зазором между металлом и асбестом до 50 ж.м; // — то же. 51)—120 ,и.и;
Дг = уб ^вс(. — время охлаждения под асбестом. — па воздухе)
При остывании заготовки периферийные ее части охлаждаются
более интенсивно, чем сердцевина, температура которой снижается
медленнее. Значение АТ в фор-
муле (32) относится к средним тем-
пературам по сечению заготовки.
На рис. 71 приведен график из-
менения времени остывания стали
в зависимости от диаметра заго-
товки (линия 1). Интенсивность
остывания стали зависит от отно-
сительной величины поверхности
заготовки ( , где Й — поверх-
ность заготовки, излучающая теп-
ло, и V — объем заготовки).
В реальных условиях интенсив-
ность остывания стали с увели-
чением диаметра заготовки убы-
вает вследствие уменьшения вели-
чины -р- (кривая 2).
Рис. 71. Время остывания стали
от 1260 до 800° С:
1 — теоретически рассчитанное; 2 — по
экспериментальным данным для стали
40Х
Для построения кривой 2 на рис. 71 измерялась температура
в центре образцов, в_связи с чем время остывания получается
137
несколько большим, чем при вычислении по средним температурам
сечения.
Следующий за ковкой процесс охлаждения поковок по существу
является термической операцией. Трещинообразование при охла-
ждении поковок встречается более часто, чем при нагревании.
В начальный период охлаждения поковок (рис. 72, I) поверхност-
ные слои (а) испытывают напряжения растяжения ( |-), а внутрен-
ние (б) — сжатия (—). При дальнейшем охлаждении получается
обратная картина, так как средняя часть поковки, уменьшаясь
Рис. 72. Схемы напряжений при охлаждении поковок:
/ в поверхностных слоях айв центральной зоне б; 11 — для
мягкой стали в начале охлаждении айв конце охлаждения б;
Ill — для твердой стали в начале охлаждения а в в конце охлаж-
дения б
в объеме, будет сдерживаться более остывшими наружными
слоями, которые при этом подвергаются сжимающим напряжениям.
Так происходит охлаждение мягкой стали (рис. 72, II). При охла-
ждении твердой стали (рис. 72, III) растягивающие напряжения
в поверхностных слоях вследствие пониженной релаксационной
способности такой стали лишь немного уменьшаются (но могут
не уменьшиться до нуля), при этом перемена знака напряжений
маловероятна.
При наличии на поверхности микро- и макротрещин опасность
их развития под действием растягивающих напряжений очень
велика. Очевидно, этим можно объяснить тот факт, что твердые
стали чаще растрескиваются снаружи.
Для предотвращения поверхностных и внутренних трещин,
уменьшения остаточных напряжений и предупреждения флокено-
образоваиия охлаждение поковок производят по специальному
режиму, который в основном определяется в зависимости от хими-
ческого состава стали и размера поковок. Общее здесь то, что ско-
рость охлаждения не должна превышать определенного макси-
мума. Медленное охлаждение необходимо в период перекристал-
138
лизации ввиду наложения напряжений от аллотропических
превращений на термические напряжения, причем в поверхност-
ных слоях эти напряжения растягивающие. В момент наложения
напряжений чаще всего возникают трещины, которые вследст-
вие концентрации напряжений распространяются и в глубину.
При более низких темпера-
О Ч 8 12 15 20 у
Продол ж стельность
турах охлаждение может быть
относительно быстрым. В це-
ховых условиях для средне-
углеродистых марок стали
применяют охлаждение
Рис. 73. Охлаждение металла:
ч
а)
а — изменение темпера туры слитки массой 45 000 кг при охлаждении в печи; б охлажде-
ние поковок коленчатых валов из углеродистой и инвколегирова1шой сталей при диаметре
шейки более 500 «К (ЧССР):
/ — снижение температуры до момента укладки в печь; II — выравнивание температуры
III — охлаждение с печью 1 (Г/**; IV — вЕ^держка 10 ч; V охлаждение 10°/ч;
V/ — выдержка 10 ч; V// — охлаждение 10°/^' VIII — выдержка 6—IU 4; /X — охла-
ждение в печи; / — вблизи поверхности; 2 — на расстояние 1/а радиуса; — в середине
сечения слитка; 4 — температура печи; 5 разность температур
Охлаждение поковок в штабелях применяют для марганецсо-
держащих марок стали. Крупные поковки охлаждают в печах.
На рис. 73, а приведен график охлаждения крупного слитка (45 ООО «г)
в’печи до температуры 630° С, для этого все горелки печи были выключены и
заслонки приподняты. Перепад температур по сечению не превысил 160-—180° С
после 4 ч охлаждения и сохранялся в течение 6 ч. Затем^началось уменьшение
перепада температур. Через 23 ч перепад температур составлял всего 80° С.
На рис. 73, б приведен рабочий график охлаждения крупного коленчатого вала
(диаметр цапфы 600 мм, ЧССР). После выравнивания температуры а печи дается
выдержка 6—10 ч при температуре 640—650" С, при открытых заслонках тем-
пература понижается последовательно до 620, 550 и 400° С со скоростью 10-—
12 С/ч и с выдержками при указанных температурах до 10 ч каждая [77].
При необходимости режим охлаждения совмещается с нормаль-
ным режимом первичной термической обработки (отжиг, норма-
139
лизация), в том числе и для предупреждения флокенообразовапия.
При ковке сталей, чувствительных к флокенообразованию, иногда
применяют промежуточную термическую обработку между опе-
рациями ковки с целью уменьшения количества водорода в ме-
талле.
§ 6. СОГЛАСОВАНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ
НАГРЕВАТЕЛЬНОГО И КОВОЧНОГО ОБОРУДОВАНИЯ
Для того чтобы ковочные и штамповочные агрегаты работали
бесперебойно, необходимо согласование производительности на-
гревательных установок и основного оборудования — молотов,
прессов и г. п. Даже в крупносерийном производстве поковок
каждый агрегат выпускает поковки нескольких наименований.
Поэтому в каждой печи приходится нагревать разные заготовки
с различным темпом их последующей ковки или штамповки.
Во всех случаях эксплуатации нагревательных установок эффек-
тивность использования основного оборудования зависит от пра-
вильного выбора режима их работы.
Например, при ковке одной поковки за 1 мин и временя нагрева
заготовки данного диаметра за 30 мин организовать работу печи
можно по-разному. Если в печи размещаются одновременно 30 за-
готовок, начало ковки возможно лишь по истечении 30 мин после
загрузки печи (во время нагрева ковочное оборудование простаи-
вает). По истечении 60 мин после загрузки печь окажется раз-
груженной, и в течение следующих 30 мин будет происходить
нагрев новой партии заготовок. В данном случае рабочее время
ковки составляет 50% времени нагрева (рис. 74, а). Ковка первой
заготовки происходит в нормальных условиях, все последующие
заготовки нагреваются дольше, чем это необходимо, последняя
заготовка из каждой партии находится в печи почти 60 мин.
Если загружать в печь заготовки партиями ио 15 шт. (рис. 74, б),
то рабочее время ковки составит 66% от общей продолжительности
нагрева (если не принимать во внимание первоначальную потерю
времени 15 мин, так как первая загрузка печи может быть осуще-
ствлена в предыдущей смене). Последняя заготовка каждой партии
находится в печи менее 45 мин. При загрузке печи партиями по
10 заготовок (рис. 74, s) рабочее время составит 75%, а нагрев
последней заготовки — не более 40 мин. Уменьшая величину пар-
тии заготовок, можно убедиться, что наилучшес использование
печи и отсутствие перегрева металла будет при поштучной загрузке
и разгрузке печи 1 (ряс. 74, г). В этом случае будет бесперебойная
работа агрегата при одинаковом количестве нагреваемых в печи
заготовок (в данном случае 30) и одинаковом времени нагрева
1 В этом случае рабочее время составляет 100%, если не принимать во вни-
мание первоначальных потерь времени, которые будут лишь после остановок
печи (при односменной и двухсменной работе цеха).
140
каждой заготовки (30 мин). По такому графику работают механи-
зированные лечи и автоматизированные установки, в камерных
печах условия поштучной загрузки часто не соблюдаются.
При согласовании производительности печи с темпом работы
кузнеца или штамповщика искомой величиной является число
заготовок, одновременно находящихся в печи. Для соответствую-
щего расчета используется следующее. Если z — количество за-
Рис. 74. График использования рабочего времени при загрузке печи
различными партиями заготовок. Периоды простоя заштрихованы слева,
вверх, направо; стрелками доказаны моменты загрузки заготовок в печь
готовок в шт,, одновременно находящихся в печи, i — время
нагрева заготовки данного размера в мин, п — наибольшая про-
изводительность ковочного или штамповочного агрегата в ч (в шт.),
то за 1 мин можно изготовить -^-поковок. За время t мин, пока
нагреваются заготовки, из печи должно быть выдано -gg- заго-
товок. Следовательно, одновременно в печи находится
г - z заготовок. (33)
Например, при штамповке 80 шт, поковок в час и времени на-
грева заготовок 15 мин в печи должно находиться одновременно
15 * 80 о а
—~ заготовок. Если же ускорить нагрев заготовок,
141
например за 10 мин, то в печи должно находиться 14 заготовок.
Следовательно, с уменьшением времени нагрева уменьшается и
количество заготовок, одновременно находящихся в печи. При уве-
личении темпа изготовления поковок с 80 до 100 шт. в час число
заготовок в печи должно увеличиться с 20 до 25 шт. и т. д. Счи-
тывая местные возможности нагрева металла, в цехах обычно
составляют графики зависимости количества заготовок, находя-
щихся в печи, от времени ковки, штамповки. Принимать эти
данные в качестве руководящих материалов для других производ-
ственных условий нельзя.
При нагреве крупных заготовок и слитков но 1 шт. или неболь-
шими партиями производят аналогичные расчеты. Если известна
продолжительность I нагрева в часах, то число слитков, нахо-
дящихся в одной или нескольких печах, находится как произ-
ведение z - niy где п соответствует часовой производительности
молота или пресса в штуках. Размеры площади Ftl пода печей,
обеспечивающих необходимую производительность, определяют
из следующих соотношений:
р _ м __ I'акт _ ntfM _ Qfx /34л
" ’ К* ' Ад Кп sKn ’ ’
где — проекция заготовки или слитка на под в м2;
Q — часовая производительность печи в кг!м2;
g — масса нагреваемого металла в кг;
FaKm — часть площади пода, занятая металлом, в м2;
р
Кп — коэффициент загрузки пода, равный (для ка-
'я
мерных печей Д'я — 0,5 ч-0,6; для методических —
0,7т-0,9).
Суммарная величина площади пода может быть предусмотрена
в одной печи, а если это невыполнимо, то в нескольких печах.
Иногда число используемых печей достигает 6—8 на один пресс,
при ковке на молотах обычно одна или две печи, при штамповке,
как правило, бывает достаточно и одной печи. Напряженность
пода печи (удельная производительность 1 м2 печи) представляет
собой отношение часовой производительности печи к площади пода
печи (камерные для заготовок 400—600 кг!м2-ч, с выдвижным
подом для слитков горячих— 150—350 хг/м2-ч, полуметодиче-
ские — 300—450 к.г!м'~-ч. скоростные 700—1000 кг'м2-ч).
При нагреве металла в скоростных печах или контактным и
индукционным способами (нагрев заготовки по 1 шт.) время на-
грева заготовки не должно превышать времени на ее штамповку.
Если это условие нельзя соблюсти, то применяют последователь-
ный нагрев двух или нескольких заготовок, одновременно находя-
щихся в нагревателе, или нагрев заготовок в двух или нескольких
нагревателях. Расчет количества заготовок, нагреваемых одно-
временно, совпадает с приведенным выше [см. формулу (33)1.
142
При штамповке от прутка яа молоте, прессе и горизонтально-
ковочной машине производительность агрегата повышается с уве-
личением количества поковок, штампуемых подряд за один нагрев
прутка. Темп работы в данном случае влияет на производительность
прогрессивно, а не, как обычно, в прямой пропорции.
Количество поковок, штампуемых подряд с одного нагрева
прутка, зависит от времени остывания стали при штамповке:
чем больше это время, тем большую часть нагретого прутка можно
переработать в поковки до его возвращения в печь. Длина нагре-
ваемой части прутка должна быть согласована с временем осты-
вания. Если нагреть большую длину прутка, чем это необходимо,
то пруток остынет в излишне нагретой части, прежде чем этот
участок металла поступит на штамповку.
Количество поковок, штампуемых за один нагрев прутка,
можно определить из выражения
. N = tB-t„ , (35)
lui
где i0 — время остывания прутка данного диаметра в допустимом
интервале температур для данной стали (например,
см, рис. 71);
— промежуток времени между выемкой прутка и' началом
штамповки;
tai — время штамповки одной поковки.
Приведенная зависимость показывает, что количество N поко-
вок, штампуемых за один нагрев, зависит от химического состава
стали и диаметра прутка (которые определяют величину /„),
а также определяется сложностью технологического процесса
(который в зависимости от способа штамповки и числа ручьев
определяет величину £ш) и совершенством организации рабочего
места. При непрерывной механизированной или автоматической
подаче заготовок tn определяется временем: выемки прутка из
печи, подноски его, вкладывания заготовки в штамп и потерями
времени на включение штамповочной машины.
При штамповке от прутков различных диаметров на машинах-
орудиях одинаковой быстроходности и с одинаковым числом
ручьев в штампе количество отштампованных с одного нагрева
изделий зависит от времени остывания прутков. Чем толще пру-
ток, тем медленнее он остынет и тем больше поковок можно от-
штамповать. При данном темпе работы между величиной N,
длиной заготовок Lo на одну поковку и оптимальной длиной
прутка участвующей в деформации за один нагрев, имеет
место зависимость
LH = NLa. (36)
Пользуясь соотношением масс, можно заключить, что
(36')
143
где LH — оптимальная длина нагреваемой части прутка;
q — масса погонного метра прутка данного диаметра;
g — масса заготовки на одну поковку.
По этой формуле можно определить длину нагреваемой части
прутка, необходимую для получения оптимальных условий штам-
повки поковок данной массы.
На практике количество штампуемых поковок за один нагрев N
колеблется в некоторых пределах, что вызывается уменьшением
или увеличением начальной и конечной температур штамповки,
замедленным или усиленным темпом работы штамповщика, непра-
вильной длиной нагретого конца прутка.
Количество прутков, находящихся одновременно в печи,
определяется из следующего выражения:
<37)
-j- -г Of
где Т — время подогрева при штамповке с возвращением прутков
в печь или время нагрева при штамповке без возвраще-
ния прутков в печь;
— начальные потерн времени (вкладывание в ручей и про-
межуток времени между нажатием педали и штампов-
кой);
N — количество поковок (штампуемых с одного нагрева),
взятое по максимуму;
— время штамповки (машинное и ручное по перекладке
из ручья в ручей);
tK — время, связанное с выемкой и удалением поковки из
штампа.
Полученное при расчете число заготовок, нагреваемых одно-
временно в печи, исходя из условия согласованной производитель-
ности печи и штамповочной машины, может быть использовано
для расчета площади пода печи по количеству и габаритным раз-
мерам заготовок, с учетом способа их укладки.
При выборе типа установки для нагрева металла руковод-
ствуются различными соображениями, главными из которых яв-
ляются способ штамповки, химический состав нагреваемой стали,
масштаб производства поковок и условия труда. Механизиро-
ванные сложные печи рентабельны в крупносерийном производ-
стве, при большом парке этих печей эксплуатация их не вызывает
особых затруднений. При мелкосерийном производстве частые
переналадки технологического процесса штамповки и неизбежные
изменения темпа работы требуют применения менее совершенных
универсальных печей.
Экономичность работы печи в процессе ее работы связана с на-
пряженностью пода. Чем выше напряженность пода, тем меньше
удельный расход топлива. Для методических печей увеличение
напряженности пода печи означает перевод их на полуметодиче-
144
ский р&жим нягрввэ, осуществляемый повышением температуры
в камере подогрева.
Технико-экономический анализ основных способов нагрева
металла перед штамповкой показывает следующее. Целесообраз-
ность энергоносителя для нагрева металла должна устанавливаться
отдельно для каждого района страны. Применительно к централь-
ным областям СССР наиболее экономичным является безокисли-
тельный нагрев (относительно низкая себестоимость и небольшие
капиталовложения). Индукционный нагрев обладает техническими
и экономическими преимуществами в условиях массового автома-
тизированного или крупносерийного высокомеханизированного
производств поковок (повышенные эксплуатационные расходы
и капиталовложения). Целесообразно применять индукционный
нагрев при цене металла более 100 руб!т или при себестоимости
3,6 Мдж (1 шг-ч), равной 0,3 коп. Контактный нагрев предпочти-
телен для длинных заготовок 1,5; Lo и Dn в слИ или
\ /
для местного нагрева средней части заготовок диаметром до 40 мм.
Обычный пламенный нагрев на газе целесообразен в условиях
относительно небольших серий производства поковок.
10 Я. м. Охри менка
597
Г Л 4 В Л V
КОВКА ПРУТКОВЫХ ЗАГОТОВОК, БОЛВАНОК
И СЛИТКОВ
(ТЕХНОЛОГИЯ ИНДИВИДУАЛЬНОГО И МЕЛКОСЕРИЙНОГО
ПРОИЗВОДСТВА ПОКОВОК)
§ 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О КУЗНЕЧНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ
Ковка является древнейшим способом обработки металлов.
Отчасти по этой причине ковку металлов иногда неправильно счи-
тают примитивным и отживающим свой век процессом. Процессы
ковки не должны применяться для крупносерийного и массового
производства относительно небольших поковок. Однако для инди-
видуального и в ряде случаев для мелкосерийного производств
процессы ковки являются вполне совершенными, позволяющими
использовать универсальные машины и инструменты. Если
удается укрупнить серийность производства (например, путем
кооперирования), то целесообразна специализация инструмента,
например применение штампов (подкладных или закрепленных).
Промышленность всегда будет нуждаться в поковках^ потребляе-
мых в небольших количествах и производимых способом ковки.
К ним относятся поковки для судостроения, производства некото-
рых видов транспортных машин, кузнечно-прессового машино-
строения, производства крупных станков и запасных частей
к различным машинам нт. п.
Особую категорию поковок, для которых оптимальным спосо-
бом производства является ковка, составляют поковки, масса
которых превышает наибольшую массу штампуемых поковок.
В настоящее время масса наиболее крупных поковок, изготовляе-
мых в штампах, исчисляется несколькими тоннами. По мере
совершенствования штамповочного производства предельная масса
этих поковок увеличивается. Для более тяжелых поковок при-
ходится применять ковку, для которой на ныне существующем
оборудовании масса обрабатываемых слитков до 500 т не является
предельной. Сюда относится массовое производство железнодорож-
ных осей, серийное —цельнотянутых котлов, барабанов и резервуа-
ров, крупных коленчатых валов, мелкосерийное и индивидуальное
производство валков блюмингов, роторов, турбин и других поко-
146
вок, В качестве универсальных мзшнн-орудии для ковки приме-
няются молоты И прессы (рис. 75).
Совершенствование процессов ковки основывается на исполь-
зовании более быстроходного оборудования, применения облег-
чающих и ускоряющих вспомогательные операции механизмов
(манипуляторов, кантователей, поворотных столов, подающих рук
Рис. 75. Машины-орудия, применяемые для ковки:
а — рессорные молоты для ковки самых мелких покоиок; б — пневматические молоты
для конки мелких и средних по несу лоховое:; в — пировоздушные молоты для конки
средних по несу покопок; г -- гидравлические и парогидравлические прессы для ковки
из слитков крупных поковок
и т. п.), а также на разработке конструкций более совершенного
кузнечного инструмента (в виде подкладных штампов для отделки
частей поковки или целиком всей поковки и т. п.). Указанные
усовершенствования позволяют значительно увеличить произво-
дительность, снизить себестоимость поковок, повысить их ка-
чество, облегчить труд кузнецов.
Схема технологического процесса ковки приведена на рис. 76.
Он состоит из следующего небольшого количества операций, так
как для ковки используют только одну единицу оборудования:
нагрева металла, ковки на молоте или прессе, первичной терми-
ческой обработки, контроля качества поковок. Процесс ковки
10* 147
может бить многооперационным, тогда полуфабрикат поковки
обычно поступает в печь на подогрев (один иди более раз в зави-
симости от размера и сложности поковки), после этого ковка
завершается на той же машине-орудии.
Рис. 76. Схема технологического процесса ковки слитков:
1 — склад прутков и слитков 1 2 — платформа с горячими слитками; 3 — нагрева тельная
печь; 4 — пресс гидравлический; 5 — манипулятор; 6 — транспортировочная платформа;
7 — термическая печь
Операции ковки можно подразделить на предварительные,
основные, вспомогательные и отделочные. Перечень их с указанием
назначения приведен в табл. 23, в которую включены наиболее
распространенные кузнечные операции. Отнесение отдельных
148
Операции при ковке слитков я заготовок
149
Про до л жецне табл. 23
Наименование операции (приема) Нданачение Эскиз Примечание
Осадка свободная (/) в кольцах (2) и высадка («3) и. Увеличение поперечных размеров и уменьшение вы- соты всей заготовки (осадка) или ее части (высадка); одно- временное образование усту- пов вдоль оси заготовки (осад- ка в кольцах) Основные 1— rl 1 1 II операции —1 J {.J ••'S'J-'.l 5 е — г- ] Операция осадки приме- няется так же, как предвари- тельная (перед прошивкой) и промежуточная (при про- тяжке)
i
Протяжка Уве .течешь леи® заго- товки я. ужйьийййв Й» уче- ния Сложная операции, состоя^ щая из ряда последователь- ных обжатий вдоль оси за- готовки
Продолжение табл, 23
| Наименования операции I (приема) Назначение Эскиз Примечание
Преидака, цробиая-а рт- ввретИ Офр^зоодннб отверстия в эаг0Т<ткё илй йок&Ёке 1 ев м|жй^ Операция может быть пред- варителыюй (перед раскат- кой, раздачей и др.)
Раскатка Увеличение * диаметров (внешнего и внутреннего) заготовки с отверстием @ffll Сложная операция, состоя- щая из ряда обжатий при вращении прошитой заготовки вдоль узкой стороны бойка
Протяжка йа оправке ! Увеличение длины проши- той заготовки |2222^22^77Za i l То же, но вдоль широкой стороны бойка
Продолжение табл. 23
Наименование операции (ирбййд} Назначение Эскиз Примечание
Разгонка Увеличение*;ширины части заготовки Сложная опердцня, состоя- щая из р.яда обжатий поперек осп заготовки
Передача Смещение части заготовки относительно ее продольной оси
Гибка Получение необходимой кривизны у поковки или за- готовки j 1 Л Операция может быть про- межуточной и за ключителъ" ной
Прожимка 1 Получение местного обжа- тия заготовки
Продолжение табл. 23
Наименование операции (приема) Назначение .Эскиз | Примечание
Придание всей заготовке формы цилиндра {обкатка) пли только се части (подкатка] 1 1
Отт яжка Протяжка концевой части заготовки
Раздача ОтаерИЯЙ' Увеличение поперечного се- чении отверстия вли полосги в заготовке Л
Сп
Продолжение табл- 23
Наименование операции
(приема)
Назначение
Эе киз
Примечание
Ш. Вспомогательные операции
Засечка (йшметка, при- Выделение части объема
сечка) заготовки для образования
уступов» выступов» выемок
Последующие операции:
обкатка, подкатка» протяжка
середины или концов (оттяж-
ка) заготовки
ОЙпйХа углов
Предотвращение вредного
влияния остывания ребер за-
готовки
Применяется при ковке вы-
со ко легированной стали
Продолжение табл* 23
I 1 Наименование операции (приема) Назначение Эскиз Примечание
Кручение Смещение на заданный угол части заготовки -
Сварка Соединение частей поковок ^Si ЛрйМаИЯёТСЯ ПрН КСВК& под ЫС!ЯГВТ«$Е$1
ОССеЧМ IV. С УсздавейМЮ заусенцев ит. и. Отделочные операции Применяется и ка-к проме- жуточная операция
Примечание 1 1
Эскиз 101k V 'v / °- wo w ~srf - Ito?- 1
Назначен ие Устранение нерп и пастей по- верхности у плоской, и rfH круг- лой поковки Устранение Якиредусмот- ренной криаЙаНы. гйдашки S ! Sa V 3f 5 * ч» i| й I
Наименование операции (приема) X S ч 5 i о £ & rtf О Й5. я яз II о н 1 S «1 1
156
операций к той или иной группе в некоторых случаях условно.
Даже такая операция, как осадка, может быть применена не
только как основная, но и как предварительная или промежуточ-
ная. Эти обстоятельства .отмечены в примечаниях к табл. 23.
Рис. 77. Кованые поковки, подразделенные на группы по возрастающей
сложности изготовления (по С. Н. X ржа невскому)
Более подробная характеристика кузнечных операций при-
водится в следующем рйнбле.
Формы изготовляемы^ ковкой поковок очень разнообразны
(рис. 77). В данной классификации поковки разделены на 9 групп
157
соответственно возрастающей сложности их изготовления. Наи-
более простыми являются поковки постоянного профиля, полу-
чаемые протяжкой (группа I), осадкой и протяжкой поковок
переменного профиля (группа II). Более сложными являются
поковки с прошитым отверстием, а также в виде всесторонне
прокованных кубиков, костылей, рычагов с головками и изогну-
тых поковок простого профиля (группа III). Еще более сложные
поковки — это поковки, изготовляемые прошивкой с последую-
щей вытяжкой на оправке, валы ступенчатые, пластины с высту-
пами и изогнутые в подкладных штампах поковки (группа IV).
В следующую по сложности группу входят поковки, прошитые
и раскатанные, валики с низкими фланцами и рычаги с двухсторон-
ними бобышками (группа V). В остальные группы (группы VI,
VII, VIII, IX) вошли сложные рычаги, валы и другие поковки,
требующие при выполнении комплекса операций специального
формовочного инструмента и приспособлений.
§2. КУЗНЕЧНЫЕ ОПЕРАЦИИ И ПРИМЕНЯЕМЫЙ ИНСТРУМЕНТ
Схемы кузнечных операций одинаковы для ковки относительно
небольших поковок (массой до нескольких сот килограммов),
изготовляемых на молотах, и для более крупных поковок, изготов-
ляемых на прессах.
Биллетирование слитков. Эта операция предназначена для
превращения слитка в болванку или заготовку [15]. Операции,
совершаемые одновременно с биллетировапием, являются предва-
рительными. Перед биллетированием у слитка оттягивают хвосто-
вик обычно со стороны прибыльной части. Хвостовик необходим
для перемещения и вращения слитка в процессе ковки при помощи
манипулятора или в его отсутствие при помощи кантователя и спе-
циального патрона с противовесом, надеваемого на хвостовик V
Обычно в хвостовик оттягивают прибыльную часть слитка, затем
его отрубают. При ковке небольших слитков (преимущественно на
молотах) используются клещи, подвешиваемые, как и кантователи,
к мостовым или поворотным кранам. Правильный расчет размеров
круглого или квадратного хвостовика исключает его изгиб в наи-
менее выгодных условиях, т. е. когда центр тяжести заготовки наи-
более удален от края захватных клещей или патрона в процессе
ковки. Длина патрона и соответствующая масса грузов взаимно
обусловлены размерами слитка, диаметр хвостовика можно подо-
брать исходя из пра-ктики (рис. 78). Длина хвостовика принимается
равной полутора его диаметрам, и диаметр патрона в месте захвата
слитка должен быть несколько меньше расстояния между бойками
при ковке участка поковки, примыкающего к хвостовику.
1 Манипуляторы, кантователи и другие средства механизации подробно
рассматриваются в курсе «Механизация и автоматизация кузнечно-штамповоч-
ного производства».
158
Основной стадией предварительной обработки слитка является
биллетирование, состоящее в сбивке ребер (если слиток некруг-
лого сечения) и устранении его конусности. Необходимая при этом
незначительная проковка слитка (К = 1,05-5-1,2) предназначена
для обжатия металла в углах слитка с целью предварительного
деформирования литой структуры — дендритов, которые имеют
стыки в этих углах.
। После биллетирования производят отрубку донной части
слитка. Сбиллетированный слиток с размерами Lo, Do и d хвосто-
Рис. 78. График для определения диаметра хвостовика
иод патрон (по М. Г. Златкину):
I — головка патрона; 2 — штанга; 3 — противовесы;
4 закрепляющие кольца; 5 — ц^пь крана; 6,7 — бойки
вика, а также отходы от слитка показаны На рис. 78 (внизу).
Биллетирование и описанные операции осуществляются с одного
нагрева. Для биллетирования слитков обычно применяют вы-
резные или верхний плоский и нижний вырезной бойки (см.
рис. 104, 105), для слитков массой свыше 150 т оба бойка вырез-
ные. Откованная болванка поступает в печь на подогрев, а от-
ходы — на переплав. Если ковке подвергают легированный
металл, то отходы клеймят маркой сплава для использования по
назначению.
Если поковка имеет полость, то ее можно использовать для
манипулирования заготовкой, а хвостовик не оттягивать. В этом
случае патрон не надевается, а вставляется в заготовку.
С точки зрения проковки металла операция биллетирования
является наименее производительной, так как требует обычно
самостоятельного нагрева слитка. Принято считать, что биллетл-
ровапие слитков способствует заварке воздушных пузырей и дру-
гих подкорковых дефектов литой структуры, созданию пластич-
159
ного поверхностного слоя металла, так называемой «рубашки»
слитка, благоприятно влияющей на дальнейшее протекание
ковки.
Операция баллотирования, проводимая при, высокой темпе-
ратуре, соответствующей большой скорости рекристаллизации
металла, ведется малыми обжатиями, при которых зерно успевает
вырасти до больших размеров, что и вызывает в некоторых слу-
чаях промежуточную термическую обработку. Кроме того, если
при биллетировании обжимаются только ребра слитка, то между
ними остаются полосы недеформированного металла. Опыт оте-
чественной промышленности позволяет в некоторых случаях при
надлежащем качестве металла отказаться от биллетировании слит-
ков, если это не ухудшает качества поковок. Устранение балло-
тирования приводит к увеличению производительности на
10—15% 116].
При хорошем качестве слитков осадка даже несбпллитирован-
ных слитков не сопровождается трещинообразованием на их боко-
вой поверхности, так как до деформации, равной 20—25%, не
происходит увеличения периметра при переходе от восьмигран-
ника с вогнутыми гранями к кругу. Это означает отсутствие опас-
ных растягивающих деформаций в периферийном слое осаживае-
мого слитка. Конусность слитков приводит к тому, что при осадке
без баллотирования у заготовок отсутствует симметрия относи-
тельно среднего поперечного сечения. Одпако этот недостаток
может быть устранен при боковом обжатии заготовок. На неко-
торых отечественных заводах осадка слитков без биллети-
рования применяется, например, при изготовлении штамповых
кубиков по групповой технологии на прессах усилием 14,7 Мн
(1500 т) и 29,4 Мн (3000 т).
Рубка заготовок. Эта операция обычно является предвари-
тельной и применяется для отделения от основной заготовки не-
годных ее частей (прибыльной и донной частей слитка) или разде-
ления заготовки на части (при использовании одной заготовки
на две или несколько поковок). Рубка может быть и промежуточ-
ной операцией, например, при отделении годной части заготовки
от поковки (если масса сбиллетированного слитка превышает
рассчитанную массу заготовки). Эта операция не отличается боль-
шой точностью и техническим совершенством. Неровности, полу-
чающиеся по месту разделения металла, больше, чем при резке
металла. Рубка удлиняет процесс производства поковок и умень-
шает возможное время ковки. Применение рубки на основном
кузнечном оборудовании допустимо лишь потому, что процессы
ковки в большинстве случаев относятся к единичному и мелкосе-
рийному производствам поковок, в которых применяется универ-
сальное оборудование. В качестве инструмента также универсаль-
ного применяются топоры. Рубка производится различными
способами в зависимости от вида заготовки и их размеров (рис. 79).
160
Схема рубки (рис. 79, а) основана на действии силы Р на малую
площадь соприкосновения топора с заготовкой. Реакция этой
силы со стороны нижнего бойка распределена на такой боль-
шой поверхности заготовки, что пластическая деформация здесь
не возникает.
д} е)
Рис. 79. Схемы рубки металла и применяемый инструмент
Способ рубки с отсечкой квадратом (рис. 79, б) применяется
для разделения на части прутков и небольших болванок на моло-
тах. Топор устанавливают на нужный размер заготовки с помощью
измерительного инструмента или по шаблону. Затем с помощью
верхнего бойка погружают топор в тело заготовки, не доводя его
до противоположной грани заготовки на величину, равную одной-
двум толщинам рабочей кромки топора (позиция /). Затем топор
удаляют, заготовку кантуют на 180° и просекают образованную
топором перемычку инструментом, называемым «квадратом»
11 Я. М. Охрименко 597 161
позиция 2). Размер стороны квадрата превышает ширину пере-
мычки в 1,5—2 раза. Отсеченная двумя ребрами квадрата пере-
мычка представляет собой отход металла.
Заготовки небольшого размера, в частности прямоугольного
сечения, можно рубить, применяя два смежно расположенных
инструмента в виде квадратов, причем один из них находится на
нижнем бойке, на него кладут заготовку, на которую устанавли-
вают смежно по отношению к первому второй квадрат и удардют
по нему. Этот способ имитирует резку заготовок ножами.
Рубка с двух сторон (рис. 79, и) применяется для более крупных
заготовок, если высота топора оказывается недостаточной даже
при увеличении ее за счет накладывания на топор квадрата в по-
следний момент рубки. Более высокий топор при рубке с двух
сторон внедряют на Ча—% высоты заготовки, при этом по обе ее
стороны образуются наплывы металла (S на позиции /). После
кантовки на 90° эти наплывы сглаживают ударом бойка (пози-
ция 2), затем при следующей кантовке на 90“ накладывают топор
для окончательной рубки (позиция 3). Вследствие неточности уста-
новки топора на торце заготовки обычно образуется заусенец,
удаляемый заостренным топором-зубилом (позиция 4).
Рубку с трех сторон (рис. 79, а) применяют для круглых и круп-
ных заготовок па прессах. Во избежание смятия заготовки нижним
бойком из-за сосредоточения действующей силы на малой поверх-
ности заготовки применяют нижний вырезной боек, который обе-
спечивает достаточно большую поверхность соприкосновения
бойка с круглой заготовкой. После внедрения топора примерно на
0,4Do (позиция 7) заготовку кантуют па 120“ и вновь производят
надрубку на ту же глубину (позиция 2). После второй кантовки
на 120° осуществляют окончательную рубку (позиция 3), для
которой применяют трапецеидальный топор со срезанными углами
во избежание их повреждения при соприкосновении с вогнутой
поверхностью вырезного бойка.
Рубка с четырех сторон осуществляется для крупных заготовок
топорами относительно небольшой высоты. После надрубки
с четырех сторон в середине заготовки остается перемычка прямо-
угольного сечения, по месту которой производят разделение за-
готовки на части квадратом или опорной стороной высокого топора
(рис. 79, д). При необходимости отделения от заготовки участка
незначительной длины (например, донной части у слитка) перед
рубкой производят наметку круглым прутком по круговому пери-
метру (рис. 79, е, позиция /). Борты образованной выемки направ-
ляют топор и устраняют возможность отклонения его от диаме-
трального сечения заготовки. При рубке этим способом слитков
на прессах с подвижным столом слиток находится в вырезном
нижнем бойке, который сдвинут относительно верхнего (пози-
ция 2). При этом рубка может быть осуществлена с одной, двух
и трех сторон.
163
В зависимости от способа рубки торцы заготовок получают
некоторые искажения, усложняющие вертикальную установку
заготовок при их осадке.
На рис. 80 показаны применяемые для рубки топоры. На верх-
ней позиции рис. 80, а видны профили топоров: с двухсторонним
и односторонним уклоном, а также заостренной рабочей кромкой.
На нижней позиции показан профиль трапецеидального топора
Рис. 80. Кузнечные топоры:
а — с закрепленной державкой; б — со съемной держидкой: / — топоры; 2 —
<? “ качающийся крннолннейя ый монорельс; 4 тележка для лоднески туп аров
о двухсторонним уклоном. Размеры b и Z'x достигают у самых круп-
ных топоров 80 и 40 мм при высоте h — 700 мм и длинах I
1250 мм и — 6885 мм (масса 170 кг). Для изготовления
топоров не обязательно использовать во всех случаях легиро-
ванную сталь, при рубке небольших заготовок из углеродис-
той стали можно применять аналогичные стали, при этом не-
обходима их термическая обработка, чтобы избежать быстрого
оплывания кромок и выхода топора из строя. Для рубки легиро-
ванной стали топоры изготовляют из инструментальной стали,
например 5ХНВ (твердость НВ 363—415) или наплавляют рабочую
кромку твердым сплавом. Для рубки очень крупных слитков вы-
полняют топоры больших габаритных размеров и массы, в связи
с чем получила применение механизированная установка топора
с подвеской на качающемся рольганге (рис. 76, б, нижняя пози-
Н* 163
ция). Для подачи топоров и другого инструмента применяют спе-
циальные инструментальные манипуляторы.
Осадка. Осадкой называется технологическая операция, при
которой увеличивается сечение, заготовки, перпендикулярное
к действующей силе, и уменьшается размер по высоте (вдоль этой
силы). При ковке осадка применяется как основная операция для
получения формы поковки (например, при ковке дисков) и как
предварительная. Например, для уменьшения глубины прошивки
заготовки ее предварительно подвергают осадке. Если в процессе
ковки коэффициент уковки невелик и не удается ликвидировать
литую структуру металла, то осадку обычно вводят как промежу-
точную операцию. Иногда операция осадки вводится в технологи-
ческий процесс для обеспечения соответствующего расположения
волокон в будущей детали. Известно, что на растяжение и изгиб
волокно работает лучше в продольном, а на срез —> в поперечном
направлениях. Поскольку при осадке можно получить радиальное
расположение волокон, то для таких деталей, как, например,
шестерни, операция осадки обеспечивает повышенную прочность
зубьев. Осадка может быть применена для устранения анизотроп-
ности металла. Например, при всесторонней осадке штамповых
кубиков волокна теряют преимущественную ориентацию и металл
получает одинаковые механические свойства по всем направле-
ниям.
При осадке вследствие значительной положительной дефор-
мации по периметру заготовки в плане на боковой ее поверхности
вскрываются дефекты металла. Поэтому осадку можно рассматри-
вать и как контрольную операцию. Если при осадке деформации
подвергается только часть заготовки по высоте (например, при
нагреве только одной половины заготовки по высоте), то такая
операция называется высадкой. Таким способом получают поковки
с утолщением по концам заготовки или в ее середине.
Чтобы избежать потери устойчивости и появления продольного
изгиба, осадке в цеховых условиях подвергают заготовки высо-
той Но << 2,5£>0. Заготовки с большей высотой (//0 = (4-е5) Do)
могут быть подвергнуты осадке с помощью специальных приемов
(небольшими обжатиями и с частой кантовкой), при этом произ-
водительность операции очень небольшая, и она теряет промышлен-
ное значение.
В общем случае при осадке предельно высокой заготовки опера-
ция протекает в три стадии. При < 0,6-г-0,7 осадка происходит
с двойным бочкообразованием, при этом чем больше величина
контактных сил трення, тем резче бочкообразование и тем раньше
происходит слияние двух самостоятельных бочкообразований
в общее (это сопряжено с исчезновением зоны IV, см. рис. 43).
Это объясняется тем, что при значительных силах трения зоны
затрудненной деформации 1 имеют большие объем и высоту купола.
164
Вторая стадия осадки происходит при непрерывном сближении
зон затрудненной деформации до момента их взаимодействия через
относительно тонкую зону II. Это происходит при -^-<2^4.
На первой и второй стадиях осадки высота и диаметр зоны
затрудненной деформации увеличиваются вследствие увеличения
площади контакта. Усилие на этих стадиях тем меньше, чем больше
контактные силы трения (см, рис. 51).
На третьей стадии осадки >2-4 4^ высота зон затрудненной
деформации вследствие их взаимодействия уменьшается (высота
Рис. 81. Схемы осадки заготовок (а) и слитков (6)
этих зон <( -у j, это сопровождается резким повышением уси-
лия, необходимого для осадки. Чем больше силы трения, тем выше
расположена соответствующая кривая усилия осадки (см. рис. 52).
В пределах указанных геометрических соотношений переход от
одной стадии к другой зависит от контактных сил трения. Чем они
- Р
больше, тем при меньших величинах у наступает следующая ста-
дия осадки.
Для того чтобы после осадки заготовка, отрубленная топором
и имеющая скосы на торце, была симметричной, приходится ее
поддерживать при первом обжатии (рис. 81, а). Однако это удается
только при относительно небольших заготовках, при ковке на
молотах. Осадка слитков плоскими бойками применяется, напри-
мер, перед операцией прошивки при изготовлении поковок с от-
верстиями. Наиболее распространена осадка слитков, имеющих
оттянутый хвостовик (рис. 81, б), который при осадке находится
в отверстии нижнего инструмента.. Инструмент в этом случае
имеет вогнутость, которая способствует повышению устойчивости
заготовки в процессе осадки, но увеличивает бочкообразование
и соответственно неравномерность деформации. Как видно
185
из рис. 81, б, горизонтальная составляющая Реол направлена от
внешней силы в ту же сторону, что и сила трения.
Считается, что при такой схеме напряжений (ярко выраженное
трехосное сжатие) пластичность металла в средней части заготовки
повышается, однако наряду с этим увеличивается опасность воз-
никновения наружных продольных трещин по середине образую-
щей (в зоне наибольшего бочкообразования).
С технологической точки зрения бочкообразование вредно не
только потому, что оно связано с увеличением неравномерности
деформации. Так как бочкообразование до недавнего времени
Рис- 82. Данные для расчета объема бочкообразных поковок:
разделение объема иоконки на составные элементы (а); зависимость относительной ве-
личины объема, характеризующего бочкообразование, ст степени деформации при: осадке (б)
нельзя было рассчитать, наличие его приводило либо к уменьше-
нию производительности при дополнительном обжатии по боков ей
поверхности, либо к повышенному расходу металла, поскольку
объем металла, идущий на бочкообразование, не учитывался.
В последнее время появилась возможность учитывать бочкооб-
разование, Методика расчета, предложенная М. Г. Златкиным [261,
позволяет определить объем поковок, а также объем и размеры
заготовок на основе заданных размеров бочкообразных поковок DT
и Нк (рис. 82). По этим размерам рассчитывается объем цилиндри-
ческой части поковки V. Далее выбираются предварительные раз-
меры заготовки D'g и Нй (рис. 82, а) при условии Н'(, < 2,5РШ
причем значение Pg выбирается несколько меньшим, чем Ро.
Затем определяется примерная степень деформации е'аи =
— —-^^^-100. По ГрафИКу (рис. 82, б) можно определить от-
Н о
носитель ну ю величину объема металла, идущего на бочкообразо-
вание (f) — — 100% к по известным величинам е' и —%
\ V ' / он
166
x ,7, 100Г
и предварительно рассчитанного объема поковки V =
По V' рассчитывается предварительный объем заготовки V'
с учетом угара, обсечек и других отходов металла. Окончательные
размеры заготовки Do и Ht) подбираются исходя из того, что от-
п
ношение должно быть равно или больше . Если при
этом е'я изменяется так, что вызывает уменьшение 0, то размеры
заготовки не пересчитывают, т. е. принимают V' = Va и V’ = V.
В этом случае получают заготовку несколько больших размеров,
что компенсирует неучтенные отклонения.
При изменении е'н, вызывающем увеличение 0 более чем на
1%, производится пересчет с изменением принятых размеров DQ
и Н'о до тех пор, пока увеличение 0 будет меньше 1 %. Размер Dt-
можно определить исходя из экспериментально установленного
соотношения между величинами D6, Dt и Dnp (приведенный диа-
метр основания цилиндра в отсутствии бочкообразования, см.
рис. 82, а):
__I
Р/гр Рт 3
откуда
•> _ 4D„p —DT _
'б’ 3 ” 3
нли окончательно
^=1,5X77-0,33^. (38)
Необходимость учета металла, размещенного в зоне бочкооб-
разования, можно обосновать значительным объемом потерь ме-
талла в случае пренебрежения бочкообразованием. График на
рис. 82, б соответствует осадке в условиях сухого трения на грубо-
обработанных плитах, т. е. в условиях наибольшего бочкообразо-
вания. По этим данным объем потерь металла в отдельных случаях
достигает ~24% ^например, при — = 0,5 и eo//=-60%y.
Если осадке подвергают заготовку прямоугольного сечения,
то высотный размер ее может быть большей, чем при круглой за-
готовке. Например, при Но С 3,2В0 продольного изгиба может и
не быть, если в начале осадки обеспечена соосность заготовки и
внешней силы. При < 2 осадка происходит с превращением
прямоугольного сечения основания в эллиптическое и затем в круг-
* Применение указанного метода расчета на Уралмашзаводе позволило
снизить массу поковок в некоторых случаях на 22% и массу слитка на 16%.
167
лое. Если осадке подвергается цилиндрическая заготовка в лежа-
чем положении (поперечная осадка), то при Ha'>D0 заготовка
стремится принять форму эллипса в плане, а при Но <ZDn она
получает выпуклость по торцам и вогнутость по образующей ци-
линдра в плане.
Для теоретического исследования напряженно-деформирован-
ного состояния пластической зоны при осадке можно использо-
вать метод полей линий скольжения (рис. 83), если предложить
относительно небольшие количественные отличия в оценке двух-
Рис* 83. Поля липий скольжения в поперечном сечении осажи-
ваемых заготовок:
я — плоскими и б — сферическими плитами
мерной и осесимметричной схем деформации. Непосредственно
к поверхности инструмента примыкают так называемые области
пластического равновесия (по гипотезе упруго-пластического
тела) или жесткие зоны (по гипотезе деформации жестко-пласти-
ческого тела). Со стороны свободной поверхности расположена
область равномерного напряженного состояния. Между указан-
ными областями находятся пластические зоны, форма которых
зависит от соотношения размеров заготовки и величины сил тре-
ния. Эти зоны коптактируются по оси осаживаемых заготовок
и описывают очаг сдвиговой деформации. В теории обработки
металлов давлением рассмотрены способы построения эпюр нор-
мальных напряжений по сеткам линий скольжении.и определения
по объему этих эпюр соответствующего усилия па деформацию
187, 100].
Как уже отмечалось, если осадке подвергают не всю заготовку
(по длине), а только часть ее (конец или середину), то операция
носит название высадки. Для поковок небольших размеров при
их ковке под молотами высадку осуществляют, помещая подлежа-
щую деформации часть заготовки в полость подкладного инстру-
мента. Для более крупных заготовок применяют местный нагрев
части, подлежащей высадке. Если при этом заготовка настолько
JfiS
велика, что не помещается в рабочем пространстве молота или
пресса,' то высадку производят при горизонтальном положении
заготовки, зажимают ее между бойками и ударяют по нагретому
металлу «соколом». Известен способ высадки, при котором заго-
товка поднимается краном (или через блок лебедкой) и затем
при падении с некоторой высоты высаживается ударами по плите,
расположенной на полу цеха. Все эти приемы допустимы в инди-
видуальном производстве. При серийном выпуске поковок для
высадки применяют различные приспособления, например при-
способление, позволяющее осуществлять высадку при забивке
клина между стенкой инструмента и торцом высаживаемой заго-
товки. Оно известно с давних времен и называется «машинкой».
Кроме рассмотренных выше обычных схем осадки, на практике
применяется осадка плитами с отверстием (рис. 84, «). Эта опера-
ция осадки позволяет выдавить отростки со стороны одного или
одновременно обоих торцов заготовки. Так отковывают некоторые
типы валков прокатных станов, короткие кулачковые валы и т. п.
При небольшой длине и малом диаметре отростков получить их
другим способом очень сложно.
При осадке в кольцевых плитах схема течения отличается от
обычной осадки наличием двух потоков металла. Радиальное
течение металла от оси аналогично течению при осадке сплош-
ными плитами и наблюдается на периферии заготовки. Это течение
тормозится силами трения Т}, направленными к оси заготовки.
Второй поток металла направлен радиально к оси заготовки и
вдоль нее в отверстие каждой плиты. Это течение тормозится си-
лами трения Т2 на поверхности плиты. Попадая в отверстия н пере-
двигаясь по нему, металл преодолевает силы трения и на стенках
отверстий (на рис. 84 они не указаны). Для того чтобы облегчить
извлечение поковки из отверстий плит, их изготовляют с уклоном
ЧР — 54-7°. Наличие уклонов в отверстиях плит затрудняет пере-
169
мещепие металла, поскольку отростки по мере увеличения их
длины уменьшаются в поперечном сечении. Между рассмотрен-
ными двумя потоками металла находится поверхность раздела
(или критическая поверхность). Нетрудно видеть, что в зависимости
от соотношения размеров исходной заготовки и относитель-
ной величины отверстия в плитах , а также величины кон-
тактных сил трения необходимая осадка для получения заданной
длины отростков различна. Расчет деформаций с целью получения
отростков заданной длины усложняется тем, что к моменту их-
оформлеиия средняя часть поковки должна иметь вполне опре-
деленный размер.
Общие закономерности процесса следующие. В начале осадки
происходит уменьшение общей с отростками высоты заготовки.
Это означает, что затекание металла в отверстия меньше, чем осадка
исходной заготовки. Постепенно эта разница сглаживается, и
настает такой момент, когда НпвК - Нп (рис. 84, о). На некоторой
стадии осадки Н,,ия остается постоянной, а затем начинает возра-
стать, причем интенсивность возрастания увеличивается по мере
увеличения степени деформации. Такой характер изменения вы-
соты поковки свидетельствует о сложном и неодинаковом харак-
тере течения металла на различных стадиях осадки. Установлено,
ЧТО на первой стадии осадки при уменьшении Н110К металл в ос-
новном течет из центральных областей к периферии в диск, а на
второй при увеличении H,lQK наблюдается движение частиц в про-
тивоположном направлении из периферийных частей заготовки
в отверстия плит. При этом положение критической поверхности
D() ^0 L
постоянно изменяется и зависит от величины н-, -н- и коэф-
h
фициента высотной деформации На первой стадии осадки
плитами с отверстиями критические поверхности расположены,
как показано на рис. 84, б. Глубина распространения критической
поверхности определяется величиной hKp. В начале осадки DKp
d0. По мере увеличения степени деформации hKp и DKp увели-
чиваются, и наступает такой момент, когда hKI, становится равной
половине высоты диска поковки Ь,.р. В этот момент начинается
вторая стадия осадки. Положение критической поверхности для
этого случая (рис. 84, й) определяется ее диаметром DKp.
Изменение размеров поковки в каждый момент осадки опреде-
ляется положением критической поверхности или величиной h.Kp
для первой стадии и DKp для второй.
В зависимости от соотношений размеров заготовки и степени
деформации осадка может ограничиться только первой или пер-
вой и второй стадиями. Момент перехода от первой стадии осадки
ко нторой зависит от условий внешнего трения. Несмотря на слож-
170
ИОСТЬ явлений, сопровождающих процесс осадки, для колец он
поддается расчету [851.
Инструмент для осадки. Инструментом для осадки
под молотами служат универсальные плоские бойки, которые
крепят клиньями рис. 85).
Рис. 85. Инструмент для осадки:
Размеру инструмента: f — длина и Л ” лысота; d — диаметр плиты; b — ширина;
г — радиус сферы
а — бойки молотовые:
Масса падающих частей в лм h в мм 1 в мм Ь в мм
1000 340 410 азо
3000 350 #2(1 290
3000 430 590 330
б — верхняя осадочная прессовая плита:
Усилие пресса в н d в мм к В Н А! г в мм Масса слитка в тег
30 000 1500—2100 350-450 3000—4200 6 000—18 000
юоооо 2400 —3300 500—650 4800-7500 30 000 —67 000
й — нижняя осадочная прессовая плита:
Усилие пресса в н d в мм h И г в мм Масса плиты в кг
30 000 2000 45» 3500 13 000
100 000 2500 -3500 500—600 4600 —8000 20 000— 45 000
Бойки молотовые используются для выполнения различных
операций (осадки, протяжки и т. и.). Поскольку размеры молото-
вых бойков относительно большие, а работают они в условиях
динамических нагрузок, их обычно изготовляют из инструменталь-
ной стали и подвергают термической, обработке (5ХНВ, 5XIIT
171
и т. п.). Это обстоятельство, а также и то, что молотовые операции
отличаются незначительной продолжительностью, обеспечивает
длительную стойкость инструмента и относительно хорошее со-
стояние его рабочей поверхности. Бойки прессов более массивны,
причем время их непрерывной работы очень велико. Если металл
инструмента разогревается выше температур отпуска инструмен-
тальной стали, то преимущества этой стали теряются, в связи
с чем многие заводы применяют для изготовления прессовых бой-
ков углеродистую сталь (например, сталь 45). Для ковки высоко-
легированной, труднодеформированпой стали используют бойки
из легированной и даже высоколегированной стали с высокой тем-
пературой отпуска. Поскольку некоторая выработка и оплывание
рабочих ребер бойков (например, для протяжки) допустимы для
ряда операций, а для осадки недопустимы, то при ковке на прес-
сах применяют специальные осадочные подкладные плиты
(рис. 85, б и в), изготовляемые из углеродистой стали литыми
(35Л) или коваными (сталь 50). Диаметр осадочной плиты при-
нимают равным
d = 2D, - (1,24-1,5)DK.
Высоты верхней и нижней плит одинаковы и равны
h = (0,25-ь0,35) d.
Высота нижней плиты должна быть несколько больше длины
цапфы под патрон. При большой длине этой цапфы применяют
дополнительные подкладные кольца.
Диаметр отверстия под хвостовик в нижней плите dv больше
диаметра хвостовика на 10—15%.
Радиус сферической выемки
г - (2-ь 2,5) Д,
наибольшая глубина выемки
Д/i = (0,14-0,2) й.
Сферические осадочные плиты обеспечивают устойчивое поло-
жение слитка в процессе осадки. Только для осадки перед про-
шивкой применяют обе плоские плиты. В остальных случаях
верхняя плита — сферическая; нижние плиты чаще всего тоже
сферические, реже плоские и в отдельных случаях могут быть
даже с обратным конусом (рис, 86, а). Оттянутый хвостовик (иначе
он называется цапфой под патрон) входит в отверстие нижней
плиты, что также способствует устойчивому положению заготовки
в процессе осадки. Установку нижней плиты и слитка на нее
обычно осуществляют краном сверху вниз при выдвинутом поло-
жении нижнего бойка (за счет движения стола пресса). Затем
при помощи стола пресса передвигают всю систему в положение
соосности с верхним бойком и осуществляют осадку. Если эта
172
операция является дополнительной и вслед за ней следует про-
тяжка, то необходимо удалить осадочную плиту, а заготовку из
вертикального положения переместить в горизонтальное. Эти
вспомогательные операции могут быть ускорены и упрощены при
использовании усовершенствованной конструкции нижней плиты
(рис. 86, б). Слиток с оттянутым хвостовиком устанавливают в го-
ризонтальном положении на подкладки рядом с прессом или за-
жимают бойками силой Р. Затем краном подводят нижнюю оса-
дочную плиту, на которой с двух сторон симметрично укреплены
-----J 6)
Рис. 86. Конструкции нижних осадочных плит
два двуплечих рычага 1 с цапфами: верхними 2 и боковыми б"
Для того чтобы поместить хвостовик слитка в отверстие плиты,
ее удерживают краном за цапфу 3. Затем плиту захватывают за
цапфы 2, при этом она поворачивается вместе со слитком и может
быть установлена на нижний боек, выдвинутый столом пресса (см.
правую позицию рис. 86, б). После окончания осадки для снятия
нижней плиты и поворота заготовки поднимают плиту за цапфы 3
с помощью крана.
Протяжка (вытяжка). Протяжка предназначена для увеличе-
ния длины заготовки за счет уменьшения ее поперечного сечения.
Если осадку осуществляют за одно обжатие при полном перекры-
тии заготовки, то для протяжки необходимы последовательные
обжатия смежных участков заготовки, причем с одной или двух
сторон обжимаемого участка заготовки находятся необжимаемые
участки (внешние участки заготовки). Рассмотрим вначале про-
стейшую схему протяжки — без кантовки за один проход (рис. 87).
Заготовка прямоугольного сечения с размерами Ло; Яо; Вй про-
двигается вдоль бойков при каждом обжатии на величину по-
дачи д0, меньшую, чем ширина бойка Ь. При этом геометрический
173
очаг деформации представляет собой объем Va Нйа0Ва, который
после обжатия остается таким же по величине, но характеризуется
произведением Уи HLUBU. Величина Н определяется величи-
ной обжатия (И ---- Иц — ЛЯ). Величина Lu зависит от подачи
и удлинения (Lu -- цп -| AL). Эти величины могут быть измерены
непосредственно. Величина 73.,, зависящая от обжатия и подачи,
вследствие неравномерного уши-
рения вдоль очага деформации
Рис. 87. Схема протяжки, за один про-
ход (показан момент в конце второго
обжатия). Направления движения
верхнего бойка и протягиваемой за-
готовки указаны стрелкой
может быть получена лишь рас-
четом как средняя величина
Рис. 88. Форма геометрического очага
деформации в конце единичного обжа-
тия при протяжке:
В? и Я — размеры поперечного сече-
ния, делящего очаг деформации пополам;
8^, и W — размеры поперечного сече-
ния па стыке двух обжатий; — расчет*
пая ширина очага деформация
На рис. 88 показана форма геометрического очага деформа-
ции Vf. в конце единичного обжатия. Штриховой линией дан
контур объема VUf который до начала деформации имел раз-
меры Яо; В0 и а0. Линиями наложенной проекции (штриховой
линией с двумя-точками) показан объем с размерами Н и La,
совпадающими с действительными размерами геометрического
очага деформации в конце обжатия, и размером Ва в виде приве-
денной (вычисленной) величины.
Действительный объем У,.< в конце обжатия имеет сложную
конфигурацию, так как бочкообразование по вертикали боковой
поверхности сопровождается ее искривлением вдоль подачи;
выпуклость боковой поверхности в этих обоих направлениях
174
переменная. Размеры В'б и В'т характеризуют наибольшую вы-
пуклость боковой поверхности в среднем поперечном сечении
очага деформации, а В"б и В"г — на границе с соседним очагом
деформации- Плоскости на расстоянии Ва рассекают объем дей-
ствительного очага деформации так, что снаружи за их пределами
размещаются избыточные объемы (их два), а внутри между этими
плоскостями и боковой поверхностью заготовки — недостающие
объемы (в плане их четыре). Естественно, что избыточные объемы
с выпуклой боковой поверхностью (штриховка слева, вверх,
направо) равны недостающим объемам со сложно вогнутой по-
верхностью (штриховка слева, вниз, направо).
Появление сложной выпуклости па боковой поверхности про-
тягиваемой заготовки объясняется (как и при осадке) силами кон-
тактного трения, но, кроме того, по границам внешних частей
заготовки деформации сдерживаются вследствие сплошности ме-
талла. Поэтому выпуклость в среднем сечении очага больше, чем
„ р'г>-в..
на его границе, как в вертикальной I---------------------I,
I Bg- Bg в' -- в”т \
так и в горизонтальной плоскостях -------?---->------- - .
На самом деле при протяжке по описываемой схеме деформация
при каждом обжатии не ограничивается объемом Va и частично
распространяется на соседние участки, вызывая дополнитель-
ные напряжения. С учетом этих деформаций можно представить
физический очаг деформации несколько большего объема, чем
объем Пп.
Сложная схема деформации при протяжке не позволяет до сих
пор вводить в расчеты истинные размеры очага деформации
(в частности величины Вй и Вт), поскольку они зависят не только
от величин обжатия и подачи, по и от величины контактных сил
трения. Чем больше эти силы, тем в большей мере проявляется
выпуклость в вертикальной плоскости очага. Что касается вы-
пуклости в горизонтальной плоскости очага, то она в основном
определяется силами связи с внешними частями заготовки. Оче-
видно, в отсутствие сил трения при протяжке будет наблюдаться
выпуклость только в горизонтальной плоскости очага деформа-
ции. Если пренебречь уширением, что допустимо при относительно
малых подачах, обжатия при протяжке можно охарактеризовать
полями линий скольжения (рис. 89).
Согласно теории вдоль линий скольжения имеют место
только сдвиги, а деформации сжатия или растяжение равны нулю.
По сетке линий скольжения можно построить поле скоростей,
по которому в каждом отдельном случае устанавливают направление
перемещений и характер деформированного состояния [87].
Как уже отмечалось, поля линий скольжения могут быть исполь-
175
ственные соотношения деформации по
а)
Рис. 89. Поля линий скольжения при про-
тяжке с меньшей (а) и большей (б) подачами
зованы для построения эпюр напряжений и затем для подсчета
усилия, требующегося для обжатия.
Рассмотренная выше простейшая схема однопроходной про-
тяжки значительно усложняется при ведении процесса протяжки
с кантовкой заготовки на 90°. Перемена местами двух осей
в схеме деформации (ширина становится высотой заготовки)
и изменение формы заготовки существенно влияют на количе-
трем осям.
Расчеты формоизмене-
ния при протяжке значи-
тельно упрощаются при
использовании средней
(приведенной) величины
уширения. В основу рас-
чета протяжки положен
принцип суммирования
главных деформаций. Про-
тяжка—-это операция, со-
стоящая из многих обжа-
тий, причем единичные об-
жатия по существу пред-
ставляют собой попереч-
ную осадку при наличии
внешних; по отношению
к очагу деформации, частей заготовки. Таким образом, наиболь-
шей главной деформацией единичного обжатия является высот-
ная деформация, которая больше каждой из двух других глав-
ных деформаций: в направлении протяжки и направлении уши-
рения. Однако смежное расположение обжатий с подачами вдоль
одного направления протяжки приводит к суммированию дефор-
маций вдоль оси заготовки, так что вытяжка вдоль оси
заготовки во много раз превышает деформацию вдоль других
осей:
— 6lL/a,
п
где п — число обжатий;
АДа — увеличение длины заготовки за одно обжатие.
Дополнительно увеличить длину протягиваемой заготовки
можно в результате кантовки, после которой деформации по ши-
рине и высоте изменяются ио знаку относительно предыдущей,
тогда как знак величины не изменяется и деформация продол-
жает суммироваться, увеличивая общую длину заготовки. Коли-
чественное ограничение протяжки обусловливается следующими
обстоятельствами. Одним из них является опасность потери устой-
чивости заготовки при обжатии после кантовки. Поэтому необ-
ходимо, чтобы отношение бывшей ширины (теперь размера за-
176
Рис. 90. Момент поте-
ри устойчивости при
протяжке с превыше-
нием допустимой вели-
чины коэффициента пе-
рехода 2,5)
готовки по высоте) к бывшей высоте (теперь к ширине) было в пре-
делах ' в 11 Лб
Ч - <2А
эта величина называется коэффициентом перехода
(рис. 90). Другим условием является выбор величины подачи при
протяжке заготовки данной ширины. Для
увеличения производительности величину по-
дачи следовало бы принимать максимально
возможной/при этом следует исходить из того,
что при обжатии металл не должен вытекать
за пределы ширины бойка La С b (см. рис. 88).
Однако с увеличением подачи растет ушире-
ние, которое ограничивает протяжку. Это
явление было рассмотрено применительно
к осадке заготовок прямоугольного сечения
(см. разд. 2 гл. III), но в условиях протяжки
уширение сдерживается из-за наличия внеш-
них частей заготовки. Последнее обстоятель-
ство усложняет расчет формоизменения при
протяжке.
Наиболее простая схема расчета предло-
жена Чайле и усовершенствована М. В. Сто-
рожевым. При рассмотрении поперечного
сечения заготовки в момент окончания оче-
редного обжатия можно условно принять,
что площадь /д (рис. 91, а) смещается, площадь Fu остается
неизменной, а площади Fiit и FIV появляются в результате уши-
рения при обжатии. Так как на уширение идет лишь часть обжи-
маемого металла (причем меньшая), то, очевидно,
Рin + ?iv </ Рь
Равенство
Fin I Fiv - fFi
действительно при условии f < 1.
Если переписать это равенство применительно к линейным
размерам заготовки, то получим
(Вк -- Вй) Нк Нк) В,. (39)
После раскрытия скобок и замены ВКНК — FK на ВаН0 --= Fo
и высотного обжатия показателем степени деформации находим
FK - Fft [1 -еоя(1 ~f)\. (40)
Если коэффициент уковки при протяжке выразить как
отношение площадей поперечного сечения заготовки до и после
12 Я. М. Охрименко 5ЭТ 177
обжатия, то получим выражение, известное в литературе как
формула Е. П. Унксова
Fo ____________1______
FK - 1 г.,„(1 •/) •
(41)
Величина f связана с величиной подачи ап. Так как абсолютная
величина подачи для сравнения неудобна, то вводится понятие
об относительной величине подачи
/3 о
Зависимость f от отио-
Рис. 91. Схемы к выводу коэффициентов уширения и вытяжки
в процессе протяжки
сительной подачи по экспериментальным данным приведена
в табл. 24. В ней для пояснения физического смысла величины /
приведены данные в иной, чем это обычно принято, форме.
По смыслу величина f характеризует долю смещенного в уши-
рение объема. При f = 1 весь объем металла направляется на
уширение, а при / --- 0 уширение отсутствует. Рассмотрим это
подробнее. Из выражения (39) имеем
s к' ~ Др) Нк___
' : (//0 - Ва ~^к!1 ‘
В правой части этого равенства находятся сопоставимые пока-
затели степени деформации (пределы их изменения в обоих слу-
чаях 0 — со, см. табл. 15). ЕоЬи вести рассуждение относительно
любой стадии обжатия и пользоваться текущими размерами за-
готовки, то будем иметь
, &ВН
< В АН
178
Таблица 24
Зависимость относительных смещенных объемов по длине
и ширине заготовки от величины относительной подачи при протяжке
Переходя к бесконечно малому обжатию и интегрируя это вы-
ражение по ранее изложенной схеме (см. гл. II), находим
, еВ _ (В)
еН Vcm (II)
Следовательно, величина f представляет собой отношение по-
казателей деформаций или смещенных объемов по ширине и вы-
соте. Иными словами, это относительный смещаемый объем по
ширине. Поэтому величину f можно называть также коэффициен-
том уширения.
Поскольку
е/. ев = <>ц,
Та
т. е. сумма относительных смещенных объемов но длине и ширине
е,
равна единице. Тогда, обозначая -^ = имеем
q + f- 1.
Величина q представляет собой относительный смещаемый
объем по длине заготовки или коэффициент вытяжки.
Аналогично величине / величина q может быть получена из
рассмотрения схемы па рис. 91.
Так как Тщ < F, (рис. 91, б), то, полагая q <1, можно
написать
fin = ЦРъ
179
откуда применительно к линейным размерам заготовки полу-
чаем
(^и ^о) Нк — Q [Ни Нк)
или
(Аа — Oil) = %ь
4 ' —Як) ?Л.Я’
" La
Рис. 92. Схема деформации при протяжке
(продольное сечение)
вытяжку, которая характеризуется
где e0L и якн — сопоставимые относительные деформации по
длине и высоте заготовки, изменяющиеся в одинаковых пределах
(О — со, см. табл. 15).
При ориентировании на коэффициент вытяжки формула (41)
получает более простой вид:
^"'71 = Т=7-?- <41'>
1 К 1 К0/Р
Кинематическая схема сме-
щения объема в направлении
вытяжки показана на рис. 92.
Точка с и d в процессе обжа-
тия перемещаются по кривым
расстояние между которыми
вследствие вытяжки увели-
чивается от а0 рр La в конце
обжатия. Вытесняемый из-под
бойков объем металла (участ-
ки cc'dd') частично идет на
уширение, а в основном — на
участком d'd^d'd^. Нетрудно
видеть, что величину q можно представить и как отношение
абсолютных смещенных объемов по длине заготовки и по высоте
ее сечения. Действительно, так как VCjKfL} = VeL и КСЛ1(щ = то
„ _ eL _ Vcm (/.)
1 р “ I/
efl veju(H}
В табл. 24 приведены обе величины (/ и <?), а также их отно-
шение в связи с относительной подачей.
Пользуясь этой таблицей, можно установить необходимый
режим деформации при протяжке. Наличие внешних частей заго-
товки при протяжке приводит к тому, что когда подача равна
ширине заготовки ^-~р-=1^, то уширение составляет всего
27%, а удлинение 73% от высотной деформации. По этим данным
равенство относительных величин уширения и вытяжки вслед-
ствие наличия внешних частей заготовки наступает при относи-
тельной подаче-^- = 1,8, а не при 1, как в случае осадки ква-
дратной заготовки. Это максимальная подача при протяжке.
ИЮ
При величине относительной подачи, большей чем 1,8, ушире-
ние превосходит вытяжку в длину.
Порядок расчета протяжки заготовок квадратного и прямо-
угольного сечений разработан еще в 30-х годах М. В. Сторо-
жевым. Для того чтобы произвести расчет, необходимо задаться
относительной величиной подачи степенью высотной дефор-
мации и определить по табл. 24 значение коэффициента
уширения f (или р).
Для увеличения интенсивности протяжки и экономного рас-
ходования энергии на деформацию процесс необходимо вести по
возможности с небольшой величиной подачи; при уменьшении
подачи уширение уменьшается, но это приводит к увеличению
числа обжатия, что увеличивает время, затрачиваемое на протяжку,
и к снижению производительности. Поэтому необходимо устано-
вить такую величину подачи, при которой процесс протяжки
совершается в наименьшее время.
На практике величину относительной подачи обычно прини-
мают равной 0,4—0,7 от ширины бойка в зависимости от размеров
протягиваемой заготовки. Данные, полученные В. Г. Березки-
ным и другими исследователями, показывают, что при много-
переходной протяжке наименьшее количество обжатий и перехо-
дов и повышенная производительность соответствуют большим
подачам, но при этом поверхность заготовки получается неровной.
Согласно указанным исследованиям для ускорения протяжки
особенно в начале процесса можно величину подачи принимать
равной а,: = (1,5 -4- 1,8)В0. При этом следует иметь в виду,
что протяжка с большими подачами увеличивает неравномерность
деформации и расходуемую энергию. Кроме того, при увеличении
подачи и сохранении тех же величин обжатий усилие пресса или
энергия молота должны быть увеличены.
Допустимую величину степени деформации определяют исходя
из пластических свойств деформируемого металла. Если металл
выдерживает очень высокие степени деформации, то устанавли-
вают предельные величины е0//, определяемые геометрическими
соотношениями размеров поковки. В этом случае критерием слу-
жит коэффициент перехода
Связь между коэффициентом перехода и степенью деформации
устанавливается следующим образом. Рассмотрим стадию про-
тяжки, при которой размеры заготовки Яи; То изменяются
до величин Д1;
Тогда имеем
Jh-Hi с . о с . „ By
н* тт;-"2’5’
181
отсюда
В. Г. Березкиfi рассматривает два крайних теоретических
случая.
1. Весь сметенный объем при каждом обжатии поступает
в ширину, т. е. удлинение отсутствует, £0 -- L±.
На основании положения о постоянстве объема определяем
значение BL и подставляем его в формулу [421:
Рис. 93. Зависимость допустимых и опас-
ных обжатий от относительных размеров
исходной заготоаки при протяжке
по
//о
/Б ’
тогда
Вк
1____
1 ~
Ва
1 еон
Подставив в формулу (42)
полученное выражение для
В,, получим
.. .... ]Вд.
1 р _ _ До______________.
' I Л; («)
2. Металл течет только в длину, уширение отсутствует, Вп =
~ Вр Степень деформации по высоте запишем в виде
- W («)
Подставляя в формулы (43) и (44) ф 2,5, получаем данные
(рис. 93) для допустимых еоН при различных значениях -j?-.
“О
Кривая 7, соответствующая формуле (43), ограничивает область
безопасных обжатий. Максимальные степени деформации, взятые
по этой кривой в зависимости от -тД не могут привести к отно-
В
шению jy1, большему 2,5, т. е. к продольному изгибу, так как
в процессе протяжки всегда есть течение металла в длину и дей-
ствительные размеры В, будут меньше определяемых по теорети-
ческой кривой I.
182
Кривая II, соответствующая формуле (44), характеризует те
степени деформации, при которых неизбежно появление продоль-
ного изгиба после кантовки, так как в реальном процессе протяжки
В будет больше теоретического. Поэтому участок графика выше
этой кривой является областью недопустимых обжатий. Область
между кривыми I и II соответствует реальному процессу про-
тяжки. Однако в данном случае неизвестно соотношение между
Рис. 91. Сопоставление различных данных по расчету величин f:
I — Чайле — М. В. Стопожев; 2 — В. Г. Березкин | 1 ); J — В. Г. Березкин
( = 24 — П. Ф. И на мушки к ( = I 1; 3 — II. Ф. Иванушкин ( = 2 1
( в„ ) \ в„ ) ( в. I
удлинением и уширением; поэтому при назначении степеней
деформации, соответствующих этой области, могут быть получены
соотношения между Bt и И,, большие и меньшие 2,5. Эта область
называется областью «опасных обжатий».
Следовательно, в распоряжении технолога при расчете про-
цесса протяжки имеются ориентировочные данные для определе-
ния оптимальных величин подачи и безопасных степеней дефор-
мации.
Для дальнейшего расчета необходимо определить величину
коэффициента уширения / или коэффициента вытяжки С этой
целью можно воспользоваться табл. 24, рис. 94 или приведен-
ными ниже выражениями, которые учитывают все три размера
геометрического очага деформации. Они установлены на основа-
нии опытов по протяжке свинцовых образцов (по В. Г. Берез-
кину) [6].
183
Для заготовки
квадратного сечения при
В9
f = 1Д 1/^. _ 0,74.
F
Для
полосы прямоугольного сечения при ~ =
2
/ — 0,37 ]/-£- —0,042.
' Do
Рис. 95. Схема образования зажима при
/ ДЯ \
протяжке I > «о 1
П. Ф. Иванушкин экспериментально уста попил величины коэф-
фициента уширения с учетом влияния на него, кроме высоты
заготовки, степени дефор-
мации и температуры. На
рис. 94 сопоставляются
кривые, полученные раз-
личными методами расче-
та, по которым видны не-
которые расхождения рас-
четных величин коэффи-
циента уширения.
При работе с минималь-
ными подачами для умень-
шения уширения или ма-
ксимальными обжатиями
для повышения интенсив-
ности протяжки следует опасаться образования зажимов, кото-
рые возможны при ^>ц0 (рис. 95). Следовательно, степень
деформации связана и с величиной подачи.
В зависимости от массы, длины протягиваемой заготовки и
способа ее удержания в процессе ковки применяются различные
способы протяжки.
Если заготовка удерживается с того конца, около которого
находится кузнец (ручными клещами, патроном на кране, мани-
пулятором), то второй опорой для заготовки служит нижний боек,
а центр тяжести заготовки и удерживающего приспособления
расположен между двумя опорами. Крупные заготовки можно
удерживать крапом, установленным сзади рабочего места кузнеца
(с другой стороны пресса); при этом центр тяжести заготовки
может быть расположен и позади пресса. Протяжку начинают
с конца заготовки или с ее середины. При протяжке коротких
заготовок ковка начинается с дальнего ее конца от кузнеца,
причем каждая последующая подача приближает кузнеца к месту
ковки: это так называемая протяжка «на себя». При протяжке
длинных заготовок ковку начинают с их середины. Если заго-
товка удерживается с одной стороны (со стороны рабочего места
184
кузнеца) то чтобы избежать перемещения центра тяжести заго-
товки за пределы двух опор, следует отковать сначала удаленную
от кузнеца половину заготовки; центр тяжести заготовки при этом
будет находиться между двумя опорами. В этом случае протяжка
ведется «от себя». После захвата (в клещи или патрон) откованной
части заготовки производится ковка второго конца заготовки,
в этом случае протяжка ведется также «от себя». При ковке слит-
ков, удерживаемых по обе стороны пресса, могут быть исполь-
зованы все варианты их перемещения в процессе протяжки.
Элементарным приемом
при протяжке является
«переход», который может
Рис. 96. Рациональное располо-
жение заготовки после кантовки
Рис. 97. Способы чередования обжатий и
кантовок при протяжке
быть простым (обжатие—кантовка, обжатие — подача) или слож-
ным (два, три и т. д. обжатия—кантовка; два, три и т. д. обжа-
тия—подача). Каждый переход представляет собой обжатие в двух
взаимно перпендикулярных направлениях: при простом переходе—
на участке длины заготовки, равном одной подаче, а при
сложном переходе — на участке, равном двум или нескольким
подачам.
При ковке с кантовкой места зон затрудненных деформаций
и бокового бочкообразования чередуются, что несколько умень-
шает неравномерность деформации. Для уменьшения неравно-
мерности деформации иа стыках двух подач целесообразно после
кантовки увеличивать до at — La и размещать заготовку так,
чтобы стыки между подачами до кантовки располагались по сере-
дине подачи после кантовки (рис. 96).
Существует несколько способов ведения протяжки. При ковке
плоскими бойками применяются следующие три способа (рис. 97).
1. После каждого обжатия следует кантовка на 90° в одну
и ту же сторону. После каждых четырех обжатий следует подача
(рис. 97, а). Этот способ протяжки более трудоемок и применяется
только при ковке твердой инструментальной стали. Считается,
что ковка по винтовой линии (как называют этот способ) способ-
185
ствует уменьшению внутренних напряжений. Однако на стыках
подач неравномерность деформации получается значительной.
2. После каждого простого или сложного перехода следует
очередной переход и так до конца протяжки (рис. 97, б, где
указаны номера обжатий в их последовательности при простых
переходах).
3. Обжатия следуют одно за другим на всю длину протяжки
(на весь проход), затем следует кантовка и последовательное
обжатие заготовок с другой стороны (рис. 97, в). Этот способ
протяжки применяется Для мелких и средних по массе заготовок
из углеродистой и легированной стали. Если в результате про-
хода по большой длине заготовка искривляется, то ее кантуют
на 180°, выравнивают, и лишь затем после кантовки на 903 следует
очередной проход (рис. 97). Искривление заготовки объясняется
различной шириной и износом верхнего и нижнего бойков, более
интенсивным остыванием стороны заготовки, прилегающей более
длительное время к нижнему бойку, и другими причинами.
Протяжку круглых заготовок на круглые в плоских бойках
не осуществляют из-за перенапряжений и возможности трещино-
образования в осевой области заготовки. Обычно при протяжке
на круг плоскими бойками круглые заготовки вначале превращают
в квадратные со стороной квадрата, равной диаметру поковки,
затем сбивают углы и округляют заготовку. Высоколегированные
стали, склонные к трещинообразованию, проковываются на пла-
стину (для заварки трещин), а затем перековываются на нужный
профиль. Ковку с круга на круг можно производить в так назы-
ваемых вырезных бойках, которые бывают с овальным, ромби-
ческим или седлообразным вырезом. Иногда используют комби-
нацию из нижнего вырезного и верхнего плоского бойков (см,
рис. 104 и 105).
Технологический процесс ковки следует разрабатывать исходя
из условий, препятствующих возникновению внешних и внут-
ренних дефектов и способствующих ликвидации имевшихся
до ковки нарушений сплошности (заварка трещин, пустот, рых-
лостей).
С точки зрения трещинообразования очень опасны такие опе-
рации, при которых возникают совпадающие по знаку положи-
тельные деформации и напряжения в местах расположения мало-
пластичных или весьма прочных составляющих структуры. На-
против, сжимающие деформации и напряжения устраняют имею-
щиеся дефекты слитка. При осадке цилиндрических заготовок
опасные растягивающие деформации возникают вблизи боковой
поверхности в тангенциальном направлении, поэтому внутренние
дефекты при осадке обычно не образуются. '
Исследованиями И. Я. Тарновского установлено, что при про-
тяжке на плоских бойках прямоугольных заготовок определяю-
щим фактором (с точки зрения возникновения растягивающих
186
напряжений) является отношение подачи к высоте деформируе-
мой заготовки При ~ < 0,5 во внутренних слоях наблю-
даются значительные продольные растягивающие напряжения.
Отношение в пределах 0,5—0,7 характеризуется в средней
Ло
части поперечного сечения поковки очень малыми продольными
напряжениями. При этом происходит переход от растягивающих
напряжений к сжимающим. При увеличении > 0,7 напря-
жения сжатия в центре поперечного сечения увеличиваются;
одновременно увеличиваются и требуемые для протяжки усилия
Рис, 98. Схемы протяжки круглых заготовок в вырезных бойках:
а — в ромбических; б — в кругловырезных
и уширение. Увеличение уширения вызывает появление растяги-
вающих напряжений на боковой поверхности заготовки.
При протяжке круглых и квадратных заготовок в ромбических
бойках существенное значение имеют угол при вершине выреза
бойка и величина радиуса скругления у вершины выреза. Напри-
мер, при протяжке круглых заготовок в ромбических бойках
с углом при вершине 110° и с малым радиусом закругления распре-
деление напряжений и знак продольных напряжений зависят от
~ и &D. Небольшие последовательные обжатия круглых заго-
товок вызывают наибольшую неравномерность напряженно-де-
формированного состояния со значительными растягивающими
напряжениями во внутренних участках сечения заготовки. При
больших обжатиях неравномерность деформации сохраняется
(рис. 98, а).
Напряжения в областях I, V, У/ и 7/7 не зависят от В зо-
нах I и V они растягивающие, в зонах 7/ и 777 —-сжимающие;
при уменьшении отношения сжимающие напряжения в зоне III
уменьшаются. В центральной области IV растягивающие напря-
187
жения возникают при ^-<0,5 0,6, а при >0,5 ? 0,6, наблю-
даются увеличивающиеся с увеличением — сжимающие напряже-
ния. По мере увеличения деформация проникает глубже к оси
сечения, одновременно резко возрастает уширение, что может
привести к появлению наружных дефектов на боковой поверх-
ности поковки. При протяжке крупных поковок в ромбических
бойках рекомендуется принимать = 0,6-ь1,0 [33].
Протяжка круглых заготовок в овальных бойках (рис. 98, б)
отличается от протяжки в ромбических бойках тем, что с начала
протяжки происходит соприкосновение круглой заготовки с вер-
шинами выреза бойков. Схема напряженно-деформированного
состояния при протяжке в овальных бойках еще более благо-
приятна, чем при протяжке в ромбических бойках. Горизонталь-
ные составляющие контактных сил трения и внешней силы дей-
ствуют в общем направлении и способствуют более яркому вы-
ражению схемы напряженного состояния всестороннего сжатия.
Вследствие этого уменьшаются область распространения и вели-
чина растягивающих напряжений.
Чем больше овальные бойки охватывают поковку по пери-
метру, тем равномернее распределяются обжатия и тем равномер-
нее напряженно-деформированное состояние, но наряду с этим
уменьшается возможность получения большой степени деформа-
ции, которая ограничена величиной AD (рис. 98, б).
Применение вырезных бойков не во всех случаях приводит
к более жесткой схеме всестороннего сжатия. Использование та-
ких бойков при протяжке металлов с пониженной пластичностью
целесообразно только при соблюдении указанных выше условий.
При некоторой величине ~ в центральных областях поковок
возможно возникновение растягивающих напряжений в направ-
лении положительной деформации, что особенно недопустимо
при протяжке малопластичных металлов и сплавов.
Применение вырезных бойков ограничивает уширение и уве-
личивает интенсивность вытяжки, благодаря чему увеличивается
производительность ковки. Характеристики различных типов бой-
ков с позиций метода линий скольжения даны на эскизах в табл. 27.
Расчет процесса протяжки в ромбических бойках .разработан
недавно (В. Г. Березкиным и Н. П. Клименко) применительно
к определенной конфигурации бойков, у которых глубина выреза
равна радиусу закругления г и ф= 120°. Величина г выбирается
равной половине диаметра поковки (рис. 99, а) [7].
В рассматриваемом методе расчета применительно к круглым
заготовкам проводится аналогия с расчетами при продяжке квад-
ратной заготовки под плоскими бойками. Для этого принимаются
188
условные, «приведенные» размеры высоты и ширины сечения
заготовки и «приведенные» размеры сечения после обжатия равно-
великих по площади квадратных и прямоугольных сечений
(рис. 99, б).
Сторона квадрата, равновеликого исходной круглой заготовке,
равна , , _
Нй = = R У л .
Высота «приведенного» прямоугольника Н\, равновеликого
сечению заготовки после обжатия, принимается равной высоте
Рис. 99. Вырезные ромбические бойки (а) и принятые обозначения
(б) протягиваемых в них заготовок (по В. Г. Березкину)
квадрата, равновеликого кругу радиусом г, Н1 = г ул . Ширина
У
прямоугольника = —, где F. — сечение заготовки после
обжатия. Приведенная степень деформации определяется по фор-
муле
s„„ 1----г или 8„=1—
№ f-f R
о
Коэффициент уширения через приведенные величины выразится
формулой
189
или при полном смыкании бойков
Коэффициент уковки KL для протяжки в ромбических бойках
определяется исходя из следующих соотношений. По табл. 15
находим KL --- , но = 7=1 — Л откуда eKL =
1 eKL S<3H
= ео#(1— Д тогда KL 'njK, эта формула иным
1 ъ0Н U I'
способом выведена Е. П. Упксовым для протяжки плоскими
бойками [см. формулу (41)].
На основе экспериментов по протяжке стальных и свинцовых
заготовок в ромбических бойках были определены значения f
в зависимости от относительной подачи (табл. 25).
Таблица 25
Коэффициент уширения / для круглой заготовки
и вырезных бойков [7]
Отн оси тель- ная подача а0 -> Величина коэффициента f Относитель- ная подача д_о 7 Величина коэффициента f
до кантовки после ка нтевки до кантовки после кантовки
0,2 —0,05 0,15 1,0 0,11 0,33
0,3 —0,02 0,18 1,2 0,14 0,36
0,4 0,0! 0,22 1,4 0,16 0,39
0,5 0.02 0,24 1,6 0,20 0,41
0,6 0,04 0,26 1,8 0,23 0,43
0,7 0,06 0,28 2,0 0,25 0,45
0,8 0,08 0,30 2,5 0,32 0,48
Отрицательные значения уширения / при подачах 0,2 и 0,3
объясняются тем, что вырезные бойки обжимают заготовку не
только по направлению движения инструмента, но и с боков,
вследствие чего приведенная конечная ширина заготовки при
малых подачах становится меньше начальной Е
После обжатия и кантовки заготовки на 90 вторичное обжатие
в тех же бойках позволяет определить значение уширения для
всего перехода в зависимости от величины подачи (табл. 25).
Так как ширина заготовки после первого обжатия меньше перво-
начальной, то течение в уширение при втором обжатии идет
интенсивнее, чем при первом, однако при всех величинах относи-
1 При данной величине подачи отрицательные значения коэффициента уши-
рения тем вероятнее, чем меньше угол^выреза бойков.
iyo
Рис. 100. Схема к расчету протяжки
в выпуклых бойках (по П. Ф. Ива-
нушкину)
тельных подач (до 2,5) оно меньше 0,5, т. е. меньше вытяжки
заготовки в длину.
Сравнение соответствующих данных показывает, что ушире-
ние при втором обжатии в вырезных ромбических (<р = 120)
и плоских бойках почти одинаково. Это объясняется тем, что
в начале обжатия при малом радиусе закругления острых ребер
ромбического сечения отсутствуют боковые ограничения; ушире-
ние происходит так же, как и при плоских бойках.
Для расчета протяжки круглых заготовок в ромбических
бойках необходимо задаться величиной относительной подачи “°-;
ло
обжатием еоН; определить приве-
денные размеры и коэффициент f.
Как было показано, расчет про-
тяжки по этим величинам произ-
водится так же, как расчет про-
тяжки квадратной заготовки па
плоских бойках.
Для повышения интенсивности
протяжки весьма пластичных ме-
таллов на первых проходах
можно использовать выпуклые
бойки вместо плоских.
Расчет протяжки в выпуклых
бойках прямоугольных и квадрат-
ных заготовок разработан П. Ф. Иванушкиным. Соотношения
между продольной и поперечной деформациями для этого случая
установлены экспериментально при протяжке образцов из стали
Ст. 5 квадратного и прямоугольного сечений при температуре
800—1250° С на гидравлическом прессе усилием 490 кн (50 т)
между бойками с различными радиусами выпуклости (рис. 100)
[29].
Как было установлено выше, коэффициент вытяжки q можно
представить в виде отношения объемов, смещенных по длине
и высоте:
л- .
" ' Р ’
AZ;
- 2 { [| -- I; (^)‘2 ] Д,} ~ | A//ZB(I, (45)
где AZ — приращение длины заготовки;
= Но — Нг — абсолютное обжатие середины деформи-
руемого участка образца;
I — длина деформируемого участка.
191
После преобразования получим
• г А/ 1
? 1’> / ’ Е ’
где ‘
да
Еад 77?
высчитано в плоскости максимального обжатия.
Рис. 101. Зависимость коэффициента вытяжки от радиуса г выпуклости бойков;
а. при - — 1,0; б — при -- 0,5; / — при - — 0,2; 2 — при = 0.5;
Hq /fj) //g //q
_ Д/7 Л _ , АН _ г АН л r АН
3 — при ------ — 0, л 4 при ----- — 0,3; 5 — при ----- 0,5; 6 — при --- — 0,7
Но Но //о Но
Изменение q с изменением отношения радиуса бойка г к ши-
рине заготовки показано на рис. 101; с увеличением г или умеиь-
Рис. 102. Зависимость вытяжки в длину от степени обжатия:
а — при ^9.. — 1,0; б — при ..'?9_ — 0,5; 1 — прп--------------------- — 1,25; 2 — при —— — 0,75;
Н, Н<, В»
3 — при —— 0,5: 4 — при —-- — 0,25; 5 — при —— — 2,50; 5 — при ---------------------------- 1,50;
-Во
7 — при -^L_ — iroo; — при = 0,50 '
р* в°
шением ширины заготовки уменьшается и ее вытяжка. Зависи-
мость q от степени обжатия видна из рис. 102.
192
Рис. 103. Схема действия сил
(а) и обжатия выступов (б) вы-
пуклыми бойками
Из рассмотрения крийых видно, Что вытяжка при А уо
Вовяэг’’ТТ!'‘ча* °
(рис. 102, а) больше, чем при^— = 0,о (рис. 102, б), причем во
всех случаях она больше уширения (поскольку q >0,5). Боль-
шинство кривых имеет минимум при высотном обжатии до 30—
50% что свидетельствует об относительном уменьшении вытяжки.
Дальнейшее увеличение обжатия приводит к увеличению вытяжки.
Такой характер кривых, по-види-
мому, объясняется переменным соот-
ношением между тормозящими и
контактными силами трения Тх, дей-
ствующими против направления вы-
тяжки, и горизонтальными составля-
ющими Рх (от внешних сил Р), спо-
собствующими вытяжке (рис. 103, а).
Между степенью обжатия, углом
а (см. рис. 100) и радиусом выпук-
лости бойка г установлена следую-
щая зависимость:
АН = 2г (1 — cos а)
или
_ Д// __ 2г (1 — cos а)
е°н “ 7Ц- ~~7Га '
По углу захвата и приведенной
выше формуле определяют e0J7 при
обжатии образовавшихся после пер-
вого прохода выступов (рис. 103, б).
После определения &оЯ по графикам
на рис. 101 и 102 находят q.
Влияние температуры на соотношение между уширением и вы-
тяжкой незначительно.
По известным величинам q и е0/у можно рассчитать проме-
жуточные размеры заготовки по проходам и требующееся число
обжимов для получения заданных размеров квадрата или прямо-
угольника.
Средняя величина поперечного сечения заготовки при обжатии
(см. рис. 100) определяется из следующего выражения:
AV СМ(Н)
где Ду = HqBqI — объем части заготовки, соответствующий
длине деформируемого участка I. •
Смещенный объем по высоте У£Л|(Я) определяется по формуле
(45). После подстановки в предыдущее равенство значений AV
11 КмМ) получаем
/д ~ F 0 (1 — О,66щгоЛ).
10 Я. М. Охрименко 557 193
Длийа заготовки после первого прохода
г - 21 = £°
1 1- 0,66<?80//
Число нажимов пресса
Для обжатия выступов после первого прохода потребуется
п\ = + 1 нажимов пресса.
Поперечное сечение заготовки после обжатия выступов
^рис. 103, б) будет
Г1 /
где ДЕ' — объем части заготовки, соответствующий длине /;
~ смещенный объем по высоте при обжатии выступов;
q' — коэффициент вытяжки при обжатии выступов;
ДЕ' =-- HaBol -2^q™B0l = HoBot — q ^в0ИНМ ’
~ % 2' ~~ 3 2 4а 2 Д) + 4 3 « й Во.
Величина а 0,3 получена по экспериментальным за-
мерам.
После преобразования получаем
см{и} =
Действительный объем обжимаемых выступов немного больше,
но эта неточность на результаты расчетов не влияет.
После подстановки значения ДЕ' и в выражение для F't
получим
Е\ ^Г0[1-в0//(0,66(7 + 0,^')].
Если принять q' — q вследствие малой разницы между ними,
то получим
Р\ = —0,9^).
Длина заготовки после обжима выступов
7' - v = La
Средняя высота заготовки
Я; - /Л(1-О,85еон).
W4
Средняя ширина заготовки
д 1-<WOH
“ 1 - 0,85вон
Размеры заготовки при следующих проходах определяются
по выведенным формулам, но вместо На, Во и Fo подставляются
соответственно Н2, . . ., Blt В^, . . . и F2, . . .
Рис. 104. Молотовые бойки. Размеры зеркала бойкое в .«.и:
Масса падаю- щих частей пневмати- ческих моло- тов в кг Размеры зеркала бойков в лен Масса падаю- щих частей паровоздуш- ных моло- тов В Л? Размер зеркала бойков в леи
длина ширина Длина ширина
150 200 В5 1000 410 230
250 225 во 1500 470 250
400 265 100 а ООО 520 Д)0
5S0 зоо 1Ш 3000 590 330
/50 3-15 130 4000 650 370
1000 390 150 5000 710 400
Общее число нажимов пресса за всю операцию протяжки до
заданных размеров определится как сумма нажимов за каждый
проход:
п = пг + я' - п2 4- fl' + п3 -I- ... -L Л„ -I- n'n.
Инструмент для протяжки. Для протйжки
применяют закрепляемый инструмент — бойки. Молотовые и прес-
совые бойки отличаются друг от друга размерами и способом
крепления. Молотовые бойки (рис. 104) обычно изготовляют
13*
монолитными (не составными) и закрепляют их клином 1 и суха-
рем 2. Это единственное надежное крепление в условиях ударных
нагрузок. На рис. 104, а (левая часть позиции) показан нестан-
дартный вариант крепления и стандартный (правая часть пози-
ции, ГОСТ 6039—51), аналогичный штамповочным молотам
(см. рис. 156). Нестандартное крепление часто применяется при
ковке трудподеформируемых сплавов. Особенности этого варианта
крепления заключаются в следующем. Бойки опираются на бабу
(верхний) и подушку или шабот молота (нижний) широкими
заплечиками, в связи с чем хвостовик в форме ласточкина хвоста
выполняется относительно узким. При стандартном креплении
бойки имеют опору на хвостовик, в связи с чем хвостовик выпол-
няется достаточно широким, а заплечики узкими.
Протяжку ведут на универсальных плоских бойках большой
ширины (пригодных и для других операций, например для осадки)
и на бойках меньшей ширины — специализированных протяжных
бойках. Чтобы избежать рассекания волокон металла, величину
радиуса гб рабочей кромки бойка берут равной —0,1 Ь, где Ь —
ширина бойка.
Для протяжки применяют следующие варианты бойков: пло-
ские бойки (для протяжки на квадрат и полосу); верхний плоский,
нижний вырезной; оба вырезных (для протяжки на круг) и оба
выпуклых (для предварительной протяжки). На рис. 104, б
показан профиль вырезных, а на рис. 104, в — выпуклых бойков.
Так как смегга бойков па молотах — операция относительно дли-
тельная и трудоемкая, то в отдельных случаях применяют комби-
нированные бойки, у которых смежно расположены плоские и
выпуклые или вырезные рабочие части. Если комбинируют пло-
скую и выпуклую рабочие части, то плоская часть располагается
ближе к оси штока, а выпуклая часть, как подвергающаяся мень-
шим нагрузкам, — сбоку. При комбинировании плоской и вырез-
ной рабочих частей вырез, как наиболее сильно нагружаемая
часть бойка, находится в его центральной части. Наличие рабо-
чих частей инструмента, смещенных от осевой линии штока мо-
лота, приводит к вредной эксцентричности нагрузки, ухудшаю-
щей эксплуатационные условия молота, и может быть причиной
поломки штоков. Для протяжки мелких заготовок вместо вырез-
ных бойков на молотах применяют обжимки (струбцинки), пред-
ставляющие собой подкладные вырезные бойки, соединенные
пружиняще-изогнутым прутком, который служит одновременно
державкой и разводит части обжимки после каждого удара по
ним бойка.
Прессовые бойки (рис. 105) крепятся к столу (нижний) и тра-
версе пресса (верхний) при помощи болтов (рис. 105, а) и реже —
клином по ласточкину хвосту. Для крупных прессов и штампов
больших габаритных размеров применяется комбинированное
клино-болтовое крепление. При работе на прессах хорошо заре*
196
комендовала себя сборная (составная) конструкция бойков. Пло-
ские бойки также иногда изготовляют составными. Это позволяет
заменять изношенную небольшую часть бойков; кроме того,
удобства при транспортировании, расширяются воз-
специализации инструмента, который делается быстро-
Боек крепится к столу пресса болтами, а его вставка
или вырезная) — клином. Крупные вырезные бойки
создаются
можности
сменным,
(плоская
Рис. 105. Прессовые бойки (размеры по табл. 27)
(рис. 105, б) имеют вставки, состоящие обычно из двух частей.
В данном случае ромбическая вставка состоит из двух вкладышей,
вставляемых и закрепляемых в основании бойка 1 порознь.
Выступами вкладыши 2 входят в гнезда основания бойка и удер-
живаются от горизонтального смещения шпильками 3, работаю-
щими на срез. Цапфы 4 служат для транспортирования тяжелых
вкладышей кранами. Если при ковке преобладает протяжка
в вырезном бойке, то выемка для вкладышей является рабочей
частью (рис. 105, s), а вкладыш (рис. 105, г} предназначен для
превращения вырезного бойка в плоский. При необходимости
М?,ГХТ „быть запасные накладки с выпуклой поверхностью (см.
штриховые линии, рис. 105, е, а). Такие накладки можно даже
не закреплять, так как во время работы они прижимаются к выемке
в основании бойка не только собственной массой, нр и массой
Заготовки,
...Ш
Размеры прессовых бойков пока не тестированы, но нормали-
зованы на большинстве заводов. В табл. 26 приведены размеры
зеркала бойков.
Таблица 26
Размеры зеркала прессовых бойков
Усилие пресса Ширина бойка в лич Длина бойка & Радиус за- кругленна рабочей кромка в
в Л? w В ш
4,9 500 180—200 500—750 10
9,81 1 000 250—300 800—1100 12
19,62 2 000 360—450 1300—1560 18
29,43 3 000 450—520 1500—1700 22
39.24 4 000 500—600 1700—1900 26
49,05 5 000 550 -700 1900—2100 32
58,86 6 000 620—750 2100—2300 38 I
। 78,48 8 000 700—850 2500—2700 45
1 98,1 10 000 800—1000 2800 -3000 55 |
| 147,15 1 15 000 1 1000 -1200 3000—3300 80
Ширину вырезных бойков молотов и прессов принимают на
25—30% больше ширины протяжных плоских бойков для полу-
чения возможности работать с увеличенными подачами в усло-
виях ограниченного уширения. Скругление рабочей кромки должно
быть достаточно большим. Практики считают, что радиус скруг-
ления должен составлять около половины величины обжатия при
протяжке (в зависимости от типоразмера пресса это составляет
10—80 лен), тогда нет опасности быстрого износа (оплывания)
рабочей кромки, перерезания волокна в проковываемом металле
и образования законов вследствие резкого перехода от одного
размера сечения к другому. Основания бойков изготовляют обычно
из углеродистой стали (например, из стали 45). Вкладыши могут
быть изготовлены из легированной стали; при обработке трудно-
деформируемых сплавов — из высоколегированной стали.
В табл. 27 приведена характеристика различных бойков для
протяжки, основанная на сетках линий скольжения. При построе-
нии сделано допущение о наличии плоской деформации в рас-
сматриваемых поперечных сечениях. Такое допущение может
быть сделано при обжатии цилиндрической заготовки большой
длины, деформируемой с полным перекрытием бойками. Другое
допущение заключается в том, что контактные силы трения при-
нимаются пренебрежимо малыми.
Поля линий скольжения определяют напряженное и деформи-
рованное состояния, а также компоненты перемещений и скоро-
стей деформаций в любой точке рассматриваемого сечения. Однако
наиболее деформируемы? области сечения заготовки целесооб-
разно оценивать по эпюрам нормальных напряжений. Эти эпюры
построены для сечений, проходящих через середины контактных
поверхностей и точки соприкосновения пластических зон [93].
Как следует из эпюр, на некотором расстоянии от контактной
поверхности наблюдаются зоны растягивающих напряжений. Эти
зоны можно охарактеризовать отношением ширины участка рас-
тяжения к расстоянию от зоны растяжения до контактной по-
верхности.
Приводимые в табл. 28 данные позволяют выбрать тип бойков
для ковки сталей с разной пластичностью. Наибольшая ширина
зоны растяжения имеет место под плоским бойком при ковке
Рис. 106. Конструкция верхнего узкого подвесного бойка
по четвертой сверху схеме; максимальный градиент растягиваю-
щих напряжений получается при ковке под плоскими бойками.
Наилучшими являются условия в вырезных радиальных бойках
с углом охвата 120°, характеризующиеся незначительной протя-
женностью зоны растягивающих напряжений.. По абсолютной
величине растягивающие напряжения значительно меньше пре-
дела текучести металла, поэтому они не могут оказать решающего
влияния на появление в нем трещин и внутренних несплошностей.
Во многих случаях необходимо применять верхний 'узкие
бойки (для прожима узких выемок и т. п.). С эт’ой целью исполь-
зуют подвесные быстросменные бойки. Усовершенствованная
конструкция верхнего узкого бойка приведена на рис. 106. Плита 1
закрепляется на траверсе 7 пресса клином с болтами. Для того
чтобы не снимать плиту после операции осадки, на ней для закреп-
ления ковочного бойка 6 имеются откидные захваты 2, попарно
соединенные планками 3 и фиксируемые стопорным стержнем 4.
Для центровки бойка 6 служит сухарь 5, входящий одной поло-
виной в паз плиты 1, а другой — в боек.
Прошивка. Операция прошивки сплошных заготовок, назы-
ваемая часто открытой прошивкой, применяется при изготовлении
поковок с осевым отверстием, если не используется полый слнток
или трубная заготовка. Прошивка на молотах и прессах осущест-
вляется аналогично. Для прошивки заготовка или предварительно
199
Типы бойков nJ
Таблица 27
их характеристика
Тип бойков Относи- тельная ширина области ра стяжения Для металла с пластичностью Интенсивность ПрОТЯЖКи
Радиусные (овальные) с углом охвата 120° 0,05 Весьма малой Весьма высокая
Ромбические с углом выреза 90’ 0,25 0,25 Недостаточной Высокая
Ромбические с углом выреза 120’ 0,267 0,333 Недостаточной Высокая
Эпюра нормальных напряжение
~iSi<ST ~/,5^г
(ПЦЛШ
20g
Продолжение табл. 27
Тип бойкои Относи - тельная ширина области растяжения Для металла с пластичностью Интенсиниость протяжки
Плоский и ромбический с уг- лом выреза 120° 0,333 0,3 Средней Средняя
Плоский и ромбический с уг- лом выреза 90° 0,349 (1,285 Средней Средняя
Радиусные с углом охвата 60" 0,10 Повышенной Пониженная
осаженный (до ~~ > I) слиток устанавливается на плоский
боек или плиту прибыльной стороной вниз (во избежание
перемещения наиболее дефектного металла в тело поковки).
В качестве инструмента применяют подкладные прошивни. Они
бывают коническими — сплошными и полыми. Во избежание
разпостепности и обеспечения концентричности отверстия при
прошивке необходимо соблюсти ряд условий. Кроме требований
к форме исходной заготовки и равномерного симметричного про-
грева металла, большое значение имеет правильная центральная
установка прошивня. Поскольку открытая прошивка ведется при
свободной установке заготовки и инструмента, необходимо обеспе-
чить их соосность.
Хорошо себя зарекомендовал следующий способ.
204
Продолжение табл. 3?
Тип бойков Относи- тельная ширина области растяжения Для металла с пластичностью Интенсивность протяжки
Плоский и радиусный с углом 0,242 Большой Низкая
охвата 90°
Плоские 0,125 Большой Наиболее низкая
На установленную между бойками заготовку накладывается Тшаблон^по
размеру заготовки (из листового металла) с центральным отверстием, соответ-
ствующим размеру прошивня. Через это отверстие на торец заготовки насыпают
некоторое количество молотого угля и удаляют шаблон. Оставшийся на торце
заготовки слой служит для точного центрального размещения прошивня и в то же
время является смазкой, облегчающей внедрение прошивня в тело заготовки при
надавливании на него верхним бойком.
На рис. 107 показана операция прошивки коническим про-
шивнем. После погружения прошивня I до уровня торца заго-
товки на него устанавливаются надставки 2, которые внедряют
прошивень па 80—90% от высоты заготовки, при этом образуется
будущая выдра толщиной h. Вначале происходит утяжка металла
заготовки смежно с выходным отверстием; в конце прошивки
нижний край заготовки немного приподнимается по периферии
вследствие радиального течения тонкого слоя металла между
205
прошивнем й нижним торцом заготовки. При слишком тонкой
выдре радиальные деформации могут быть настолько большими,
что металл отстает от боковой поверхности прошивня в нижней
его части.
Затем заготовку кантуют на 180°, немного обжимают, после
чего ее дно просекается другим прошивнем (его ставят тупым
концом к металлу). Величиной, характеризующей операцию про-
шивки, является отношение диаметра прошивня к диаметру за-
готовки ^л- [24], которое, чтобы избежать значительной осадки,
в начале процесса не должно превышать 0,3—0,4; при этом нло-
Рис. 107. Схема свободной про-
шивки сплошным прошивнем
щадь, накрываемая прошивнем, со-
ставляет 25—36%. Если обозначить
сопротивление внедрению прошивня
в металл <твя, то в начале прошивки
без осадки необходимо выдержать
следующее соотношение:
nd*
>— или
~Г'а
откуда
- 0,5 -н 0,6сгл < (34) .
17 и
Прошивка полым прошивнем применяется для получения по-
лых поковок, когда необходимо удалить менее качественную серд-
цевину слитка (рис. 108). При прошивке полым прошивнем можно
получить относительно больший размер отверстий без осадки
заготовки, чем в случае прошивки сплошным прошивнем. Так как
прошивка чаще всего является операцией промежуточной, то
большее значение имеет качество прошитого отверстия и его соос-
ность с заготовкой. При работе с крупными слитками их пред-
варительно осаживают до > 0,8-М, увеличивая диаметр
и уменьшая высоту заготовки перед прошивкой. Это упрощает
прошивку и приводит к уменьшению отходов.
При использовании полых прошивней применяются те же
приемы, что и при использовании сплошных. Вначале в заго-
товку вдавливается прошивень, а затем с помощью полых над-
ставок добиваются глубокой прошивки (рис. 108, а), которая
заканчивается (рис. 108, б, в) после установки заготовки на
кольцо или плиту. Надставки входят в отверстие над прошив-
нем с двухсторонним зазором во избежание потерь на трение,
разогрева и трудностей, связанных с удалением из них выдры.
Грибовидная выдра подлине равна (или больше на 10%) высоте
заготовки, поэтому объем ее получается значительным: 10—15%
206
от веса заготовки и составляет в некоторых случаях десятки тонн
металла. Применение этого способа прошивки может быть оправ-
дано только в случае, если необходимо удалить некачественную
сердцевину слитка, что важно для таких поковок, как например,
б) 8) в
Рис. 108. Схема прошивки полым прошивнем:
/ — боек; 2 — первая надставка; 3 — вторая надставка; 4 — прошивень;
5 —• прибыльная сторона слнтка; 6 — кольцо; 7 — подставка; 8 — выдра;
3 — третья надставка
цельнотянутые котлы, орудийные стволы и т. п. Предельные
диаметры прошиваемых отверстий для прессовых поковок регла-
ментируются ГОСТом 7062—54.
Рис. 109- Инструмент для про-
шивки:
а — прошивни; б — сдвоенные пло-
ские плиты
Прошивни (сплошные, полые, рис. 109, а) изготовляют из
стали с повышенным содержанием углерода, например, из стали
У7 или из штамповой стали 5ХНВ, так как они работают в тяже-
лых условиях. Надставки изготовляют из среднеуглеродистой
307
стали. Крупные прошивни (для образования отверстий диаметром
200—500 мм) изготовляют из стали 5ХНВ. Твердость таких про-
шивней достигает НВ 363—415; диаметр сплошных прошивней
250, 320, 400, 450, 500 мм, высота Н соответственно 150—450;
200—500; 200—400; 200—500; 250—500 мм. Диаметр dr на 20—
50 мм меньше диаметра dnfl. Диаметр полых прошивней 400—
700 мм и высота 320—400 мм. Два или четыре транспортировоч-
ных отверстия, расположенных перпендикулярно к боковой по-
верхности прошивня, облегчают его установку. При изготовле-
нии небольших поковок прошивку производят непосредственно
в процессе ковки с одного нагрева. При прошивке крупных по-
ковок применяют комбинированные плоские и с отверстием ниж-
ние плиты (рис. 109, б), передвигаемые подвижным столом пресса.
Плиты скрепляются крюками 2. В плите с отверстием 1 имеется
вставное кольцо из легированной стали. Если толщина полотна
поковки с отверстием менее 50—60 мм, то вместо прошивки может
быть применена пробивка отверстия пуансоном в подкладном
кольце. В этом случае получаются значительные отходы, так как
выдра имеет размеры отверстия. Пробивка осуществляется двумя
режущими кромками: одна на кольце, другая на пуансоне.
После прошивки отверстий часто следует либо раскатка за-
готовки с увеличением диаметра, либо протяжка на оправке с уве-
личением длины полой заготовки, либо последовательно обе эти
операции в зависимости от формы поковок.
Раскатка заготовок. Операция раскатки заготовок с отвер-
стием применяется при изготовлении поковок типа колец, бан-
дажей, фланцев, зубчатых венцов, различных обечаек и других
деталей, имеющих стенки небольшой толщины по сравнению
с диаметром отверстия. Чем меньше диаметр прошитого отверстия,
тем меньше расход па выдру, объем же работы при раскатке соот-
ветственно увеличивается. Операцию раскатки можно предста-
вить себе как протяжку заготовки, концы которой соединены
между собой, при этом длина средней окружности кольцевой за-
готовки является условной длиной протягиваемой заготовки,
ширина кольца — соответственно шириной, толщина — высотой
заготовки. Для осуществления раскатки (рис. ПО) прошитая
заготовка 1 (указана штрихпунктирной линией) подвешивается
с оправкой 2 на стойки 5; при этом обжатие по высоте стенки коль-
цевой заготовки происходит между верхним узким плоским бой-
ком 4 и круглой или овальной оправкой 2. Заготовка при рас-
катке устанавливается так, что длинная сторона бойка совпадает
с шириной кольцевой заготовки. При вращательном движении
после каждого обжатия диаметр заготовки постепенно увеличи-
вается, незначительно увеличивается и ширина; при этом сама
заготовка утоняется. После получения при раскатке кольца 5
размеров DK, dK и Нк сглаживают неровности на его поверх-
ности, и поковка изготовлена. Трудность технологического про-
зой
цесса раскатки состоит в том, что к моменту, когда будет достиг-
нут необходимый внутренний диаметр поковки, она должна иметь
наружный диаметр и ширину заданных размеров. Если при необ-
ходимом внутреннем диаметре толщина поковки меньше заданной,
то поковку приходится дополнительно осаживать, что сопряжено
с переналадкой инструмента или переносом обработки на другое
рабочее место. Если же толщина кольца получается больше за-
данной, то, следовательно, ширина поковки недостаточная, т. е.
Рас. 110. Схема операции раскатки на оправке
технологический процесс был проведен неправильно. Операция
раскатки сложнее обычной протяжки, так как должна осуществ-
ляться без кантовок перпендикулярно оси кольцевой заготовки,
т. е. как процесс непрерывно следующих друг за другом проходов
(каждый оборот заготовки по существу составляет один проход
по перимеру кольца).
Условия обжатия металла и закономерности увеличения пло-
щади контакта на единицу обжатия неодинаковы со стороны бойка
и оправки. В начале операции, когда диаметр отверстия заготовки
небольшой, площадь контакта с заготовкой у оправки больше,
чем у бойка. Поэтому очаг деформации имеет расширяющийся
книзу профиль; удельные усилия со стороны бойка больше, чем
со стороны оправки (рис. 111, а). По этой же причине обжатие
металла со стороны бойка будет несколько большим, чем со сто-
роны оправки. Однако с увеличением обжатия, особенно, когда
диаметр поковки уже достаточно большой (рис. 111, б), наблю-
дается обратное явление: очаг деформации становится сужаю-
14 Я. М. Охрименко 5'Д 209
щимся книзу, а удельные усилия, так же как и обжатия, больше
со стороны оправки.
Для того чтобы при раскатке происходило преимущественное
увеличение длины окружности кольцевой заготовки без значи-
Рис. 111. Схема очагов деформации в начале (а) и в конце (б) раскатки
Рис. 112. Схема к рас-
чету раскатки на оправке:
jg—jc — положение оси коль-
ца до раскатки и х' —х' —-
после раскатки [3]
тельного уширения, необходимо применять узкий боек (см.
рис. 106). В этом случае контур контакта будет иметь форму
вытянутого прямоугольника с большой стороной вдоль ширины
кольцевой заготовки, что обеспечит интен-
сивную раскатку.
Для получения заданных размеров
поковки в наиболее короткое время необхо-
димо правильно рассчитать размеры про-
шитой заготовки (осадку перед прошивкой
и диаметр отверстия).
Расчет деформаций при раскатке, осно-
ванный на экспериментальном моделиро-
вании процесса па свинцовых и стальных
заготовках, выполнен И. М. Балясным [3].
Исходные размеры заготовки и конеч-
ные размеры поковки приведены на
рис. 112.
Искомая величина коэффициента уши-
рения при данной величине коэффициента
трения является функцией ряда относи-
тельных величин, связанных с диаметром d оправки и величиной
подачи а (аь — относительно бойка; аи — относительно оправки):
f р / А// . Не . \
Т’ а)‘
Экспериментальное исследование этой зависимости показало,
что с увеличением и с уменьшением уширение возрастает,
Нп
но уменьшается с уменьшением-^-.
В зависимости от условий раскатки на боковой поверхности
может наблюдаться двойное или одинарное бочкообразование.
Двойное бочкообразование имеет место при
-"°->2- 2,1 или-^>2 —2,1.
&о аь '
Первое из этих условий соответствует раскатке узких колец,
второе — раскатке заготовки с очень малыми обжатиями.
Расчет уширения иногда производят за каждый оборот заготовки
с учетом параметров, определяющих характер течения металла.
После суммирования результатов расчетов по всем оборотам
получают величину полного уширения. Этот метод расчета трудое-
мок. Для упрощения расчета все величины обжатия за один
оборот представляются в виде ряда последовательных значений
отношения
(Л//) С:.
\ а /I 1
где С,- — коэффициент, зависящий от порядкового номера обо-
рота заготовки.
В табл. 28 приведены значения С(- в зависимости от порядко-
вого номера оборота. При оборотах, больших девяти, вели-
чина Ci остается в пределах 0,055—0,045.
Для определения величины АД = dC£ диаметр оправки сле-
дует умножить на коэффициент С£, найденный по табл. 28.
Таблица 28
Отлоеигель на я величина обжатия Значения С/
Порядковый номер оборота
1 4 5 6 7 а у
шах , . . min . * * 0,160 0,120 0,105 0,095 0,100 0,09 0,082 0,078 0,72 0,65 0,068 0,060 0,060 0,055 0,055 0,05 0,055 0,045
Поданным произведенных расчетов были получены упрощенные
формулы для определения уширения за всю операцию раскатки:
при ковке под прессами
ДВ - 1/-^ , (46)
F Нср Г По
где — диаметр прошивня, равный (0,33-н0,35)
14* 211
Прй ковке под молотами имеем
АВ .. (0,9-:-0,8)/<Л1АА/' |/~- •
В этих формулах (см. рис. 105)
- Ни-Ик;
0,37 I 0,5807/(2 - ^0.05Д
iC ..._______________________х
(46')
в
плюс
Но __ Вср \1 2Д/7 ,
Вср / J Вс
(47)
0.37 Ч- 0.5Кон (2 - К#н) 0.05
к- ------Г77ТЙГ— [1 - °’05 (»J <48)
н0
формуле для определения Кп в квадратных скобках знак
берется при ^-<1,знак
Степень раскатки
Рис. ИЗ. График для определения
показателей уширения при раскатке
(Уралмашзавод)
минус — при > 1.
&СР
Для определения уширения
по приведенным формулам не-
обходимо предварительно за-
даться приближенной его вели-
чиной АВ' (см. ниже), которая
должна совпадать с расчетной
величиной АВ.
Для определения размеров
исходной заготовки после про-
шивки приведен график (рис.
113), разработанный на Урал-
машзаводе для ковки колец под
молотами.
По графику определяется
о Вк
показатель уширения р = -jf-,
а затем находят Вй — В,$. Этот
размер является высотой про-
шитой заготовки, при установ-
лении которой необходимо учи-
тывать припуск на отделку,
т. е. на исправление волнисто-
сти торца колец, получающей-
ся вследствие неравномерности
уширения при раскатке. Обычно
£12
припуск принимается равным 0,05So. Ниже приведены данные
для выбора приближенной величины уширения Aft’.
Бнутрении £ диаметр ПОКОВКИ В .И-М Уширение ДВ' в мм Внутренний диаметр покоики В -W.W Уширение дВ' в .м
500—800 15—32 2600—2900 150 —190
800—1100 25—40 2900—3200 170—210
1100—1300 30—50 3200—3500 190—230
1300—1500 40—60 3500—3800 210—250
1500—1700 50—70 3800—4100 240—290
1700—1900 60—80 4100—4400 270—320
1900—2100 70—110 4400—4700 290—340
2100—2300 110-140 4700—5000 310—360
2300—2600 130—160
Диаметр прошитой заготовки, если известна ее толщина,
определяется из условия равенства объемов кольца и прошитой
заготовки с учетом угара.
На одном отечественном заводе при ковке под прессом усилием
98,1 Мн (10 000 т) бандажи изготовляют за один нагрев с совме'
щением операций осадки, прошивки и раскатки до заданных
размеров поковки.
Раскатка кольца шириной 200 мм и диаметрами 980 и 820 мм
(толщина стенки 80 мм) осуществляется за девять оборотов с обжа-
тием от 90 мм (на первом обороте) до 35 мм (на последнем обо-
роте). При ковке па прессах оправками для раскатки служат полу-
круглые или круглые стержни с отверстием для охлаждения во-
дой. Диаметр оправки выбирается на 5—10% меньше диаметра
отверстия заготовки.1
Протяжка на оправке. Протяжке заготовки в длину на круг-
локонической оправке подвергаются предварительно прошитые
круглые заготовки. Ковка полой заготовки, надетой на оправку,
ведется с кантовкой по кругу, которую называют поперечной и
продольной подачами. Ковка начинается со стороны более тол-
стого конца оправки кольцевыми участками при вращательном
Движении заготовки вместе с оправкой. Затем следует продольная
подача и обрабатывается следующий участок аналогично преды-
дущему (рис. 114),
Эта операция применяется для изготовления полых деталей
большой длины — котельных барабанов, полых колонн, ору-
дийных стволов и т. п. В процессе протяжки заготовка значи-
тельно удлиняется и уменьшается по наружному диаметру, тогда
как внутренний диаметр заготовки остается практически равным
исходному (после прошивки). Оправки имеют отверстия для
1 Напряженно-дефьрмированное состояние при раскатке подробно рассмот-
рено П. И. Полухиным и др, «Кузнечно-штамповочное производство», 1965,
№ 5.
S13
Охлаждения водой, упорный бурт й небольшой уклон (1 : 100)
для облегчения удаления поковки. При протяжке на оправке
используются вырезные, комбинированная пара бойков (верхний
плоский, нижний вырезной) и плоские бойки. При протяжке
на оправке возникает одновременно 2, 3 или 4 очага деформации,
Рис. 114. Схема протяжки на_оправке
что отличает эту операцию от всех других. Соответственно двум
и более очагам деформации при вытяжке на оправке имеется ми-
нимум две пары контактных поверхностей, между которыми
металл подвергается обжатию: под верхним бойком и оправкой;
над нижним бойком и оправ-
Рис. 115. Схема образования очага дефор-
мации при протяжке на оправке (верхний
боек плоский):
J1 — форма очага деформации при малом
обжатии; 2 — то же при большом обжатии
кой. Для того чтобы соверша-
лось преимущественное удли-
нение заготовки Lo (т. е.
бывшей высоты заготовки
при прошивке) без увеличе-
ния диаметра заготовки, не-
обходимо совпадение направ-
ления наименьшего сопротив-
ления течению металла с осью
прошитой заготовки. Этого
можно, добиться, если при-
менить узкие бойки и уста-
новить их большой стороной
перпендикулярно оси заго-
товки. Однако, как видно
из схемы образования очага
деформации при протяжке на
оправке (рис. 115), в начальный момент обжатия образуется
неблагоприятная форма очага деформации в плане (указана
штриховыми линиями с одной точкой), способствующая увеличе-
нию диаметра заготовки. При увеличении обжатия получается
необходимая контактная прямоугольная площадка, большая сто-
рона которой перпендикулярна оси заготовки (указана штрихо-
выми линиями с двумя точками). Отсюда, в частности, следует,
Ж
что очень малыми обжатиями протяжку на оправке вести нельзя,
так как вместо протяжки можно получить раскатку. Значитель-
ные обжатия, обеспечивающие большую величину поперечной
подачи ап и относительно небольшие осевые подачи а0, способ-
ствуют быстрой протяжке. Расчет этой операции упрощается
благодаря фиксированному размеру внутреннего диаметра поков-
ки. При данном объеме заготовки достаточно контролировать
только один размер поковки (наружный диаметр или длину), при
этом остальные размеры выдерживаются автоматически.
В конце протяжки поковка .
может оказаться посаженной на
оправку. Ослабить посадку
можно небольшими обжатиями
при большой осевой подаче,
т. е. создавая форму очага
деформации, способствующую
увеличению диаметра. На прак-
тике пользуются и другими
приемами. Например, подогре-
вают поковку вместе с оправ-
кой, а затем пропускают через
ее осевое отверстие большое
количество воды для охлажде-
ния, что вызывает уменьшение
диаметра оправки и облегчает
снятие с нее поковки.
Рис. 1J6. Схема операции разгонки
в ширину:
У — верхний боек; 2 — нижний боек
На прессах с подвижным столом для снятия поковок можно
использовать бурт на оправке и какой-нибудь выступ на поковке;
между ними помещают бойки (по обе стороны оправки) и движе-
нием стола пресса преодолевают силы трения, удерживающие
поковку на оправке. Поскольку оправка имеет уклон, достаточно
лишь на ничтожно малую величину сдвинуть поковку с места
посадки, как силы трения окажутся преодоленными. Для умень-
шения сил трения оправки должны быть без забоин, тщательно
обработаны и покрыты термостойкой смазкой.
Разгонка. Операция разгонки предназначена для местного
уширения заготовки без увеличения ее длины. Чаще всего раз-
гонке подлежит часть заготовки, которая предварительно обжи-
мается плоским бойком, а затем при помощи специального под-
кладного инструмента, называемого раскаткой, металл разгоняется
в ширину (рис. 116). На рис. 116, а вверху показана начальная,
а внизу — конечная стадии разгонки. На рис. 116, б дана в дру-
гой проекции промежуточная стадия. Разгонка применяется и
для круглых в плане поковок, например для увеличения полотен
дисков. Обычно разгонке подвергаются относительно низкие
заготовки, поэтому разгоночный инструмент применяется для
Обрати я только одной стороны заготовки, тогда как другая сто-
?15
рона находится па большой поверхности плоского бойка. После
разгонки деформированный участок подвергается обработке пло-
скими бойками для сглаживания гребешков-выступов между
соседними обжатиями.
Формы инструмента — раскаток, применяемых для разгонки,
приведены на рис, 117, Между длиной и поперечным размером
инструмента выдерживается соотношение в пределах 5—10, что
обеспечивает преимущественное течение металла перпендику-
лярно длине инструмента. Величины удельных усилий со стороны
разгоночного инструмента и нижнего бойка на металл обратно
пропорциональны площадям проекций соответствующих контакт-
Рис. 117. Раскатки:
л •- прямые (прямоугольные); б — круглая; е — овальные; г — фасонная
ных поверхностей, поэтому обжатие при разгонке происходит
в основном за счет деформации металла со стороны разгоночного
инструмента. Если толщина заготовки значительная (см, верх-
нюю позицию рис. 116, а), то обжатия по высоте и уширение рас-
пространяются не на всю толщину заготовки. Если же заготовка
настолько тонка (или предварительно обжата), что при разгонке
за один проход инструмент погружается в заготовку не менее,
чем на 50% ее высоты, то деформация распространяется на всю
толщину заготовки. При этом металл вначале деформируется только
со стороны разгоночного инструмента под действием больших
удельных сил. Объем физического очага деформации в этот период
значительно меньше объема геометрического очага деформации.
На указанной стадии создаются условия для деформации
и в остальной части геометрического очага деформации, что про-
исходит под влиянием двух процессов:
1) вследствие некоторого изгиба заготовки боковые ее части
приподнимаются и площадь контакта сокращается; это приводит
к уменьшению разницы в удельных усилиях со стороны бойка
и раскатки;
2) поперечные деформации, создающие растягивающие напря-
жения в еще не деформированном слое металла, облегчают его
деформацию,
?1б
При разгонке в ширину общее уширенйе складывается из
частных уширений при каждом обжатии данного прохода. Это
происходит в результате направления подач поперек заготовки
и смежного расположения отдельных обжатий.
Деформации при разгонке могут быть рассчитаны так же, как
и при протяжке без кантовки. Протяжка без уширения и разгонка
являются крайними случаями общего процесса высотного обжа-
тия с разнонаправленными поперечными деформациями.
Образование уступов, выступов, выемок. Для точного распре-
деления металла между отдельными частями поковки заготовку
Рис, 1)8. Операция пережима и форма применяемого инструмента:
а — круглой раскаткой; б — треугольной равносторонней пережимкой:
а — треугольной пережммкой с прямым углом; г — фасонной пережимкой
с вогнутыми гранями; д -- фасонной нережнмкой с выпуклыми гранями;
? — полуовальной раскаткой
подвергают разметке (измерительным инструментом или по ша-
блонам). По размеченным местам наносят углубления, называе-
мые засечками или наметками. Для наметки обычно используется
инструмент небольшого размера в виде круглых или угловых
раскаток. Затем намеченные углубления увеличивают до высоты
уступа, выступа или выемки. Соответствующий инструмент назы-
вается пережимками (рис. 118). Профиль пережимок выбирается
в соответствии с необходимым контуром уступов или выемок на
поковке. Для того чтобы получить односторонний уступ
(рис. 119, а), поступают так, как было указано выше, и затем
обжимают металл до уровня углубления (на величину АД).
Большая контактная площадь со стороны нижнего бойка обеспе-
чивает низкие удельные усилия, и обжатие совершается только
за счет действия верхнего бойка. Аналогично получают двух-
сторонний уступ (рис. 119, б). В этом случае важно, чтобы дефор-
мация была одинаковой со стороны обоих бойков и чтобы оба
бойка имели одинаковые размеры рабочей поверхности. Для
получения выемки (рис. 119, s) ее размечают, кроме того, наме-
чают в соответствующих местах заготовки углубления, между
которыми металл затем подвергается обжатию. Здесь также тре-
буется сосредоточение внешней силы в верхней части заготовки.
217
С этой целью под верхний боек подкладывают плоскую раскатку
и этим добиваются преимущественной деформации металла в верх-
ней части заготовки. Получение двух выемок с обеих сторон
поковки показано на рис. 119, а.
Если на поковке необходимо получить выступ, то его полу-
чают из двух уступов, выполняемых по обе стороны относительно
выступа (рис. 119, 0). Аналогично получают двухсторонний вы-
ступ. На рис. 119, е показана относительно сложная поковка,
Рис. 119. Схема операций образования уступов, выемок, высту-
пов и их комбинаций
откованная в результате образования комбинации уступов, вы-
ступов и выемки, причем концы поковки при подкатке получили
круглое сечение — участки 1 и 5; смежно с ними участки 2 и 4 —
квадратное сечение при оттяжке; средний участок 3, на котором
сверху находится выемка, а снизу — выступ, имеет прямоуголь-
ное сечение. Аналогично описанному можно получать поковки
с двумя, тремя уступами, двойными выемками и выступами слож-
ной формы.
Размеры и их соотношения для уступов и выемок регламенти-
руются стандартами. Для молотовых поковок (ГОСТ 7829—55)
уступы на концах поковок длиной более 15 лсм и промежуточные
уступы длиной более 10 мм отковываются без упрощения формы
поковок (без напусков), если соответствующий размер выступа,
прилегающего к рассматриваемому уступу, не менее 40 мм. Для
218
прессовых поковок, согласно ГО<^Ру 70 э2 о 4, не предусматр и -
веется получение уступов и выемок менее 13 мм, если размер
выступа, примыкающего к данному уступу, равен 200 мм п более.
Выступы и бурты длиной более 45 и 30 мм соответственно отко-
вываются без напусков, упрощающих чертеж поковки. Расчеты
для образования уступов, выемок, выступов, буртов, фланцев
и подобных элементов поковки основаны на положении о неизмен-
ности объема металла при деформации.
Передача металла. Эта операция состоит в смещении одной
части заготовки относительно другой, причем деформируется
металл только в промежутке между ними (рис. 120). В резуль-
Рис. 120. Схема операции передачи металла:
/ — заготовка после наметки и пережима; 2 — заготовка на сдвинутом
нижнем бойке; ? — заготовка после операции передачи
тате передачи ось заготовки становится ступенчатой. Различают
передачу металла в одной и двух параллельных плоскостях.
При передаче в одной плоскости (рис. 120, а) после наметки и
пережима заготовки производят смещение правой ее части относи-
тельно левой, неподвижной в плоскости I. Если передача осуще-
ствляется на прессе с подвижным столом, то сдвигают нижний
боек относительно верхнего. При работе на молоте иа нижний
боек под заготовку помещают плоскую раскатку или специальную
подкладку. Геометрический очаг деформации как объем металла
между контактными поверхностями инструмента здесь отсутст-
вует. Физический очаг деформации очень мало развит и пред-
ставляет собой незначительный объем металла в области сдвига
волокон при передаче металла.
Передача в двух плоскостях (рис. 120, б) выполняется анало-
гично передаче в одной плоскости, но между пережимами в пло-
скостях / и 11 размещается некоторый объем металла, который
в основном и составляет физический очаг деформации. Образую-
щаяся шейка обычно является будущей цапфой (например, при
изготовлении кривошипных валов). Во время передачи длинный
смещаемый конец заготовки нужно подвешивать на цепи при
помощи крана и опускать его походу передачи. В отсутствии крана
пользуются набором подкладок, которые при опускании конца
заготовки, периодически вынимаются из-под нее. Чтобы избежать
вредного действия перерезания волокон, наметку и пережим
осуществляют инструментом с большим радиусом закругления
кромок. При передаче в двух и более плоскостях перерезание
волокон маловероятно.
В процессе операции передачи металла происходит утяжка
его в местах, обозначенных иа рис. 120 буквой у. Для компенса-
ции утяжки высоту заготовки приходится увеличивать по отно-
шению к поковочному размеру на —25%. По окончании опера-
ции избыточный металл разгоняется, что дает возможность по-
лучать ребра поковки с небольшими радиусами закругле-
ния [27 ].
Гибка и другие операции. Операция гибки при ковке на моло-
тах и прессах совершается между подкладными опорами. Эта
операция не требует больших усилий и обычно совершается при
пониженной температуре (850—950° С). В зоне растяжения при
гибке образуется утяжина, для компенсации которой перед гиб-
кой на заготовке выполняют соответствующее углубление. Если
такую подготовку не удается провести, то после гибки поковку
приходится дополнительно подправлять. В зоне сжатия могут
образоваться складки, избежать которых можно при большом
радиусе угла изгиба. Если этот радиус >0,5/7п> то длину заго-
товки /.о при гибке рассчитывают по средней линии поковки.
При меньшей толщине заготовки ее длину определяют как сумму
прямолинейных участков поковки; на каждый угол изгиба при-
бавляют по О,25/7о. На обрезку концов поковки добавляется до
ЗИ0 в зависимости от радиуса гибки. Более подробно процесс
гибки рассмотрен в гл. VIII.
Кроме описанных, в кузнечном производстве применяются и
другие операции: например, скручивание (при производстве ко-
ленчатых валов), окуполивание (при изготовлении резервуаров),
сварка и некоторые другие. Значительное количество операций
совершается в подкладных штампах. Большинство этих операций
рассматривается при описании примеров технологического про-
цесса ковки.
Взаимосвязь условий деформаций при операциях ковки. Как
показано выше, ковка характеризуется разнообразием опб’
раций.
220
Для обобщенного анализа операций используем следующие
характеристики:
1. Геометрическую форму и соотношение размеров заготовки.
2. Форму и соотношение размеров рабочей части ковочного
инструмента.
3. Положение заготовки по отношению к направлению дей-
ствия инструмента.
Эти характеристики позволяют в каждом отдельном случае
установить форму геометрического очага деформации, направ-
ление наибольшей деформации и граничные условия.
Для осадки вдоль оси заготовки последняя не должна
иметь очень большую высоту (//0 не более трех поперечных раз-
меров Dn или Вь). Плоский инструмент должен перекрывать за-
готовку, установленную на торец, у которой боковая поверхность
ие подвержена внешним напряжениям.
Если заготовка подвергается осадке перпендикулярно оси —
поперечной осадке (эту операцию называют также плющением),
то должно быть соблюдено соотношение Ва < ЗЯе, где Во — раз-
мер вдоль действующей силы; Но — меньший поперечный размер
заготовки. Несоблюдение этих условий приводит к продольному
.изгибу заготовки из-за потери устойчивости в процессе обжатия.
Если ось заготовки находится в горизонтальвом положении и
имеет место неполное перекрытие заготовки бойком, то проис-
ходит осадка части заготовки. При этом свободная боковая по-
верхность геометрического очага деформации не имеет напряже-
ний. Остальная боковая граница этого очага напряжена, так как
оказывается внутри физического очага деформации, поскольку
напряжения распространяются и на соседние — внешние части
заготовки.
Ряд смежных осадок поперек оси заготовки представляет
собой процесс протяжки, при котором исходя из минимума
затрачиваемой на деформацию работы целесообразно иметь не-
большое уширение. Поэтому величина подачи выбирается меньше
ширины заготовки. В противном случае получается чрезмерное
уширение, которое, однако, является основой операции раз-
гонки заготовки по ширине.
Частичная осадка вдоль оси заготовки представляет собой
процесс высадки. Для осуществления высадки изменяют
граничные условия педсформпруемой части заготовки, устанав-
ливая ее плотно в полость инструмента или нагревая деформи-
руемую часть заготовки до более высокой температуры, чем у ос-
тальной части заготовки.
Обжатие части заготовки по мере сужения инструмента
переходит в рубку кузнечным топором. Начальная стадия
рубки применяется для н а ме тки и операции пережима,
осуществляемых специальным инструментом. Если уменьшение
размера инструмента происходит по двум осям, то он превра-
221
щается в инструмент для прошивки — прошивень (или
дорн для небольшого по размерам инструмента). При рубке всегда
целесообразно использовать (если это возможно) тонкий инстру-
мент. Поперечный размер прошивня зависит от ширины необхо-
димого отверстия в поковке. При прошивке границы геометри-
ческого очага деформации напряжены, так как находятся в пре-
делах большего по величине физического очага деформации.
Если процесс осадки производить плитами с отверстием, то
металл течет по сложной схеме — сжимающая высотная дефор-
мация периферийной части заготовки сопровождается деформа-
циями с увеличением размеров в радиальных направлениях и
в осевом направлении внутри отверстий (выдавливание металла
между плитами и в отверстия осадочных плит). Это операция
осадки в кольцах, применяемая для поковок с неболь-
шими осевыми выступами. Если такой выступ относительно боль-
шого размера, то он может быть откован протяжкой части заго-
товки; помещая его в отверстие кольца, можно затем подвергнуть
остальную часть заготовки высадке. Таким образом получают
поковки, соседние части которых значительно отличаются по диа-
метру (например, валки).
Если инструмент с отверстием не перекрывает заготовки в про-
цессе деформации, то он внедряется в нее. Это — прошивка
пустотелым прошивнем.
Для увеличения диаметра отверстия в уже прошитой заготовке
применяют раскатку ее. Эта операция не отличается от про-
тяжки, если представить, что концы длинной заготовки соеди-
нены между собой. Для того чтобы происходило увеличение
диаметра отверстия при одновременном увеличении наружного
диаметра заготовки, меньшая сторона бойка должна быть перпен-
дикулярна оси заготовки. Напротив, для увеличения длины заго-
товки с отверстием меньшая сторона бойка должна быть парал-
лельна оси заготовки. Эго операция протяжки на оправке.
В обоих случаях деформация обусловливается преимущест-
венным течением металла перпендикулярно значительно боль-
шей стороне инструмента (в направлении наименьшего сопро-
тивления).
Следовательно, изменяя форму и соотношение размеров ин-
струмента и заготовки, а также положение заготовки относительно
направления внешних сил, можно произвести любую кузнечную
операцию. Анализ отдельных операций помогает установить взаи-
мосвязь и оптимальные условия деформаций. Изменяя величину
обжатия и граничные условия, создавая благоприятные условия
для определенной деформации, добиваются необходимого формо-
изменения заготовки. Так как в основе любой кузнечной опера-
ции находится элементарное обжатие, т. е. осадка, то это позво-
ляет использовать данные, относящиеся к ней и для других опе-
раций.
§ 3. УкОЙНА ПРИ ОСНОВНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОПЕРАЦИЯХ
Деформацию в процессе ковки следует рассматривать не
только как способ получения заданной формы поковок, но и как
средство улучшения структуры и механических свойств металла.
Известное из теории обработки металлов давлением влияние пла-
стической деформации на структуру и свойства металла дает
лишь общее представление о результатах деформации. В реаль-
ных условиях ковки деформации отличаются большей слож-
ностью. Результат деформации при ковке, естественно, неоди-
наков для литого металла — слитков и катаного металла —
болванок и прутков. Ковка влияет на структуру и свойства раз-
личных сталей и сплавов неодинаково. В промышленности ис-
пользуется уже более 500 марок сталей и сплавов. Только при
изготовлении автомобиля используется свыше 100 разных марок
металлов и сплавов [47J. Результат ковки зависит также и
от способа производства металла на всех его стадиях, качества
слитков, а также их величины и способа разливки. Следовательно,
сведения о влиянии уковки на структуру и свойства металла при
современном разнообразии технологических схем ковки должны
иметь конкретно количественный характер. Как известно из тео-
рии обработки металлов давлением, ковка в подавляющем боль-
шинстве случаев улучшает механические свойства литого металла.
Особенно это относится к продольным пробам, и в частности,
к показателям ударной вязкости и пластичности. Для углеро-
дистой стали наилучшие результаты дает относительно небольшая
уковка (К = 2-:-4). Более значительная уковка характеризуется
менее существенным дальнейшим повышением механических
свойств, а если судить по поперечным (по отношению к направ-
лению волокна) образцам, наблюдается даже некоторое снижение
ранее достигнутых показателей механических свойств металла.
Чем чище и однороднее металл, тем при меньших у ковках дости-
гаются оптимальные структура и механические характеристики
металла в процессе деформации.
Первичная литая структура способствует хрупкости литой
стали после относительно небольшой пластической деформации.
Причиной хрупкости является недостаточно прочная межкри-
сталлическая связь вследствие скопления примесей по границам
зерен и дендритов после затвердевания жидкой стали. У легиро-
ванной стали эти примеси по границам зерен обогащены карбидами
и различными твердыми или легкоплавкими фазами, увеличиваю-
щими еще больше склонность литой стали к хрупкости..
При приложении к нагретому металлу деформирующего уси-
лия первичные кристаллы литой структуры дробятся, повора-
чиваются и вытягиваются в направлении наибольшей положитель-
ной деформации. Одновременно вытягиваются и примеси, распо-
ложенные на границах зерен и дендритов. В то время как под
223
Рис. 121. Схема перехода литой
дендритной структуры в волокни-
стую в четыре стадии (а—г) по мере
увеличения уковки (слева напра-
во— направление наибольшей по-
ложительной деформации)
блияниём ковки н протекающих одновременно процессов рекри-
сталлизации дендриты и зерна преобразуются в равноосную
мелкую структуру, примеси остаются вытянутыми в направлении
течения металла. Так образуется волокнистая структура или во-
локно (рис. 121).
Происходящие при ковке ли-
того металла физические измене-
ния металла существенно зависят
от знака деформации. В частно-
сти, волокно образуется лишь в
направлении положительной де-
формации, т. е. с увеличением
размера, причем эта деформация
должна быть значительной. При
осадке круглой заготовки наиболь-
шей деформацией является дефор-
мация сжатия по высоте (см.
гл. III), в то время как положи-
тельная поперечная (радиальная)
деформация или составляет
лишь часть высотной К % =
— V 3 Однако при
осадке получается поперечно-ра-
диальное волокно, но при боль-
шей степени деформации, чем при
протяжке с кантовкой.
Радиальные пробы из осажен-
ного слитка обладают более вы-
сокими показателями пластично-
сти, чем пробы, вырезанные вдоль
оси слитка. Как уже отмечалось,
при протяжке отдельные обжатия
также представляют собой про-
цесс осадки (отличающийся на-
личием внешних недеформируе-
мых концов), поэтому при про-
тяжке без кантовки для образования типичного продольного во-
локна требуется повышенная степень деформации. Образование
волокна зависит и от величины подач. При протяжке с малыми
подачами уширение невелико, и продольная волокнистость раз-
вивается более интенсивно, чем при больших подачах. Создание
благоприятных условий для образования ярко выраженной во-
локнистой структуры обеспечивается двухсторонним обжатием,
т. е. протяжкой с кантовкой, причем в этом случае величина
подачи большой роли не играет. В этих условиях меньшая поло-
224
Житёльная деформация в направлении уширения чередуется с от-
рицательной в направлении обжатия по высоте по той же оси,
а большая положительная деформация в направлении вытяжки
суммируется и получает преимущественное развитие, что обеспе-
чивает появление продольной волокнистости. При операции
разгонки можно получить некоторое развитие поперечного во-
локна, имеющее практическое значение.
Наличие волокна обусловливает анизотропию механических
свойств, проявляющуюся кратно углу 90°, т. е. вдоль и поперек
волокна, в отличие от текстурной анизотропии, проявляющейся
под углом 45°.
В обычных условиях ковки в первую очередь претерпевает
изменения зона смешанной структуры слитка (центральная зона).
Поэтому при протяжке с малыми у ковка ми (Д' L 2) волокни-
стое строение наблюдается только в середине деформируемого
слитка. В периферийной зоне обнаруживаются еще остатки ли-
той структуры в виде дендритов и их обломков, повернутых в той
или иной степени в направлении преимущественного течения ме-
талла .
Причиной появления в начале волокнистости в средней части
обрабатываемого слитка является зонообразование в деформи-
руемом объеме, характеризующееся наличием максимальной де-
формации в средней части очага деформации обжимаемой заго-
товки.
Лишь большая уковка, примерно свыше 5—8, создает ярко
выраженную волокнистую структуру по всему сечению заготовки.
Значения уковки, при которой волокнистая структура распро-
странена по всему сечению заготовки, в значительной степени
колеблются, в частности, они зависят от марки стали (чем леги-
рованнее сталь, тем большая уковка необходима для получения
волокнистости), размеров слитка и структурного строения ме-
талла.
Известно, что если крупный слиток деформируется малыми
обжатиями, например на оборудовании небольшой мощности или
с малой энергией удара, то пластической деформацией охваты-
вается преимущественно периферийная зона слитка, т. е. та,
которая в обычных условиях ковки составляет область затруд-
ненной деформации. В этом случае волокнистая структура обна-
руживается в первую очередь на периферии слитка. Здесь обра-
зуется мелкое зерно, а в центре остается недеформированная ли-
тая структура. Это можно часто наблюдать и при ковке неболь-
ших слитков, ио из труднодеформируемых высоколегированных
сплавов.
Образование волокна в первую очередь на периферии слитка
противоречит обычной схеме распределения деформаций по сече-
нию слитка. Казалось бы, что существуют условия и для проме-
жуточного положения, когда волокно образуется при относи-
15 я. М. Охрименко 597 225
тельно небольших уйовках одновременно По всему сечению. По
всей вероятности, такие условия могут быть созданы лишь в част-
ном случае.
Недостаточные обжатия, которые обеспечивают вначале про-
ковку металла периферии и образование волокна в ней, не яв-
ляются убедительным объяснением описываемых явлений, Из-
Рис. 122. Распределение обжатая по высоте
поковки вдоль оси симметрии очага дефор-
вестно, что ковка квадрат-
ных слитков и осадка ци-
линдрических заготовок
сопровождаются образова-
нием зон затрудненной де-
формации вблизи контакт-
ной поверхности и лока-
лизацией деформации в
средней части заготовок,
даже если обжатия незна-
чительны.
При ковке многогран-
ных и круглых слитков их
форма обеспечивает при
малых обжатиях сосредо-
точение внешней силы на
малой контактной поверх-
ности, что при небольших
обжатиях нс может вы-
звать деформации по всему
сечению. Это и обусловли-
вает преимущественную
периферийную деформа-
цию.
мации:
д— осадка; 6 — протяжка полосы при —^0,2-5-
гз
0,3; d — рубка [33]
Другим примером локали-
зации деформации вблизи кон-
тактной поверхности при ковке
ударами недостаточной энергии
являются деформации при рас-
клепывании стержня в головку Явление расклепывания, хотя известно и исполь-
зуется в промышленности уже давно, до сих пор теоретически недостаточно
изучено.
Вопрос о роли сосредоточения усилия на малой контактной
поверхности (применительно к деформации заготовок большой вы-
соты) подробно рассмотрен И. Я- Тарновским и В. Н. Трубиным
(рис. 122). Прямая линия 1 характеризует распределение Дефор-
маций по высоте при геометрически равномерной осадке. Кривая 2
соответствует осадке при малом значении, а кривая 3 — при боль-
шом значении отношения и той же 35%-ной осадке. Кривая 4
отвечает 35%-ному обжатию при наличии недеформируемых
236
концов п при малой величине отношения В средней части
поковки уменьшение деформации, наметившееся на кривой 2,
значительно более ярко выражено на кривой 4 (здесь точка ми-
нимума кривой немного превышает 10% деформации)- Кривая 5
относится к деформации настолько узким бойком, что его можно
уподобить топору при рубке, В этом случае величина еще
меньше, и в средней части поковки (см, заштрихованную область)
Коэффициент укоВкц
<4 #
Рис. 123. Изменение механических
свойств углеродистой стали в за-
висимости от степени обжатия
(уковки):
а — образцы с продольным и б — с
поперечным расположением волокон
Коэффициент умВки
Рис- 124. Влияние степени обжатия
(уковки) на механические свойства
х р о мо н и кел ь в о л ьфр а м свой стал и
вдоль и поперек волокна
деформация совсем отсутствует. Эти результаты хорошо иллю-
стрируют условия локализации деформации в различных местах
поковки по высоте в зависимости от соотношения очага деформа-
ции.
Вопросу об изменении механических свойств поковок в зави-
симости от уковки в различных направлениях относительно во-
локна посвящено значительное количество работ. В частно-
сти, Н. И. Корнеевым и И. Г. Скугаревым изучены общие законо-
мерности для углеродистой стали (рис. 123) и высоколегирован-
ного сплава (рис. 124).
Как показывают исследования, в начале ковки механические
свойства металла вдоль и поперек волокна увеличиваются до
уковок 2 -4. Затем механические пластические свойства и удар-
ная вязкость вдоль волокна продолжают значительно повышаться
до уковок 10—15, а затем повышаются весьма незначительно,
15*
Пластические свойства, ударная вязкость и предел выносливо-
сти поперек волокна после достижения максимальных значений
при уковке 2—4 интенсивно снижаются вплоть ДО у ковок 10—15,
а затем продолжают уменьшаться, но незначительно. Показатели
статических прочностных свойств (ой и ог) после некоторого
первоначального повышения при уковках = 2-: 2,5 затем
изменяются незначительно при увеличении уковки (в пределах
3—7%) как вдоль, так и поперек волокна. Различие в свойствах
вдоль и поперек волокна зависит от качества металла; в част-
ности, это различие больше у сталей с содержанием 0,05% Р
и 0,06% S и меньше при более низких содержаниях примесей.
Наблюдается также различие в механических свойствах на
периферии и в центре кованой заготовки вследствие химической
неоднородности исходного слитка. Значения о, и от от периферии
к центру уменьшаются незначительно, напротив, значения б,
ф — значительно, причем поперек волокна более интенсивно,
чем вдоль. При исследовании механических свойств поковки из
хромомолибденовой стали, изготовленной из слитка массой 56 т,
было установлено, что фяриа падает от периферии к центру на 36%,
НЯ 26/0, Фиопереч ’ НИ 54 /о, ~ НЯ 36 /0.
Известно, что при ковке сильиосегрегированной стали 2,5—
3-кратная уковка повышает показатели удлинения и поперечного
сжатия литой стали едва на 10—15%, а ударная вязкость может
снизиться. По данным И. Л. Миркина, для конструкционной
углеродистой стали увеличение неметаллических включений на
1 балл приводит к снижению поперечного сжатия на 10%.
По данным Кулетта (рис. 125), пластические свойства угле-
родистой стали существенно зависят от степени ликвации, если
судить по поперечным и продольным образцам. Нанлучшнм
свойствам соответствуют относительно небольшие коэффициенты
уковки (—2). Особенно большому снижению с увеличением ликва-
ции подвержены показатели поперечного сжатия и удлинения
для поперечных образцов. Для рассмотрения указанного явления
можно использовать график на рис. 53, на котором даны харак-
теристики ковкости различных металлов. Предполагая различ-
ные сочетания по прочности и пластичности металла, представ-
ляемого в виде пучка волокон или совокупности слоев, можно
для анализа составить шесть различных сочетаний (1 — I и II, 2—I
и III; 3 — 1 и IV; 4 — II и III; 5 — II и IV; 6 — III и IV). Рас-
смотрение их показывает, что для образцов, вырезанных вдоль
волокна, пластичность металла определяется более хрупкой со-
ставляющей независимо от того, прочна она или нет. Прочность
этих образцов определяется суммарной прочностью волокон
(слоев).
Для образцов, вырезанных поперек волокон или слоен, пла-
стичность во всех сочетаниях определяется более хрупкой состав-
ляющей, кроме сочетания I п IV, при которое в металле имеются
228
Рис. 125. Зависимость пластических характеристик углеродистой стали (0,4% С)
от величины уковки:
л — поперечные и б — продельные образцы; масса слитков 12 000, 63 000, ИО ООО кг;
термическая обработка образцов; —— нет ликвации; — -—- — умеренная и силь-
ная ликвация
счет деформации непрочных, но высокопластичных слоев. Проч-
ность этих образцов определяется сопротивлением деформации
менее прочных слоев или волокон.
229
Оптимальная величина уковки с учетом анизотропии механи-
ческих свойств вдоль и поперек волокна зависит от направления
наибольших напряжений, возникающих при работе детали, из-
готовляемой из данной поковки.
Н. И. Корнеев и И. Г. Скугаревдля ковки легированной стали
установили, что: 1) если наибольшие напряжения при работе
детали нс совпадают с продольным направлением волокна, то
оптимальной является уковка, равная 3—4,5; 2) если наибольшие
напряжения почти совпадают с продольным направлением во-
локна, уковка равна 5—6; 3) если наибольшие напряжения со-
впадают полностью с продольными направлениями волокна,
общая оптимальная степень обжатия соответствует 10-кратной
и более 136].
При уковке 2,5—б в крупных кованых заготовках наряду
С волокнистой структурой могут наблюдаться остатки литой
структуры с неориентированной волокнистой структурой. Однако
такая сталь обычно обладает удовлетворительными механиче-
скими свойствами.
Чем однороднее химические и физические свойства слитка,
тем более однородными они оказываются в поковке. Однород-
ность металла слитков существенно зависит от их массы. По дан-
ным упомянутых выше авторов слиток массой 650 кг является
Наилучшим исходным материалом для изготовления поковок
вследствие хорошего качества его литой структуры.
При сравнении механических свойств слитков различной массы
установлено, что для получения оптимальных механических
свойств в продольном направлении достаточная уковка состав-
ляет следующие величины:
Масса слитка в т , . . . 1 3 5 10 30 80 200
«L 2,7 2,8 3,0 3,25 3,5 3,75
Более высокая уковка слитков из углеродистой и средне-
легированной конструкционной стали протяжкой практически
не изменяет продольные и снижает поперечные свойства.
Применение минимальных коэффициентов уковки при про-
тяжке дает возможность использовать для поковок слитки мень-
шей массы или удлиненные слитки, что повышает качество поко-
вок за счет улучшения металлургических характеристик слитка
и снижает трудоемкость изготовления поковок.
По данным И. Г. Соколова для удлиненных слитков, имею-
щих отношение длины слитка к среднему диаметру, равное 4,
условия кристаллизации стали по периферии и в сердцевине отно-
сительно одинаковые. При этом слитки получают более однород-
230
йую структуру, Наиболее Чистую по дендритной и зональной лик-
вациям. Вследствие этого необходимая величина уковки для удли-
ненных слитков может быть снижена до 2,5—2,7 но сравнению
с необходимой для обычных слитков 4-4,2 186].
Для получения требуемых коэффициентов уковки при отно-
сительно малых исходных сечениях слитка часто вводят опера-
цию осадки. Осадка при последующей протяжке не уменьшает
анизотропии механических свойств вдоль и поперек волокна.
Осадка существенно уменьшает разницу в механических свой-
ствах вдоль и поперек волокна, когда ковка ведется по схеме про-
тяжка—осадка—протяжка при K.L < 3 на последней операции.
В. Н. Трубиным и другими авторами [33] установлено, что
при ковке поковок валов промежуточная осадка для повышения
механических свойств металла целесообразна лишь в тех случаях,
когда при протяжке слитков не может быть достигнута уковка,
равная KL > 2,5. Однако после осадки для обеспечения относи-
тельно высоких механических показателей на продольных об-
разцах необходима протяжка при KL > 2,5—3.
Операция осадки в значительной степени воздействует па ли-
тую структуру. Как и при протяжке, изменение литой струк-
туры при осадке зависит от условий проведения процесса. В част-
ности, осадкой литого сплава ЭИ765 можно получить мелкое рав-
ноосное зерно при уковке более 1,6 (т. е. —40%) и при температуре
деформации выше температуры рекристаллизации.
В технических условиях для поковок типа турбинных дисков
оговариваются механические свойства в тангенциальном и ра-
диальном направлениях, в которых при работе дисков действуют
наибольшие напряжения. При этом решается вопрос о необхо-
димой степени протяжки перед осадкой и величине степени осадки
для получения необходимых свойств в тангенциальном и радиаль-
ном направлениях. Именно в этом случае, т. е. при изготовлении
поковок типа дисков, одной протяжкой не удается получить удов-
летворительные свойства в тангенциальном направлении.
И. Г. Геперсоном проводились исследования механических
свойств экспериментальных дисков из сталей 45 и 40Н, откован-
ных с различными коэффициентами уковки при протяжке и осадке,
результаты которых были проверены в производственных усло-
виях на дисках, откованных из сталей 45, 4011, 34ХМ и 34XH3M
1131.
Было установлено, что на механические свойства в танген-
циальном и радиальном направлениях в основном оказывает
влияние коэффициент уковки при осадке. При Кн > 3 Для ди-
сков можно ограничиться коэффициентом уковки при протяжке
1,1 ^-1,2. Такая величина уковки при протяжке несколько
снижает характеристики пластичности в осевом направлении.
Повышение коэффициента уковки при осадке снижает значение
показателей пластичности в осевом направлении при всех приме-
231
йявшихся коэффициентах уковки (до пяти) и не влияет на проч-
ностные характеристики.
В макроструктуре дисков даже при максимальных значениях
коэффициентов уковки при протяжке и осадке 5,0 и 5,4 соответ-
ственно наряду с волокнистой структурой наблюдаются остатки
дендритов, но металл таких дисков обладает удовлетворитель-
ными механическими свойствами.
По мнению некоторых специалистов осадка как вспомогатель-
ная проковочная операция дает тем больший эффект, чем ближе
к концу технологического процесса она выполняется.
В заключение данного раздела следует рассмотреть резуль-
таты ковки высоколегированных малопластичных и трудноде-
формируемых сплавов, к которым относятся, в частности, жаро-
прочные сплавы.
Отличительной особенностью этих сплавов является весьма
узкий температурный интервал ковки (100—200° вместо обыч-
ных 300—5003) и высокая температура рекристаллизации, кото-
рая протекает очень медленно. Малая продолжительность горя-
чей обработки еще больше уменьшает возможности рекристалли-
зации сплава, в результате ковка таких сплавов оказывается
ближе к полу горячему процессу. Незавершенность рекристалли-
зации (полностью проходит лишь процесс возврата) приводит
к исчерпанию пластичности при относительно небольших дефор-
мациях. Образующиеся многочисленные внутренние и наружные
надрывы служат источником концентрации напряжений при сле-
дующих обжатиях, в результате чего сплав становится хрупким.
Низкопластичные сплавы очень чувствительны к неравномер-
ности деформации, к совпадающим положительным деформациям
и напряжениям, плохо переносят локализацию деформации и,
в частности, повышенную сдвиговую деформацию. Низкая тепло-
проводность сплава вызывает большие тепловые напряжения,
которые становятся опасными даже в результате охлаждающего
действия со стороны инструмента. Особенно большие трудности
связаны с первой стадией ковки, когда необходимо раздробить
грубое дендритное строение сплавов 169].
В связи с отмеченными особенностями малопластичных и труд-
нодеформируемых сплавов ковку их осуществляют при тщатель-
ном соблюдении механических и тепловых режимов, которые
разрабатывают с учетом возможных осложнений при ковке [191.
Для улучшения условий ковки (в частности для уменьшения
неравномерности деформации) применяют смазки инструмента
или обмазку слитков специальными покрытиями, уменьшающими
теплоотдачу от металла, снижающими контактные силы трения
и защищающими сплав от повышенного окисления. Вместо
обмазки применяют также аэрографическое нанесение паст
и металлизированных покрытий на поверхность обрабатываемого
металла.
232
Для уменьшения опасных растягивающих тангенциальных
деформаций при осадке заготовок применяют деформацию в обой-
мах. Заготовка, заключенная в массивную обойму, нагревается
с ней вместе и проковывается при наличии боковых подпираю-
щих сил со стороны обоймы. Лабораторные опыты показывают
целесообразность применения бочковатых обойм, тогда при осадке
сердцевина заготовки выпучивается в меньшей степени, чем
при обычной обойме, и деформация протекает с незначительной
неравномерностью. В ряде случаев вместо обойм (их нужно после
ковки распиливать) целесообразно применять нагретые до 900—
1000я С торцовые подкладки из недорогостоящего металла (на-
пример, из углеродистой стали). При регулировании толщины
подкладок и их температуры можно добиться минимального боч-
кообразован и я и высокой степени однородности металла. Однако
торцы заготовки при этом оказываются вогнутыми; для устране-
ния этого необходимо дополнительное выравнивающее обжатие
заготовки без прокладок. Применяют прокладки толщиной
(0,07-: 0,1) Но при1,5-3 и (0,1-0,12) при -Э ----- 3 -5.
При ковке малопластичной стали применяют высокий подогрев
бойков. Оптимальной температурой нагрева бойков считается
250—350я С, высоким подогревом — до 500 — 600° С и до более
высоких температур (но более низких, чем температура отпуска
инструментальной стали).
В случае протяжки малопластичной стали слитки обычно куют
на квадрат. При этом стремятся получить правильную форму
квадрата, так как даже слегка ромбическое сечение вызывает
разрушение заготовки от сдвиговых деформаций (под углом 45°).
Еще опаснее обжатие путем нажима на ребра заготовки. Если
ромбическую заготовку удается обжать без кантовки на пластину,
то затем после кантовки на 90э и обжатия профиль восстанавли-
вается. Ковка через пластину позволяет заварить внутренние де-
фекты, образующиеся при отливке слитков; при протяжке с квад-
рата на квадрат ребра заготовки целесообразно сбивать (слабыми
ударами на 10—15 мм), чтобы избежать их быстрого остывания,
растрескивания и образования больших трещин.
Если при обычной ковке слитков образующиеся трещины
имеют поверхностное происхождение и распространение, то прак-
тикуют предварительную обдирку слитков. Эта малопроизводи-
тельная и трудоемкая операция удорожает продукт и увеличивает
расход металла на его изготовление, поэтому применяется в очень
редких случаях.
Вместо обычного биллетирования для устранения конусно-
сти и ребристости слитков иногда применяют их продавливание
через матрицу (по схеме прямого прессования, см. гл. VI, раз-
дел 7). Ярко выраженная схема всестороннего сжатия способ-
ствует повышению пластичности на первой стадии деформации,
233
и тогда в дальнейшем металл можно проковать более успешно.
Однако продавливание через матрицу требует применения гро-
моздкого инструмента, а иногда и специального оборудования.
Для увеличения продолжительности процесса ковки в узком
интервале температур могут быть применены трубчатые (напри-
мер, алюминиевые) рефлекторы, называемые замедлителями охла-
ждения металла (см. рис. 69). Время остывания заготовки может
быть увеличено в 1,4—2,6 раза по сравнению с остыванием на
воздухе, что сокращает число выносов и расход тепла, а тепловой
режим ковки приближается к изотермическому. Эффективность
Рис. 126. Ковочный крест, образовавшийся при протяжке с квадрата
на квадрат сплава 1Х18Н9Т [19]:
а, б, л - стадии образоваггня ковочного креста
применения замедлителей остывания увеличивается с возраста-
нием длины протягиваемой заготовки. Для коротких заготовок
их применять нецелесообразно [60].
При ковке дорогостоящей высоколегированной стали, склон-
ной к трещинообразованию, приходится ориентироваться на не-
большие (безопасные) обжатия и относительные подачи, не счи-
таясь со снижением производительности работы. Частые и силь-
ные удары молота вызывают разогрев металла, что может сопро-
вождаться даже расслоением его по месту локализации тепловых
выделений. Обычно таким местом является область так называе-
мого ковочного креста, распространяющегося на поперечное се-
чение заготовки, под углом 45° к контактной поверхности
(рис. 126). Эта крестообразная область, в которой действуют
максимальные скалывающие напряжения, является объектом
разрушения малопластичной стали. Образование ковочного креста
подробно изучено В. Ф. Лошкаревым, М. Я. Дзутутовым и др.
Установлено, что”в центральной части ковочного креста дефор-
мация может в 1,5—2 раза превышать среднюю по сечению.
Схема образования ковочного креста (рис. 127) разъясняется при
рассмотрении искажений координатной сетки в поперечном се-
чении. Первое обжатие (рис. 127, а) приводит к вогнутости гори-
234
зонтйлънь!х линий в Направлении к оси заготовки (т. ё. в наНрай-
лснии обжатия по высоте) и вертикальных линий — в направле-
нии от оси заготовки (т, е. в направлении поперечно!! деформации).
После кантовки (рис. 127, 6) выпуклость линий аЬ и cd становится
обратной, т. е. вдоль горизонтали расположены выпуклые линии
от оси, а по вертикали — выпуклые в сторону оси. При втором
обжатии происходит аналогично предыдущему искажение линий
в направлениях, противоположных выпуклости (рус. 127, б).
Рис, 127. Схема образования ковочного креста в поперечном сечении протягива-
емой заготовки:
а — первое обжатие) б — кантовка и второе обжа i не: « - кантовка и третье обжа тле;
б — сечение протянутой болванки многоступенчатого вала [33]
Третье обжатие после очередной кантовки (рис. 127, в) вновь
изменяет направление выпуклости линий в их средней части.
В результате после протяжки получается искаженная сетка
(рис. 127, а), у которой наибольшее изменение углов соответствует
Диагоналям поперечного сечения. Исключение составляет цен-
тральная область сечения, где осевая н поперечная липин по-
прежнему пересекаются под прямым углом.
При исчерпаниФ деформации в области ковочного креста тре-
щины обычно располагаются в одной или обеих диагональных
плоскостях вдоль оси заготовки. Ковочный крест развивается
с увеличением числа кантовок и обжатия тем интенсивнее, чем
больше отношение подачи к высоте сечения. Поэтому при обра-
ботке малопластичной стали рекомендуется брать отношение
< 1. По рекомендациям И. Я. Тарковского для ковки спла-
вов (безотносительно к химическому составу) оптимальная
235
Ьёличина этого отношения, исходя из условий неравномерности
деформации и анализа механических схем ковки, находится
в пределах 0,8 > > 0,5.
В процессе ковки большое значение при заварке трещин л
пустот имеет их ориентирование. Заковка и заварка дефектов,
ориентированных в направлении действующей силы, происходит
при большей степени деформации, чем дефектов с поперечным
ориентированием; при этом имеет значение и местоположение
дефектов. Вследствие высотной неравномерности деформации за-
ковка и заварка дефектов, расположенных в средней части заго-
товки, происходит при меньшей степени деформации, чем при рас-
положении дефектов в области зон затрудненной деформации. На
заковку и заварку дефектов оказывает влияние величина боковых
подпирающих сил в схеме напряженного состояния. Чем больше
боковые сжимающие напряжения, тем раньше устраняются внут-
ренние дефекты. Для заварки внутренней трещины, расположен-
ной в данной плоскости, необходимо, чтобы происходила дефор-
мация сжатия в перпендикулярном к ней направлении и действо-
вало сжимающее напряжение. С этой целью применяют обжатие
слитков, подстуженных с поверхности. Наружный слой металла,
более холодный, чем сердцевина слитка, играет роль обоймы.
Для заварки внутренних трещин достаточно обжатие, равное
7—8%.
При прочих равных условиях на закрытие дефектов влияет
форма осадочных плит. Как уже указывалось, в цехах применяют
плоский (на молотах и прессах) и вогнутый осадочный инстру-
мент — плиты (на прессах), а в последнее время и выпуклые
плиты. Вогнутые плиты (см. рис. 85) создают большую неравно-
мерность деформации, чем плоские, так как горизонтальные со-
ставляющие внешних сил у вогнутых плит, складываясь с силами
трения, также направленными к оси заготовки, увеличивают
объем и жесткость зон затрудненной деформации. Для закрытия
дефектов, находящихся в этих зонах, требуется повышенная сте-
пень деформации. Исключение составляют заготовки большой
высоты <. 0,6,^,у которых закрытие дефектов в приконтакт-
ных зонах наступает раньше, чем у зон, расположенных в сере-
дине заготовки, так как в первой стадии осадки последние де-
фекты увеличиваются в поперечном сечении [33].
Вогнутые плиты при осадке заготовок с отношением > 1
приводят к снижению степени деформации, необходимой для за-
ковки и заварки дефектов, расположенных в центре. Высотная
деформация в закрытии дефектов играет доминирующую роль.
Выпуклые плиты в условиях значительного трения приводят
к примерно одинаковой радиальной деформации по высоте, что
23 6
создаёт равные условия для закрытия дефектов в разных местах
по объему, но степень деформации для закрытия дефектов в дан-
ном случае повышается. На рис. 128 показан график, отражаю-
щий закрытие дефектов различной величины в зависимости от
формы рабочего профиля осадочных плит и местной степени
Рис. 128. Зависимость местной степени деформации необходимой для полного
, „ , /?о
закрытия дефекта, от относительной высоты дефекта -г=- при осадке на плитах
По
различной формы;
О — плоские плиты; • — плоские, нижняя плита с отверстием; □ — плоские (осадка
со смазкой); х — вогнутые сплошные; А -- вогнутые, нижняя плита с отверстием;
+ — выпуклые плиты; h0 — высота дефекта; Л/о — высота заготовки [33]
деформации при осадке. График показывает, что дефекты до 2%
от высоты заготовки закрываются при местной степени деформа-
ции, равной ~30%, тогда как крупные дефекты, достигающие
6, 8, 10%, — лишь при 60—70% местной деформации.
§4. СОДЕРЖАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ РАЗРАБОТКИ
Ковка должна осуществляться в соответствии с детально
разработанным технологическим процессом. Примерная после-
довательность этапов разработки технологического процесса ковки
следующая:
1. Техническое и экономическое сопоставление возможных
вариантов ковки и ориентировочный выбор способа ковки.
2. Составление чертежа поковки по чертежу детали.
3. Определение объема и массы заготовки (слитка) по чертежу
поковки с учетом отходов металла, получающихся при изготов-
лении поковок.
4. Установление величины необходимой уковки и определение
соответствующих размеров заготовки (слитка).
5. Определение вида, количества и последовательности куз-
нечных операций для изготовления поковки, а также выбор или
конструирование соответствующего инструмента.
б. Разработка теплового режима нагрева, подогрева заготовки
и охлаждения поковки.
7. Установление типа и размера оборудования для ковки.
8. Расчет состава рабочей бригады и норм времени на ковку.
9. Разработка мероприятий по технике безопасности работы
и охране труда.
10. Определение себестоимости производства поковок.
Разработка технологического процесса в условиях проект-
ной организации и завода имеет некоторые отличия. При состав-
лении проекта цеха учитываются необходимость использования
новейшего производительного оборудования, соответствующее раз-
мещение его с целью механизации, высокая загрузка всех исполь-
зуемых машин, минимальная себестоимость, получение поковок
высокого качества и т. п.
Технолог, разрабатывающий процесс изготовления поковок
в условиях завода, должен учитывать наличие данного вида обо-
рудования, его мощности, существующие схемы организации ра-
бочего места, квалификацию рабочих и другие конкретные об-
стоятельства данного предприятия. Однако и перед технологом
завода стоит задача получить возможно большую производитель-
ность, высокое качество и минимальную себестоимость продукции
при обеспечении условий техники безопасности на рабочем месте.
Прежде чем приступить к разработке технологического про-
цесса, необходимо установить, каким способом будет изготов-
ляться данная поковка. Во многих случаях этот вопрос решается
без каких-либо расчетов. Если масса и габаритные размеры поко-
вок превышают допустимые для штамповки, то ковка их неиз-
бежна. При меныпей массе поковок решающим фактором является
серийность производства (заданная программа или величина за-
каза на поковки), причем если серийность исчисляется многими
сотнями изделий, то может быть применена штамповка, а если
десятками, то ковка. Дополнительным фактором является кон-
фигурация поковок, сложность которой учитывается при уточ-
нении принятого варианта разработки. С этой целью исполь-
зуются Классификации поковок по их форме. Когда недостаточно
ясно, какой из процессов следует принять, приходит на помощь
расчет так называемых критических серийностей, который в каж-
дом отдельном случае уточняет границы серийности для наибо-
лее целесообразных технологических решений (см. гл, XI).
Приступая к разработке технологического процесса ковки,
прежде всего технолог устанавливает вид исходной заготовки
для данной поковки (слиток или катаная заготовка) и тип обо-
238
рудования (пресс или молот). Определяющим признаком при этом
служит масса поковки. Для поковок массой до нескольких сот
килограммов применяются блюмы и катаные заготовки (см. § 1
г.щ П), причем куют их на молотах с массой падающих частей
от 100’кг ДО 7 т. Поковки типа гладких валов могут быть отко-
ваны на молотах из слитков углеродистой стали массой до 1000—
1500 кг. Слитки массой от 200—500 кг из высоколегированных
сплавов, в частности из тех марок стали, которые отличаются
лучшими результатами при динамической обработке давлением,
также подлежат ковке на молотах. Более тяжелые слитки куют
на гидравлических (или парогидравлических) прессах усилием
от 6 Мн (600 т) до 150 Мн (15 000 т).
В отдельных случаях при выборе способа ковки прибегают
к технико-экономическому анализу вариантов технологии. Для
определения целесообразности применения при ковке подклад-
ных штампов или специального (не универсального) инструмента,
приспособлений, дополнительных средств механизации и т. п.
необходимо произвести экономический расчет (см. гл. XI).
Когда технологический процесс уточнен, технолог разраба-
тывает чертеж поковки по эскизу детали и таблицам припусков,
допусков н напусков. Эти данные берут из соответствующих
ГОСТов (7899—59 для поковок, изготовляемых на молотах,
7062—54 — изготовляемых па прессах), в которых поясняется
техника нахождения указанных величин, определяющих точность
размеров поковок и объем металла, подлежащего снятию
в стружку. У некоторых поковок механической обработке под-
вергается вся поверхность, у других только часть ее.
Механическая обработка поковок назначается для устранения
дефектного слоя металла (снятия припусков); удаления лишнего
металла в тех местах, где форма поковки не соответствует форме
детали (удаления напусков); обеспечения заданных размеров
детали и чистоты обработки поверхности. В дефектном слое ме-
талла могут быть раковины или вмятая окалина, обезуглерожен-
ный металл, поверхностные трещины и складки. К числу погреш-
ностей обработки, вызывающих необходимость назначения при-
пусков на поковки, относят искажения геометрической формы
поковки (перекосы, сдвиги, разнотолщинность, разностепность,
Неровности поверхности, коробление и другие, зависящие от
оборудования, инструмента и теплового воздействия на металл).
Указанные дефек'ры и погрешности частично могут быть взаимно
компенсированы, так что в общем случае припуск на механи-
ческую обработку меньше суммы отдельных составляющих, опре-
деляемых расчетом. Узкие и небольшие уступы, выступы малого
радиуса и т. и. не воспроизводятся, в связи с чем появля-
ются напуски, упрощающие форму поковки в виде некоторого
слоя металла, который так же, как и припуск удаляется
В стружку.
23р
Для иллюстрации структуры припусков и допусков на поковки
приводится схема (рис. 129), на которой припуски П и допуски Д
отнесены условно к одной стороне поковки. Расчетные припуски
и допуски устанавливаются в промышленности двумя способами.
При первом способе (рис. 129, а) так называемый односто-
ронний допуск Д характеризует разность между максималь-
ным размером D.. и минимальным размером Di поковки. В рас-
сматриваемом случае номинальный размер поковки соответствует
ее размеру без допуска; при этом номинальный размер поковки
совпадает с минимальным и получается прибавлением к размеру D
детали величины припуска
П', т. е. DH -= Lh - D +
П'. Припуском в дан-
ном случае является м и-
нимальиый слой
металла, удаляемый ' при
механической обработке.
Фактический при-
пуск Пф больше, так
как в стружку, помимо
металла припуска, входит
слой металла, отвечающий
Рис. 129. Две системы назначения припус-
ков П и допусков Д поковок
в каждом отдельном слу-
чае допускаемому отклоне-
нию размера от номиналь-
ного Пф = II + (0-:-Д). При изменении допуска от 0 до вели-
чины Д размер поковки изменяется от Дл доД2.
При втором способе (рис. 129, б) пользуются так называе-
мыми двухсторонними допусками; при этом весь
диапазон допускаемых отклонений размеров поковок делят на
две части. Одна часть допуска (Дй — верхнее отклонение или
плюсовой допуск) при прибавлении к номинальному размеру
дает максимальный размер поковки = DH + Д3. Вторая часть
допуска (Дх — нижнее отклонение или минусовой допуск), вы-
читаемая из номинального размера, дает минимальный размер
поковки D3 = Dr[—Дг. Фактический припуск при этом изме-
няется в пределах от П —Дг до II + Дг. Если Д[ = Да, то система
двухсторонних допусков называется симметричной, в противном
случае — несимметричной.
При двухсторонних допусках величина припуска П больше П’
на величину нижнего отклонения допуска Дг. Оба способа уста-
новления допусков применяются в промышленности, поэтому,
сопоставляя припуски, нужно отличать величины припуска П’
односторонней системы допусков от припуска П двухсторонней
системы допусков. ГОСТы составлены по двухсторонней системе
допусков, но в отдельных заводских нормалях имеются и одно-
сторонние допуски. Из сопоставления обеих систем допусков
240
следует, что для расчетов припусков и полей допусков целесооб-
разно пользоваться односторонней системой, в которой припуски
и допуски являются истинными величинами. Для наладки и кон-
троля процесса изготовления поковок более удобна двухсторон-
няя система допусков. При пользовании ГОСТами следует иметь
в виду, что в них приведены наибольшие величины припусков и
допусков. Таким образом, ГОСТы не допускают лишь превышения
определенных величин припусков и допусков, однако возможность
их уменьшения при условии получения годной детали после ме-
ханической обработки обязательно нужно учитывать при раз-
работке технологического процесса.
Рис. 130. Чертеж поковки с припусками, допусками и напусками
При вычерчивании поковки пользуются обычными правилами
технического черчения; отличия состоят в том, что внутри кон-
тура поковки обозначают более тонкими сплошными линиями
эскиз детали. Ниже каждого размера поковки в скобках ставят
размер детали, а справа от размера поковки — допуски (±Д).
На рис. 130, а приведен эскиз детали (многоступенчатый вал)
с припусками согласно ГОСТу 7829—59 для поковок, изготовляе-
мых из углеродистой стали ковкой на молотах. Допуски опре-
делены на все размеры вала по диаметру и на общую его длину.
При проверке возможности отковки уступов (по тому же ГОСТу)
было установлено, что короткие концевые уступы Z и II отковке
не подлежат, поэтому в этих местах предусмотрены папуски
(рис. 130, б}.
По чертежу поковки определяют ее объем, разбивая чертеж
поковки на части, простые по форме, а затем и ее массу. Общая
масса заготовки (слитка) G получается как сумма
G = + Go6, + Gs I- G^ + Gnp h Ga, (49}
где Gnof. — масса поковки;
— масса отхода на обсечки (0—5%);
Gg — масса выдры (8—12%);
G^ — масса отхода на угар (—2% при нагреве и 1,25% при
подогреве заготовки);
16 Я. М. Охрименко 597 241
Gnp— масса прибыльной части слитка (20—25% для угле-
родистой и 25—35% для легированной стали);
Gp — масса донной части слитка (5—7% ДЛЯ углеродистой
и 7—10% для легированной стали).
При ковке поковок из катаного металла последние два состав-
ляющих равенства отсутствуют. Как уже отмечалось, прибыль-
ная и донная части слитка, составляющие наибольшую величину
в общих отходах при ковке слитков, являются в действительно-
сти отходами не кузнечного, а сталеплавильного производства.
По массе поковки и отходов определяют размеры заготовки
или слитка. Считок приходится выбирать из нормального ряда
по размерам, равным расчетным, либо ближайшим большим.
В последнем случае у слитка появляется так называемый годный
остаток. Если из этого остатка не удастся изготовить какую-либо
поковку, то он идет в переплав и должен быть вклгочен седьмой
составляющей в сумму равенства (49). Данные, необходимые для
расчета отходов на обсечки, угар и пр., можно найти в специаль-
ных справочниках, например в [861 или в заводских нормалях.
Эти данные составляются с учетом типа стали, массы слитков,
способа нагрева металла и т. л. Для приблизительных расчетов
отходов при ковке из блюмов, слябов и прутков суммарные по-
терн металла учитываются расходным коэффициентом КР'~> 1,
тогда расчет необходимого количества металла производится
по формуле
G = Кр6пж. (50)
Значение величины /<„ — -Д- приведено в табл. 29. Не-
трудно видеть, что расходный коэффициент является обратной
величиной коэффициента выхода годного при ковке поковок г|пок.
Действительно, обозначив через Gonx массу отходов, получим
„ б GPnix Gn0K
Ппй: ”” Q Q >
откуда
По найденной массе заготовки можно установить ее исходные
размеры с учетом тех величин уковки, которые должны обеспе-
чить наилучшие механические свойства металла поковки. Труд-
ности здесь состоят в том, что обеспечить одинаковую уковку
в различных частях поковки сложной формы обычно не уда'ется.
Однако в большинстве случаев и требования к различным частям
детали в соответствии с выполняемыми ими функциями также
неодинаковы. Тогда выделяют наиболее ответственную часть де-
тали и рассчитывают для нее оптимальную уковку; при этом
остальные части детали получают уковку, большую или меньшую
Ж
Таблица 2д
Величины расходных коэффициентов и коэффициентов выхода годного
при изготовлении поковок из прокатанного металла (по В. В. Керекешу)
№ группы поко- [|ОК Изготовление поковок кр
1 Без обсечкн (фланцы глухие, круглые,
овальные, пластины, кубики) 1,2—1,03 0,97-0,98
2 Протяжкой с последующей гибкой в сне-
циальных приспособлениях (скобы, вил- ки) 1,03 0,97
3 Осадкой с последующей разгонкой полотна или подсадкой кольцом (шестерни, флан- цы, муфты, крышки) 1,03 0,97
4 С помощью клиновых накладок (клинья, шпонки) 1,05-1,09 0,92- 0,95
5 Протяжкой; длипноасные одинакового се- чения по длине (валы, бруски, планки, стержни) 1,06—1,08 0,92—0,94
6 Протяжкой, с односторонними уступами (двухступенчатые валы, валы с фланцами, болты) 1,07—1,09 0,92—0,93
7 Протяжкой, с двухсторонними уступами (многоступенчатые валы, прямоугольные бруски с уступами) 1,08 1,1 0,91—0,92
8 Осадкой с последующей прошивкой, раскат- кой, протяжкой на оправке (кольца, втул- ки, обечайки) 1,10—1,12 0,8--0,9
9 С обссчкой краев (секторы, державки, ку- лисы, собачки) 1,09-1,12 0,8—0,92
установленной, но достаточную для ликвидации литой структуры
при ковке.
На практике распространен способ расчета размера заготовки
по минимальной у ковке, необходимой для наибольшего сечения
поковки. Если поковка с наибольшим сечением Fmax получается
протяжкой болванки, то при минимальной у ковке Kmitl исходное
сечение болванки F6 находят из выражения
JP _ , р __ Ешзх
Amin- Ч' Лт.п '
Тогда длина исходной болванки может быть найдена как
= V : F6,
где V — объем поковки с учетом отходов при нагреве и в про-
цессе ковки.
Если поковка изготовляется из слитка, то протяжке пред-
шествует операция биллетирования, при которой уковка обычно
не превышает 1,1 для донной части. При биллетировании слитка
!6* ш
наименьшее его сечение с учетом уковки составляет 1,1?б, а на
остальных сечениях уковка превысит величину Кт1Т> за счет ко-
нусности слитка. Дополнительная уковка может получиться при
переходе от одного профиля заготовки к другому у поковки.
Например, при переходе с круга диаметром D на вписанный квад-
рат со стороной а отношение размеров соответствует D = (1, 3
1,4) а, что отвечает уковке равной К 1,7. При переходе
с квадрата на круг удается выдержать соотношение размеров
а—(0,97 т 0,98) D, при этом незначительной дополнительной у ков-
кой можно пренебречь. Если при необходимой уковке сечение
и объем слитка получаются по произведенным расчетам чрезмерно
большими, то возможно изготовление двух или даже нескольких
поковок из одного слитка, что обычно приводит к повышению коэф-
фициента выхода годного. Однако это решение может оказаться не-
приемлемым из-за усложнения условий нагрева металла и необ-
ходимости более мощного оборудования. Другая возможность
увеличения уковки состоит во введении дополнительной опера-
ции осадки. Этот и другие вопросы относительно необходимой
уковки для различных технологических схем рассмотрены в § 3
данной главы.
Зная размеры заготовки (слитка) и схему переходов при ковке,
можно определить типоразмер необходимого оборудования. При
определении размера основного ковочного оборудования (молота,
пресса) ориентируются на наиболее тяжелую операцию данного
технологического процесса. Например, при протяжке с проме-
жуточной или окончательной осадкой определяющей операцией
является осадка и, вероятнее всего, окончательная, поскольку
в этих условиях пониженная температура металла обусловли-
вает наибольшее необходимое усилие на деформацию. Для опре-
деления усилия пресса и массы падающих частей молота исполь-
зуются методы, излагаемые в курсе «Теория обработки металлов
давлением», а также различные графики, эмпирические фор-
мулы и нормали, приведенные в специальной справочной лите-
ратуре. у
Таблица 30
Масса падающих частей молита в /сг Средняя и наиболь- шая масса фасонных паковок в кг Наибольшая масса гладких валов в кг1 Наибольшее сечение заготовок (сторона квадрата) в о
100 0,5 —2 10 50
300 3—10 45 85
500 8—25 100 115
1000 20—70 250 160
2000 60—180 500 225
3000 100—320 750 275'
5000 200—700 1500 350
244
В табл. 3() приведены ориентировочные данные для определения
необходимой массы падающих частей пневматических и паровоз-
душных молотов в зависимости от массы или сечения поковок
191 ].
Масса падающих частей молотов может быть также определена
исходя из удельной работы деформации. Для поковок из угле-
родистой стали эта величина составляет приблизительно 40—
50 кдж/м3 (—0,4—0,5 к Г -м/см3), а для легированной стали 60
70 кдж/м3 (—0,6—0,7 кГ-м/см3). Ниже приведены среднестати-
стические данные для ковки на прессах [87].
Усилие пресса Масса слатка в кг Диаметр слитка в мм
в Мп в m
6 600 500—2 000 200—500
8 800 2 000—3 000 250—600
10 1 000 4 000—8 000 300—800
20 2 000 15 000-30 000 400—1200
30 3 000 30 000—60 000 600—1600
60 6 000 60 000—12 0000 1000—2500
100 10 000 150 000—250 000 2000—2800
Если выбранный типоразмер оборудования должен быть под-
твержден расчетом, то следует исходить из конкретных данных
о заготовке применительно к каждой технологической операции.
Наиболее просто определяется усилие, необходимое для осадки
слитков или болванок под прессами:
-= <52)
где руЭ — удельное усилие на деформацию в «Ли2;
FK — сечение осаженной заготовки в м2.
Если у слитка (заготовки) ™ = 0,4-:-0,5 и осадка не превы-
тает 50—60% (К = 2,0ч 2,5), то расчет можно вести по пределу
текучести, который при температуре ковки углеродистой стали
не превышает 12,2—19,6 Мл/лг (~1,25—2,0 кГ/мм2), а для легиро-
ванной - 14,7—29,4 МнЛи2 (—1,5—3,0 кГ/мм-).
При большей степени деформации и при осадке заготовок
с >2 расчет необходимо вести по формулам, учитывающим
соотношение размеров заготовки и контактное трение.
Для указанных условий можно воспользоваться формулой,
выведенной по схеме, предложенной С. Н. Петровым [61 ],
= °т (о 4~ у (53)
245
Сопротивление деформации сТалй При Температуре конца
ковки сгт го можно определить, например, по данным, приведен-
ным в табл. 31.
Таблица 31
Сопротивление деформации аг(() стали при высоких температурах
(по ПокраЕ1ду)
Предел прочности Стали в ненагретом состоя НИН Температура стали n °G
800 900 loot) 1100 Г201) 1300
в Мн‘м! в кГ /мм*
400 40 6,5 4,5 3,0 2,5 2,0 1,5
600 60 11,0 7,5 5,5 3,5 2,5 2,0
800 80 16,5 11,0 7.5 5.0 3,5 2,5
Величина контактных сил трения т устанавливается по спра-
вочным или экспериментальным данным. В условиях ковки при
высоких температурах и без смазки можно ориентироваться на
максимальные силы трения ттах -= O,5crf тогда формула (53)
приобретает вид
= (53')
При меньших силах трения, чем максимальные, можно при-
нять одну из известных в теории обработки металлов давлением
закономерность для сил трения.
При использовании зависимости т = <тг р формула (53) для
определения удельного усилия осадки под прессом совпадает
по написанию с формулой Э. Зибеля
В условиях осадки заготовок под молотом среднее удельное
усилие может быть определено по формуле А. Д. Томлепова 1871
Руд = (54)
где Сх — коэффициент, учитывающий влияние трения между бой-
ками молота и заготовками с различным соотношением
размеров;
2 5 10 20 30
С, . . . 1,4 1,6 1.8 2,2 2,6
Са — коэффициент, которым оценивается влияние динамиче-
ского эффекта; для паровоздушных и пневматических
молотов сто принимают равным 2,5.
246
Количество ударов молота, необходимое для осадки, можно
определить по формуле
ЮЛ I А \
П ~ aG L = aG ) ’ (55)
где д — общая работа, необходимая для осадки, в дж (кГ-м)\
а— величина эффективной энергии одного удара молота,
отнесенная к массе падающих частей молота. По дан-
ным А. И. Зимина [25] величина а в среднем составляет
3,5 щ;
G — масса падающих частей молота в кг.
Работу при осадке можно определить по следующей формуле,
выведенной по схеме С. Н. Петрова [61J:
Л - <гт to VCM + 1,4т^(К? - 1), (56)
где — смещенный объем при осадке (VCM = V In K’J;
Ra — радиус исходной заготовки;
Ен — коэффициент уковки при осадке = тр) •
Первый член правой части равенства учитывает работу дефор-
мации, а второй — работу на преодоление сил трения.
В условиях максимальных сил трения (ттах 0,5от) расчет-
ная формула принимает вид
/Ь-от [V„,-| 0,7^ ( А?- 1)], (56')
а при т — <гт (й р соответственно
А = 1,4р^(А?- 1)]. (56")
Удельное усилие для протяжки плоскими бойками по
С. И. Губкину может быть рассчитано как
(57)
Если ширина заготовки больше подачи Ва )> а0, то величина
с — Во и Е ап; при а0 > Вп величина с — ап и Е — Во.
При вытяжке в вырезных бойках расчетное удельное усилие
увеличивается на 25%. Для получения общего усилия удельное
усилие умножается на площадь контакта плоского бойка с заго-
товкой. По найденному усилию подбирается пресс (принимается
равный или ближайший больший из размерного ряда).
Аналогично рассчитываются операции раскатки и разгонки.
Усилие закрытой прошивки на прессах определяется по фор-
муле (53). Величина FK в данном случае является площадью попе-
речного сечения прошивня (н л-гл1а), руд при 1200° С принимается
равным 20—40% от сопротивления деформации стали в ненагре-
том состоянии. Например, для снарядной стали с ое = 800 Мн/м2
('?'80 кГ/мм2)-, руд при прошивке равно 245—343 МнЫ2 (~20—
35 кПмм2), При открытой прошивке величина усилия меньше.
247
Расчет удельного усилия производят по формуле
=(' 1тг)(' u|'l5ln-?-), (5S)
где d — диаметр прошивня в лги;
h — толщина выдры в мм;
D — диаметр заготовки в момент прошивки в мм.
При ковке пустотелых поковок в вырезных бойках удельное
усилие на прессах находят по формуле
P^’I.O5[H (59>
где Й — толщина стенки пустотелой поковки в мм;
Dn — наружный диаметр поковки в леи;
b — ширина вырезного бойка в мм.
После установления типоразмера оборудования уточняют тех-
нологический процесс по операциям и увязывают его с тепловым
режимом ковки. Помимо обеспечения необходимой структуры
металла, тепловой режим, и в частности температурный интервал
ковки, обусловливает определенную длительность остывания за-
готовки. Это дает возможность установить время ковки. Если
этого времени не хватает, то применяют ковку в два выноса с про-
межуточным подогревом металла. При ковке поковок роторов
и других тяжелых поковок число выносов нередко достигает
5—6 и более. Длительность операций определяется при нормиро-
вании процесса по элементам. Необходимое время ковки в зна-
чительной степени зависит от быстроходности оборудования, сте-
пени механизации вспомогательных работ и применения специаль-
ных приспособлений при ковке, что, в свою очередь, определяется
серийностью производства данного типа поковок. В индивидуаль-
ном производстве поковок время ковки относится ко времени,
затраченному на вспомогательные операции с уже нагретым
металлом (выемка из печи, подача к прессу, установка, повороты,
кантовки и др.) как 1 : 2 и даже 1 : 3. По этой причине при раз-
работке технологических процессов ковки следует использовать
все имеющиеся возможности для организации специализирован-
ного производства поковок и обеспечения его экономической
эффективности (унификация поковок, кооперирование и т. д.,
см. гл. I).
Одним из средств увеличения производительности при изго-
товлении поковок ковкой является разработка группового техно-
логического процесса для поковок, заранее классифицирован-
ных и подразделенных на группы. В условиях типовой технологии
для группы поковок легче осуществить механизацию и даже авто-
матизацию, а также программирование операций ковки.
В последнее время для облегчения трудоемкой работы по состав-
лению многочисленных технологических процессов при большой
248
']'аёлица
Примерная технологическая карта
Hex прессовый ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ КАРТАХ'. 1 Вариант Лис г
Всего листов
Химический анализ стали Обозначенне Заказ Наименование №
Механические свойства стали Изделие Двигатель
Деталь Коленчатый вал {рис. I3i >
Чертеж —
TbeppfiCTb по НВ Предел прочности Относительное удлинение Маркировка отходов Клеймение детали
— - -
Использование отходов Группа отходен № 7 по табл. 29 № планки № поковки Ли заказа
Наимено- вание Размер в -«-и Масса в ка Исполь- зование отхода
Годный остаток 35SX650X840 1500 Идет на склад
хМссто расположения эскиза к оличество штук и партии Ковочное оборудование
4 ре ее ус илием 9,8.М« {! ИЙ гн) tH и четкие условия №
Слиток Баланс металла Те
Тип । №4 по тябл. 5 Статьи М леса в кг В % Режим термической обработки Ni
Размер £,„=1550, 0^=687 Масса паковки 2100 32,3 Уков- ка У колена У конца 2 Л К),б
Марка 35 Остаток годного 1506 23,0 Число нагревов 5
Масса слитка Выдра - Выход годного 55%
Обрубк! 40 | 0,6 Разряд работы 8
Масса поковки 2,1 m Отход снизу 390 6,0 Норма времени &4
Количество но- ковок из слитка Отход св ер* у 2000 31,0 Отправка В терми- ческий цех
Чистая масса детали В rrt Обоз- наче- ние по- ковки по кл ас-. сифи- КацИн Цехо- вая стой- Объем рабо- ты в чел час Проба 120 1.9 Проба: продолъная
мость поков- ки Угар 350 5,9
1,47 IMG 2260 I РУ6- 50,05 Итого . 65С0 юо.о
249
Цех прессовый
Технологическая орта №
I .№ операция № перехода ЛЬ элемента работы Наим снова р гие операций, перехо- дов я элементов работы Н а г'| ей Темпсратура в °C Режим охлаждения Состав бригады Расценка |
1 Продолжи- тсльность | в ч 1 Ковки Печи’ перед посадкой Квалифи- кация Разряд Количество.
№ печи S я и о £Ц nd ч я S* я д конца |
1 1 Н arp efi Посадка слитка в печь в патроне Нагрев слитка Максимальная температура нагрева 1250 °C 7.U Не ВЫШ £ 1000 —
2 3 4 1 2 1 2 3 4 1 3 Смена патронов Выдача из печи Заделывиние при- были под требуе- мый диаметр Снятие большого патрона и установ- ка Патрона необхо- димого диаметра Посадка в печь Подогрев Протяжка заго- товки Выдача из печи Протяжка на пластину 6S0X350 At л Посадка в печь 4,5 1230 1230 ЭДЭ 350 ПОТ 1100 Кузнец Ста ршцй подручный иодруч- иый Кранов- щик VIII VI V VI 1 4 1
6 3 4 5 1 2 3 5 Подогрев Подготовка кон- ца А Выдача из печи Разметка низа пластины по эскизу Зарубка нижнего конца Оттяжка конца на о 275 AtAi Пссздкз в печь 4,0 1230 300 пот На воздухе Сварщик Машинист VI VI 2 1
7 8 6 7 1 2 3 4 Подогрев Отделка конца А Выдача из печи Отделка конца Л по эскизу Отрубка заготовки Посадка в печь 3,0 1230 еоо 1100
250
Продолжение табл- '12
Пор мл времени
Учи ThiB<ie мое
основное
G
0,.=
0,5
0,25
0,35
0,35
0,25
0;
1,0
Вариант
О
Инструмент
Наимено-
вание
Патрон для
низа
Плоений боек
Топор
Патрон
; кв^дратниЙ
Плоский боек
II нтрон
квадратный
Эскизы переходов
।11лоский боек ~\35V Переход 8 и 7
Л'=1,.5 Топор п 1 Ш5
/S S Годный остаток
251
Эскиз расположения оборудования и организации рабочего места
1 — пресс усилием 9,8 Л!« (1000 т)
2 — мостовой крап грузоподъемностью
245 кя (25 т);
J — мостовой кран грузоподъемностью
196 кя (20 т};
4 — поворотный кран грузоподъемностью
78 хя (8 т);
5 — аппарат управления;
5 — печь;
7 — печь;
S — печь;
,9 — стойки для инструмента;
/С? — склад оправок
Графи* работы
Элементы работы Коли- чество рабочих П родол- житель- лость элем еитов работы в ч Объ?м работы В У Распределение элементов работы во времени и между рабочими бригадами
Посадка в печь 7 1.5 10,5 Вся бригада, кроме ма- шиниста
Нагрены 2 23.5 — Сваркцнки
2§2
Продолжение табл. 32
Вариант
Норма времени
Инструмент
Учитываемое
Наимено-
вание
Эскизы
переходов
Дата
Топор
Пл-::ский боек
Дата Было Изменено ГТисьм о
Отметка изменений
Технический отчет
Дата
п
3
’ S
С №
11р одолжение
Элементы работы Коли- чество рабочих Продол- житель- ность элементов работы в ч Объем работы в ч Распределение элементов работы во времени и между рабочими бригадами
Выдача из печи 7 1,75 12,25 Вся бригада, кроме ма- шиниста
Заделка прибыльной части (i 0.25 1.5 Вся бригада, кроме свар- щика
Смела патрона б 0,35 2,1 Тс же
Протяжка б 0,5 3,0 *
Заготовка конца | G 1,0 fi,0 *
Отделка конца 1 б 1,0 6,0 ; »
Отделка второго конца 6 1,25 4,5
Уборка поковки 3 0,4 1,2 Подручных — 2, кранов- щик 1
Остывание — 24,0 —
Цикд работ — 55.5 —
Об'Ьём работ в челчас — — SO. 05
353
номенклатуре поковок делаются попытки просчитывать варианты
технологии на счетнорешающих устройствах. Трудности составле-
ния соответствующих алгоритмов окупаются быстротой получения
необходимых решений. Небольшой опыт, имеющийся в этом на-
правлении, свидетельствует о реальной возможности находить
оптимальные технологические решения, затрачивая па это в де-
сятки раз меньше времени, чем при обычном методе расчета.
Ио данным окончательно установленного технологического
процесса определяют себестоимость поковок и деталей, получае-
мых из них (методику расчетов см. в гл. XI). В заключение про-
сматривают технологический процесс с точки зрения условий тех-
ники безопасности работы. Это особенно важно при введении
в действие новых приспособлений, механизмов и установок.
Рис. 131. Поковка коленчатого вала, изготовленного за пять выносов
Все технологические расчеты вносят в специальную ведомость,
называемую на заводах картой технологического процесса
(табл. 32).
Эта карта является основным производственным документом
кузнечного цеха, поскольку дает представление о всех элементах
технологического процесса, порядке его исполнения и технико-
экономических характеристиках производства данной поковки.
На различных заводах применяют карты, содержание которых
несколько отличается одно от другого. При большой номенклатуре
поковок и более простых технологических процессах применяют
сокращенную карту, которую называют операционной. В такой
карте отсутствуют подробные сведения о химическом составе
и механических свойствах стали, а указываются лишь марки
стали; вместо эскизов переходов даются только их названия,
инструмент не нумеруется, а указывается его тип и т. и. Соблюде-
ния режима, указанного в карте, является обязательным. Могут
быть изменены лишь темпы работы для ускорения операций после
извлечения заготовки из печи. В данном случае поковка коленча-
того вала (рис. 131) изготовляется за 5 выносов, при этом металл
нагревается 1 раз и подогревается 4 раза. На нагрев и подогрев
затрачивается 23,5 ч, остывание поковки происходит за 24 ч,
254
На кузнечные операции при изготовлении коленчатого вала Тре-
буется 8 ч из общего количества 55,5 ч, затрачиваемых на весь
производственный цикл. Продолжительность обработки металла
составляет 4 ч (50% времени, затрачиваемого на технологические
операции ковки); остальные 4 ч расходуются на вспомогательные
операции. Выход годного при ковке вала из слитка массой 6500 кг
и годном остатке массой 15 000 кг соответствует расходному
коэффициенту К,, 1,8. Отходы от слитка составляют 37%,
годный остаток 23%, отходы при ковке 6,5%, потери на пробу
1,9%.
§5. УСОВЕРШЕНСТВОВАННЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ
ПРОЦЕССЫ КОВКИ
Ниже рассматриваются технологические процессы ковки в по-
рядке возрастания степени специализации и усовершенствования
производства поковок; вначале даны примеры ковки на прессах,
а затем — на молотах. Рационализация изготовления поковок
осуществляется в различных направлениях, основные из них
состоят в приближении конфигурации поковок к форме детали
и уменьшении трудоемкости их производства. Помимо экономии
металла, это обычно сопровождается увеличением производитель-
ности труда, сокращением цикла ковки и повышением качества
поковок %
Ковка на прессах
Технологический процесс изготовления поковки колонны гид-
равлического пресса усилием 118 Мн (12 000 ml усложнен двумя
промежуточными термическими обработками, вызванными ответ-
ственным назначением детали (табл. 33). Ковка колонны из средне-
углеродистой стали осуществляется из слитка массой 242 т при
горячей посадке в печь для нагрева до 1200D С за 52 ч (графики
нагрева приведены в табл. 33). После биллетирования слитка на
круг диаметром 2100 мм болванка трижды нагревается: сначала
для предварительной протяжки на восьмигранник, затем для
Оттрубки концов и повторной протяжки на круг диаметром 1800 мм
и, наконец, ковки средней части поковки на диаметр 930 лги.
После этого следует промежуточный отжиг всей болванки и оче-
редной нагрев для вытяжки со стороны головной части А слитка
на диаметр 1045 мм. Следующей операцией является повторный
отжиг болванки и очередной нагрев для ковки конца Б на размер
Ю45 мм, после чего готовая поковка поступает на термическую
обработку перед грубой механической обработкой. Окончательная
термическая обработка завершается контрольными операциями.
1 Болзу подробно см. Я. М. Охрименко, ЭД. С. Цибанопа, Технология
свободной ковки, М., НТО ЭДг.шпром, 1963.
Таблица r?rii
Схема технологического процесса конки и термической обработки (ЧССР)
Деталь: Колонна для пресса усилием П8 Мн (12 000 т)
№ чертежа J |
Размеры детали
приводится в скобках
\ Химический '• состав и % \ Баланс материала
1 в КС
Углерод 0h37— 0,45 >•• Слиток 242 ООО
Марганец 0,60—0,30 Поковка НО 000
Кремний 0, [7 — 0,35 Хром не более 0„ 30 I [рибыльняя часть елнтка 63 500
Никель нс более 0,30 Донная часть слитка 14 500
Фосфор нс более 0,04 Сера не более 0,04 Сера ••• фосфор не более 0,07 Окалина 24 000
Механические свойства
В %
ню Рв = 490 Л4/,•/,«8 (50 кГ/.н.м8)
58 Пт— 245 Мн/я2 (25 К/7-.ИЛ42)
2G бБ = 15%
6
10 Уковка на размере диа- метром 1045 равна 6
Графики и .эскизы
Операции
----------------------------------
1<
Посадка горячего слитка в печь н его
нагрев. Начальная температура
я печи 8М* С
tfftF
~зво° V
~м~ *-& —
Предварительна я протяжки слитка
па диаметр 2100 о
*ЗЖ
Нагрев в печи с выдвижным подом
Предварительная протяжка на вось-
мигранник толщиной [800
Рубка части Д прибыльного конца
слитка
Посадка в печь
Нагрев в печи с выдвижным подом
Рубка прибыльною и донного кон-
цов слитка
Повторная ковка на диаметр 1800 ami
Масса слитка ^160 000 кг
256
Продолжение табл. 33
Операции
Нагрев в печи с выдвижным подом
Корка средней части поковки до раз-
мера диаметром 930 лл£
Промежуточный отжиг всего изделия
Нагрев в печи с неподвижным подом
Вытяжка головной части Л слитка
Окончание ковки при температуре
800D С
Промежуточный отжиг нсего изделия
После окончательной ковки сторО’
ны Л перевести изделие в печь
для отжига
Установка изделия в печи горячим
концом и продвижение его через
каждый час на 2,5 м
Я. М. Охрименко
597
2о7
17
Продолжение табл. 33
Операции
Термическая обработка изделия по
ред грубой механической обработ-
кой
Разметка и перевозка изделия
Грубая механическая обработка
Термическая обработка после грубой
механической обработки
Пранка изделия
После термической обработки, в результате
которой должны быть получены требуемые
значения механических свойств изделия»
проводятся отбор образцов для испытания
по условиям приемки
Поковка получает шестикратную уковку на частях ее диаметром
1045 мм. Выход годного соответствует 58%. В окалину уходит
10% металла, на донную и прибыльную части слитка приходится
32%.
I)?- Значительную экономию расхода металла на поковки можно
получить за счет правильного выбора формы и типа слитка.
Увеличение серийности производства поковок при кооперации,
унификации различных типов поковок, а также при групповой
технологии дает возможность не подбирать слиток по имеющейся
номенклатуре, а заказывать слитки оптимальных форм, размеров
и типов (ем. § 1 гл. II).
Рассмотрим на примерах возможности уменьшения массы
исходной заготовки за счет сокращения отходов донной и головной
частей слитка, выдры для полых поковок и иа обсечки.
Исходная заготовка может быть уменьшена при использовании
удлиненных слитков с отношением //0: £)0 ^ 4. При разрубке
слитка на части полученные заготовки могут быть подвергнуты
осадке и применяться при ковке шестерен, дисков, штамповых
кубиков, колец и пр. При использовании удлиненных слитков
экономия металла получается за счет относительного уменьшения
массы прибыли, составляющей в данном случае 10—12% от массы
слитка и 2—3,5% донной части.
Обычные кузнечные слитки могут отливаться с плавающей
надставкой. Это дает возможность изменять массу слитка до вели-
чины, при которой весь годный металл расходуется на поковку,
или часть его в виде годного остатка используется на другую
поковку меньшего размера.
25й
Для полых поковок можно применять обычные слитки без
прибыли или с уменьшенной прибылью. При ковке из крупных
слитков поковок типа колец, бандажей, цилиндров, как
известно, применяется операция прошивки полыми прошив-
нями. При этом вместе с выдрой и при механической обработке
удаляются дефекты осевой части слитка. В этих случаях прибыль-
ные части слитков могут быть уменьшены или их совсем может
не быть.
В зависимости от требований, предъявляемых к полым по-
ковкам, они могут быть разделены на две группы в соответствии
с условиями эксплуатации детали: первая — внутренняя зона
деталей является нерабоче!! или неответственной; вторая — вну-
тренняя зона является ответственной, требующей определенных
механических свойств и качественной макроструктуры. Для пер-
вой группы возможно применение бесприбыльных слитков даже
в том случае, когда после механической обработки дефекты из
осевой части слитка остаются на поверхности внутреннего отвер-
стия. Для таких поковок оставляется уменьшенная прибыль
при условии, если пр технологическому процессу необходима
цапфа под патрон.
Для второй группы поковок бесприбыльные слитки могут при-
меняться при условии, если после прошивки и механической обра-
ботки внутреннего отверстия все дефекты осевой зоны будут уда-
лены. На Уралмашзаводе установлены объемы и сечения металла,
удаляемого из осевой зоны слитков, при которых на внутренней
поверхности детали гге остается следов дефектов:
У01Г1Х - (0,25-0,3) V;
dnP = (0,5—0,6) D,n,
где Vomx — суммарный объем отходов (выдра, угар, стружка)
из осевой зоны слитка;
V —- объем корпуса слитка;
dnp — приведенный диаметр суммарного отхода из осевой
части слитка;
Пв,г — диаметр, вписанный в основание корпуса слитка,
= ]/l28S-,
здесь /?0 — высота корпуса слитка.
При использовании приведенных выражений меньшие коэф-
фициенты (в скобках) следует принимать для малоответственных
Деталей при небольшой массе слитков, большой выдре и неболь-
шой осадке заготовки перед прошивкой.
При расчете технологического процесса определение массы
слитка с уменьшенной прибылью производится следующим обра-
зом. Например, для поковки массой 36 000 кг нужен обычный
И* 259
слиток массой 60 000 кг. Прибыль для такого слитка равна
II 700 кг, что составляет 19,5% от общей массы. Исходя из тех-
нических требований и необходимости отковки из прибыли цапфы
под патрон уменьшенная прибыль установлена равной 12%. На кор-
пус слитка и донную часть приходится 88%, или 48 300 кг. Масса
слитка с уменьшенной прибылью равна
„ 48 300-100
G -=-----SB-- “ 55 000 кг.
ЙО
Прибыль составляет 55 000 — 48 300 --- 6700 кг. По массе
прибыли устанавливаются ее высота и величина недолива прибыль-
ной надставки.
\ I | । /-* ________s;
*/ ^350^ ----(12go}
г) d)
Рис. 132. Переходы технологического процесса ковки бандажей
из бесприбыльного слитка:
а — слиток; б — слиток с удаленными головной и донной частями;
а — сбиллетнроваппая болванка; г — поковка после осадки; 5 — готовая
поковка
На рис. 132 показан пример ковки бандажа из бесприбыльного
слитка на одном из отечественных заводов; прибыльная часть
слитков уменьшена до 9—13%.
Бесприбыльные слитки для поковок применяются и за ру-
бежом 1.
Дефектная часть слитка на прессе усилием 24,5 Мн (2500 ш)
отделяется от периферийной части клиновым кольцом; затем
часть слитка высаживается за два приема, при этом дефектный
металл оказывается в виде хвостовика, а периферийный металл
слитка проковывается с заваркой дефектов. Во время всех опи-
санных операций слиток находится в вертикальном положении
в специальной матрице (рис. 133).
Слитки имеют уклон 12,5%, и отношение Но : == 2,5. Уста-
новка и передвижение верхнего инструмента и матрицы, а также
1 Головнев И. Ф. Свободная конка крупных поковок за рубежом.
«Кузнечно-штамповочное производство», 1959, № 4.
выталкивание поковки осуществляются с помощью плунжера
пресса* слиток и поковку перемещают два манипулятора. Ока-
лина со слитка удаляется гидравлическим способом. Применение
бесприбыльных слитков и здесь дает в среднем увеличение выхода
годного на 13%.
Для ковки пустотелых удлиненных поковок методом протяжки
на оправке наиболее выгодными исходными заготовками яв-
ляются полые слитки. Диаметр отверстия полого слитка опреде-
ляется из соотношения
Do А Р»
— «о -£б >
где D9 — наружный диаметр слитка;
Йо — внутренний диаметр^слитка.
Рис. 133. Схема операций при ковке бесприбыльных слитков:
а — слнток после отливки; б — прошивка кольцевым прошивнем; я — осадка в матрице
с засечкой кольцом; г — осадка в матрице с обжатием кольцом; 5 — заготовка после про-
тяжки; / — усадочная раковина; 2 — ликвэционная зона
Полые слитки могут применяться при ковке низких кольце-
образных поковок и дисков, но в этом случае слитки должны быть
небольшой длины (отношение 77-< 1,25^.
Структура полых слитков благодаря двухстороннему отводу
тепла от стенок изложницы и внутреннего стержня значительно
однороднее и мельче по сравнению с обычными слитками, поэтому
уковка для разрушения литой структуры может быть уменьшена
До 2.
Экономия металла при применении полых слитков достигает
25—30% за счет отсутствия выдры, уменьшения массы прибыли,
поддона и угара при сокращенном числе нагревов. Применение
полых слитков сокращает в 2—3 раза цикл ковки, так как при
Этом устраняются трудоемкие операции осадки и прошивки;
зщ
сокращается в 2—3 раза расход топлива за счет уменьшения дли-
тельности нагрева и числа нагревов полого слитка. Качество
поковок из полых слитков улучшается, а механические свойства
в поперечном направлении значительно повышаются.
На одном из отечественных заводов из пустотелых слитков
(массой до 80 000 кг) изготовляют поковки барабанов котлов
высокого давления (рис. 134). Слитки отливаются в изложницы
с секторным холодильником или с холодильником водяного ох-
лаждения (см. § 1 гл. II).
После затвердевания полый слиток (рис. 134, а) с температурой
650—700° С поступает в кузнечно-прессовый пех и сажается в печь.
За первый вынос производится биллетирование и протяжка
половины слитка на конусной оправке диаметром 760/700 мм
и отделка этой части до размеров поковки (рис. 134, б). За этот
же вынос производится надрубка прибыльной части. Процесс
протяжки ведется от прибыли на бурт пустотелой оправки, охла-
ждаемой водой. Затем заготовка снимается с оправки и сажается
в печь донной частью слитка. Отверстие в заготовке заделывается
кирпичом.
За второй вынос производится биллетирование, протяжка на
оправке, отделка второй части поковки и надрубка донной части.
Далее поковка отправляется на резку прибыльной и донной частей
(рис. 134, б), после чего производится термическая обработка —
закалка в масле и высокотемпературный отпуск. Следующая
операция — обдирка.
После обдирки (рис. 134, г) поковка возвращается з кузнечно-
прессовый цех, где на прессе за два выноса производится опера-
ция окумполивания легкими обжатиями в специальных бойках
(рис. 134, 6). При этом «бахрома» обжимается под зажимные
кулачки обрабатывающего станка. Окончательные конфигура-
ции и размеры поковки представлены на рис. 134, е. После
окумполивания производится окончательная термическая обра-
ботка .
По технологии, применявшейся до недавнего времени, ковка
производилась из сплошного слитка массой 90 000 кг. За первый
вынос производились оттяжка цапфы, биллетирование, рубка
поддона и цапфы. За второй вынос заготовка осаживалась и про-
шивалась пустотелым прошивнем. Прошитая заготовка протяги-
валась на оправке, за четыре выноса до поковочных размеров
(рис. 134, в). Последующие операции по новой и по старой техно-
логия совпадают.
В результате цикл ковки сокращается в 2 раза, экономия
металла составляет 10 т (13%), трудозатраты уменьшаются па
40%, себестоимость снижается на 17%. Ковку полого слитка
можно производить и на прессе усилием 49 Мн (5000 т), тогда
как для ковки по обычной технологии необходим был пресс уси-
лием 98,1 Мн (10 000 т).
262
Рис, 134. Технологический процесс ‘ковки поковок барабанов котлов высокого давления из слитка массой
80 000 кг
263
Поковка из полого слитка не обнаруживает химической не-
однородности ни по длине, ни по толщине. Механические свойства
подлине и сечению поковки равномерны, и их значения превышают
предусмотренные техническими условиями.
На рис. 135 представлена сравнительная технология ковки
пустотелой колонны из сплошного и полого слитков.
Из сопоставления количества пе-
реходов и их сложности видны пре-
имущества использования для поко-
вок пустотелых слитков.
Одно из направлений усовершен-
ствования технологии ковки круп-
Рис. 135. Сравнительная технология ковки пустотелых колонн;
й — Из сплошного И б — ИЗ ПОЛОГО СЛИТКОВ
ных поковок состоит в применении обойм, колец и даже под-
кладных (не закрепляемых) штампов для полного или частич-
ного оформления поковок. Долгое время считали, что применение
таких приспособлений для ковки крупных поковок усложняет
процесс. Однако в последнее время появляется все большее коли-
чество примеров усовершенствования оснастки при ковке даже
самых крупных поковок. На рис. 136 приведен технологический
процесс ковки вала с большим фланцем из слитка массой 62 000 кг.
После биллетирования нижним вырезным и верхним плоским
бойками (рис. 136, а) и осадки на плоском кольце (рис. 136, б)
264
производится скругление болванки на размер 1650 мм, засечка
объемов на малую цапфу вала и фланец, а также отделка малой
цапфы в размере (рис. 136, в). Затем производится протяжка ос-
тальной части слитка на диаметр, равный диаметру большой
цапфы; засечка на длине, соответствующая объему этой цапфы,
и отрубка годного остатка (рис. 136, г). Ступенчатая заготовка
(рис. 136, д) вставляется малой цапфой в кольцо 1, фланец оформ-
Рнс. 136. Переходы при ковке вала с большим фланцем
ляется между двумя вогнутыми кольцами 2 и 3, а большая цапфа
не деформируется, так как тоже находится внутри набора колец
с цилиндрическими отверстиями. Затем вся система колец накры-
вается накладкой 4, на которую и нажимает верхний боек пресса.
На рис. 136 е показаны секционная отделка фланца и приспо-
собление для поворота-заготовки в случае, если мощность пресса
недостаточна для операции. На рис. 136, д, ж и з видны операции
обжатия фланца и перековка большой цапфы в длинную цапфу
с двумя ребордами [1161. На рис. 137, а показана оснастка для
высадки бочки ротора диаметром 1250 мм и фланца такого же
диаметра для колеса Кэртиса (рис. 137,6) [77].
Еще большая специализация ковки поковок может быть до-
стигнута за счет тщательной отработки технологии и конструиро-
вания инструмента, пригодного для ковки поковок различной
конфигурации. Технологическая целесообразность использования
приспособлений и подкладных штампов часто входит в противо-
265
речие с экономической эффективностью их применения при мало-
серийном производстве поковок. Однако увеличить серийность
производства не всегда удается, и тогда большое значение приоб-
ретают унификация различных деталей и группировка их по
однотипности. Если и эта возможность исчерпана, то дальнейшая
специализация может быть осуществлена технологами и конструк-
торами оснастки за счет применения различных комбинаций из
элементов подкладных штампов. Из опыта одного из крупнейших
отечественных кузнечных цехов на рис. 138 даны примеры тех-
Рис. 137. Приспособления для оформления
отдельных частей крупных поковок в процессе
ковки (ЧССР)
нологических процессов изготовления ковкой поковок донышек
обычным способом (рис. 138, а) и с применением подкладного
инструмента (рис. 138, б). При ковке слиток подвергается слож-
ной обработке, при которой биллетируется, осаживается, проши-
вается, обкатывается с боковой поверхности. В заключение у по-
ковки удаляют хвостовой отход. При использовании подкладного
инструмента технологический процесс значительно упрощается.
Поковка донышка оформляется в обойме 1, стягиваемой обечай-
кой при деформации сбиллетированного и осаженного слитка
между пуансоном 2 и подкладкой 3 (рис. 138, б). При внедрении
пуансона 2 в заготовку происходит выдавливание металла, кото-
рый силами трения увлекает обойму 1 вверх, навстречу движению
пуансона. Чтобы металл не вытекал за пределы полости обоймы,
в нижней части отверстия обоймы предусмотрена подкладка 3,
которая остается на нижнем бойке при подъеме обоймы и обеспе-
чивает замкнутость полости инструмента во время всего периода
деформации.
В результате применения этой технологии слиток массой
20 400 кг был заменен слитком массой 16 000 кг; масса поковки
уменьшилась с 13 200 до 10 600 кг, а коэффициент использования
металла увеличился с 0,34 до 0,44. Несмотря на такой значитель-
266
ный эффект, получаемый от применения подкладного штампа,
окупаемость' дополнительных расходов могла быть достигнута
только при использовании приспособления для значительного
количества поковок. С этой целью подкладной штамп был исполь-
зован для изготовления другой поковки (рис. 138, в). При изго-
товлении поковок горловин использованы та же обойма / и пуан-
сон 2 на который были надеты кольца 4 для уменьшения глубины
Рис. 138. Специализированная ковка поковок донышек и горло-
вин в подкладном штампе (по Б. А. Трифонову):
/ — биллетирование слитка; //— осадка болванки
получаемой полости. Для получения полости с противоположной
стороны подкладка 3 выполнена с отверстием, в которое вставлен
прошивень 5. После окончания деформации поковка выдавли-
вается из обоймы; перемычка просекается специальным прошив-
нем 6 с образованием выдры. В этом случае экономия металла,
полученная на каждой поковке, составляет 2100 кг. После тща-
тельной проработки технологических процессов описанный ин-
струмент был применен еще для ряда поковок (рис. 139), При
изменении количества колец, надеваемых на пуансон, формы
прошивней и подкладных колец, удается применять комбиниро-
ванную оснастку для многих типов поковок, что позволяет свести
к минимуму дополнительные затраты на инструмент.
Рис. 139. Форма поковок, получаемых в специализированном
приспособлении (а), и конструкция его сменных частей (б)
(по Б. А* Трифонову)
О
Рис. 140. Схема специализированного технологического процесса ковки поковок
дисков:
/ — протяжка цапфы; 2 — протяжка на восьмигранник; 3 — протяжка на круг;
рубка; 5 — осадка; 6—разгонка узким бойком; 7—осадка в кольце; 3,9 — разгонка
полотна диска
268
Помимо экономического эффекта, применение описанных при-
способлений обеспечивает значительное улучшение качества по-
ковок и повышение служебных характеристик детали. Особенно
это важно для деталей высокоответственного назначения типа
валов, дисков турбин и т. п. .
Современный технологический процесс, применяемый на одном
из отечественных заводов, для крупных дисков (например, для
дисков диаметром 1330 мм и толщиной полотна 90 мм) характери-
зуется следующими особенностями (рис. 140).
1, Применением разгоночного бойка при осадке заготовок,
что позволяет хорошо проработать ту часть поковки, из которой
затем формируется ступица диска.
2. Оформлением ступицы при осадке заготовки на подкладном
кольце, что исключает ее утяжку.
3. Разгонкой полотна диска узким бойком, производимой со
стороны торца диска, противоположного ступице, что исключает
появление радиальных трещин.
Известен вариант ковки дисков (диаметром 1065 мм и толщи-
ной 320 мм), при котором не только ступичная часть, но и полотно
Диска размещается в полости подкладного штампа.
Наиболее прогрессивным технологическим процессом изго-
товления дисков является ковка секционным инструментом. В за-
висимости от размеров диска и имеющегося в цехе оборудования
применяются двух- (рис. 141), трех- (рис. 142) и многосекционный
инструмент типа штампов. Заготовкой для секционной штамповки
служит откованная из слитка круглая болванка, которая предва-
269
рительно осаживается всеми секциями инструмента до размеров,
определяемых предельным усилием пресса. Затем производится
деформация пуансоном и последовательно кольцевыми секциями.
Конструкция инструмента предусматривает быструю переста-
новку устройства для введения в действие необходимой секции.
Соотношение диаметров пуансона и секций устанавливается
в зависимости от усилия Р пресса:
р „ „ И ... п я(4~4) п л (4-4)
* Pi 4 Рз ,{ Р‘Л 4 >
где pi; ра; рз — удельные усилия, необходимые для осадки от-
дельных частей (секций) заготовки;
dt; d2\ d2 — наружные диаметры секционных пуансонов.
Рис. 142. Схема специализированного изготовления диска
в штампе с трехсекционным пуансоном;
а — предварительная осадка заготовки; б — штамповка внутрен-
ним пуансоном; 4 — штамповка первой и г — второй кольцевщх
секций (по А. В. Алтыкису)
Секционным способом отковывают диски не только из углеро-
дистой и низколегированной стали, но и из жаропрочной стали,
причем получаются необходимые механические свойства, макро-
и микроструктура дисков.
Еще большая экономия металла достигается при секционной
ковке дисков из литых цилиндрических пустотелых заготовок.
Такие заготовки отливаются центробежным способом. Затем про-
270
шиваются предварительно для удаления наиболее дефектной части
литой заготовки, штампуются и окончательно прошиваются.
Для получения поковок необходимого качества из литых заго-
товок отливают длинные цилиндры с -- 0,5 и затем их разре-
зают на короткие заготовки. Таким способом уменьшается диа-
метр дефектной зоны и получаются короткие заготовки с отноше-
нием = 1,1, которые при осадке не образуют зажимов,
л о
Ковка на молотах
Номенклатура поковок, производимых на молотах, чрезвы-
чайно разнообразна. При использовании универсального инстру-
мента в виде бойков (чаще всего плоских), пережимок, прошивней,
топоров и некоторого другого получают различного вида гладкие
и ступенчатые валики, фланцы, обечайки, рычаги, шестерни,
коленчатые валы и другие поковки (см. рис. 77). Соответствующие
Рис. 143. Переходы при специализированной ковке под молотом
поковки муфты
операции и приемы были рассмотрены в § 2 данной главы. Ниже
рассмотрены усовершенствованные технологические процессы
ковки, применяемые в тех случаях, когда использование спе-
циальных приспособлений, подкладных штампов и другого спе-
циализированного инструмента оправдывается соответствующими
технико-экономическими показателями (увеличением производи-
тельности, снижением себестоимости, улучшением качества и др,).
При ковке на молотах используются те же приемы усовершенство-
вания технологии, что и при изготовлении поковок на прессах.
Например, поковка зубчатой муфты изготовлялась осадкой в коль-
цах с последующей прошивкой. Ковка поковки на одном из оте-
чественных заводов в подкладном штампе позволила сократить
ее массу на 9%.
Новый технологический процесс (рис. 143) осуществляется
следующим образом: заготовка диаметром 220 мм и высотой 385 мм
Устанавливается в нижник 1 и слегка осаживается для вырав-
271
нивания неровностей торцов заготовки. Затем на заготовку накла-
дывается кольцо 2 и производится осаживание до его соприкосно-
вения с нижяиком и затем прошивка. Для пробивки выдры штамп
переворачивается при помощи верхнего бойка молота (на рис. 143
эта операция не показана).
Поковка ролика (рис. 144) изготовляется в двух подкладных
кольцах. Обкатанная заготовка осаживается в первом кольце без
образования облоя. Затем высаженная заготовка устанавливается
во второе кольцо, состоящее из обоймы и разъемной матрицы.
При таком технологическом процессеХэкономят 12 кг металла,
исключается обточка по наружному контуру ^снижается общая
трудоемкость обработки на станках примерно на 50%.
Рис. 144. Переходы при специализированном изготовлении
поковки ролика:
1 — обойма; 2 — разъемная матрица
Рис. 145. Переходы при специализированной ковке фланцев способом
отбортовки (поковка заштрихована сеткой)
Подкладные инструменты в отдельных случаях позволяют
применять особые приемы. Например, при ковке фланцев приме-
няется отбортовка (рис. 145). Исходная мерная заготовка осажи-
вается на плоских бойках, затем цилиндрической оправкой про-
жимается углубление, равное 20 мм. В центре углубления про-
шивается отверстие диаметром 80 мм (эти операции на рис. 145
не показаны). Далее подогретая заготовка 1 укладывается в под-
кладное'кольцо 2 (рис. 145, а). При помощи оправки 3 произво-
дится отбортовка и заполнение полости инструмента; затем оправка
прогоняется через отверстие поковки при помощи подставки 4
меньшего диаметра, для чего подкладное кольцо 2 устанавливается
на опору 5 (рис. 145, б).
272
Обычная технология ковки роликов для прокатного оборудо-
вания (рис. 146) характеризуется следующими недостатками:
большими припусками поковки на механическую обработку, двумя
нагревами, выходом годного, составляющим -—86%, низкой про-
" ’ изводительностью труда.
С применением в новом тех-
нологическом процессе (рис. 147)
специализированных бойков
(рис. 148) с ручьем, обеспечива-
ющим форму бочки ролика,эти
недостатки устранены. За один
нагрев в каждой поковке куются
два ролика. На бойках произ-
водится формовка бочек роли-
ков, а также оттяжка и рубка
Рис. 146. Обычный технологический про-
цесс ковки ролика:
1 — протяжка, разметка, и а метка двух роли-
ков; 2 — обжатие выемок роликов; J—офор-
мление двух роликов; 4 — отрубка и разрубка
роликов; 5 — отделка цапф рол и кое в размер
^32Q -I- 272-485 223^
Рис- 147. Специализированный тех-
нологический процесс ковки ролика
концов поковки. Технология ковки следующая: ковка в профильном
ручье последовательно двух бочек длиной 272 мм (рис. 147, а);
протяжка металла между бочками на размер 640 мм и отрубка
от штанги (рис. 147, б); протяжка вторых концов роликов и их
разрубка (рис. 147, в). Экономия металла на каждой детали со-
ставляет 10 кг. Значительно увеличена производительность. Этот
пример характеризует переходный этап между ковкой в подклад-
18
Я. М. Охрименко 597
273
ных и закрепленных штампах. Фасонные бойки (рис. 148) еще не
являются типичными штампами, но они относятся к закрепляемым
инструментам, а их ручьи имеют сходство с подготовительными
ручьями штампов объемной штамповки.
Описанные примеры расположены в порядке увеличения сте-
пени специализации производства поковок. По мере увеличения
Рис. 148. Конструкция профильных бойков
для ковки ролика
серийности их производства специализация технологических про-
цессов еще более увеличивается. При достижении критических
серийностей, определяемых экономическим расчетом (см. гл. XI),
становится целесообразной объемная штамповка в закрепленных
штампах.
ГЛ А В А VI
ОБЪЕМНАЯ ШТАМПОВКА
(ТЕХНОЛОГИЯ СРЕДНЕ- И КРУПНОСЕРИЙНОГО
ПРОИЗВОДСТВА ПОКОВОК)
§ 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О КУЗНЕЧНО-ШТАМПОВОЧНОМ
ПРОИЗВОДСТВЕ
В отличие от упрощенных подкладных штампов, применяю-
щихся в специализированном производстве поковок ковкой, при
объемной штамповке используются закрепляемые штампы, имею-
щие более совершенную конструкцию.
Наличие большого количества разнообразных форм и размеров
штампованных поковок (общая их номенклатура измеряется сот-
нями тысяч), а также различных металлов, применяемых
для их изготовления, привело к возникновению ряда разновид-
ностей процесса штамповки и соответственно нескольких типов
штампов и используемого при этом оборудования. На рис. 149
приведены схемы основных видов машин-орудий, применяемых
для горячей штамповки в кузнечно-штамповочных цехах. Наи-
более крупные молоты, используемые для штамповки, имеют
массу падающих частей до 20 000 кг. В СССР изготовляют молоты
тринадцати типоразмеров с массой падающих частей 630—16 000 кг
(ГОСТ 7024—54). Энергия удара бесшаботных молотов достигает
1,47 Мдж (150 т-м). Усилия кривошипных прессов (ГОСТ
6809—53) достигают 78,5 Мн (8000 т) при наименьшем усилии
6,2 Мн (630 т); намечаются к выпуску прессы усилием 98,1 Мн
(10 000 т). Фрикционные прессы (ГОСТ 713—49) изготовляются
усилием 0,4—6,2 Мн (~40—630 т), горизонтально-ковочные
машины двенадцати типоразмеров отечественного производства
(ГОСТ 7023—56) — 0,98-^3,1 Мн (100—350 т). Гидравлические
прессы для горячей штамповки изготовляют на усилие гораздо
большее, чем усилие ковочных прессов. В СССР уже много лет
находится в эксплуатации пресс усилием 735,8 Мн (75 000 т).
Масса поковок при объемной штамповке колеблется от не-
скольких десятков граммов до нескольких тонн. Типовая схема
технологического процесса объемной штамповки приведена на
рис. 150. Объемная штамповка является производительным и
1.8* 275
Рнс. 149. Схемы
основного оборудо-
вания современных
кузнечно-штампо-
вочных цехов:
а — молот паровоз-
душный; б — МОЛОТ
бесшаботнъай; в — мо-
лот фрикционный с
доской; е — фрикци-
онный винтовой
пресс; £ — гидравли-
ческий пресс'- е—кри-
вошипный пресс; ж —
горизонтально’ковоч-
ная машина, з—че-
каночный колено-ры-
чажный пресс; / —
неподвижные и 2 —
подвижные части
штампов
276
₽нс. 150. Общая схема технологического процесса горячей штамповки поковок
277
дешевым процессом и широко распространена в машиностроении,
приборостроении и других отраслях промышленности. Наиболее
широко объемная штамповка применяется в автомобилестроении,
вагоностроении и в тепловозостроении, в производстве дорожных
машин, швейных машин, подъемно-транспортного машинострое-
ния, станков, железнодорожных детален, бурильного, слесарного,
медицинского инструмента, сельскохозяйственных машин и не-
которых других производствах.
В 1965 г. масса штампованных поковок превысила 65% общей
массы выпускаемых поковок. В настоящее время объемная штам-
повка является основным способом производства мелких и средних
поковок. Происходящие в последние годы модернизация и пере-
оборудование кузнечно-штамповочного производства на базе спе-
циализации и концентрации производства, механизация и авто-
матизация технологических процессов приведут к еще большему
его значению в народном хозяйстве страны.
Ниже рассматриваются вопросы технологии и оснастки про-
цессов объемной штамповки применительно к основным типам
используемых штампов и оборудования.
§ 2. РАЗНОВИДНОСТИ ОБЪЕМНОЙ ШТАМПОВКИ
При штамповке процесс формоизменения независимо от вида
используемого оборудования состоит из следующих основных эта-
пов: подготовительных операций (фасонирование заготовок);
оформления поковки и отделочных операций. Методически удоб-
нее вначале рассматривать процесс оформления поковок, а затем
соответствующие приемы и способы фасонирования заготовок.
Серийное производство поковок различными способами объем-
ной штамповки осуществляется на молотах (паровоздушных, фрик-
ционных и др.), прессах (кривошипных и гидравлических) и го-
ризонтально -ковочных машинах. При штамповке на этом универ-
сальном оборудовании может быть использован любой из основных
типов штампов: открытый (штамповка с облоем); закрытый (без-
облойная штамповка) и штамп для выдавливания металла.
Процесс штамповки заключается в принудительном перераспре-
делении металла заготовки, соответствующем форме полости ин-
струмента, называемого штампом. Полость штампа называется
ручьем. Оформление поковки производится в окончательном (или
чистовом) ручье; фасонирование заготовок — в подготовительных
ручьях. Если штамповке подвергается заготовка без фасониро-
вания в штампах, то такая штамповка называется одноручьевой
в отличие от многоручьевой штамповки.
Для вкладывания заготовки в ручей и извлечения из него
поковки штампы снабжены одним или двумя разъемами. В зави-
симости от типа штампа окончательные ручьи и соответственно
форма готовых поковок одного и того же наименования отличаются
278
друг от друга. Существенные различия наблюдаются в мак-
роструктуре поковок вследствие неодинаковых условий течения
металла при их изготовлении в открытых, закрытых и в штампах
для выдавливания. Поскольку макроструктура металла опреде-
ляет прочность и долговечность штампованных деталей машин,
указанное обстоятельство должно приниматься во внимание при
выборе типа штампа.
Штамповка в открытых штампах (штамповка с облоем). Этот
способ штамповки характеризуется образованием облоя, выпол-
Рис. 151. Схемы, поясняющие процесс штамповки
няющего некоторые технологические функции. Типичными ма-
шинами-орудиями для этого способа штамповки являются молоты
и прессы.
Сущность данного процесса легко уяснить на примере штам-
повки (рис. 151) цилиндра высотой Нк и диаметром DK (рис. 151, о).
В простейшем случае (рис. 151, б) цилиндрическая полость
штампа выполнена в одной части штампа 1, вторая часть штампа
представляет собой плоский боек 2. Если объем заготовки Уэ
равен объему полости штампа Уш, то схематично штамповку
поковки элементарной формы можно представить по рис. 151, в.
Здесь при извлечении поковки могли бы возникнуть трудности
йз-^за необходимости преодолевать силы трения. Удаление по-
ковки из штампа облегчается, если боковые стенки полости сде-
ланы с уклоном (рис. 151, г), а поковка с напусками, но это свя-
зано с искажением формы поковки (усеченный конус вместо
цилиндра), а также увеличением объема поковки и заготовки.
Изготовление цилиндрической детали из конической, поковки
приводит к дополнительным отходам металла в стружку.
При штамповке по такой схеме наиболее трудно заполняются
нижние углы полости штампа; прежде чем металл заполнит эти
279
углы, он вытекает между частями 1 и 2 штампов в виде облоя
толщиной Лоб (рис. 151, д). Когда расстояние между частями штам-
пов достигает некоторой величины, облой закрывает выход ме-
талла из ручья и он вынужден заполнить углы полости штампа.
При таком процессе штамповки необходимо в заготовке иметь
некоторый объем металла на образование облоя. Разность объемов
поступающей из печи заготовки и поковки представляет собой
объем отходов. В простейшем примере это объем металла, обра-
зующего облой:
Vo6 = V3 - VnQK. (60)
Облой подлежит удалению (обрезке) в специальных (обрезных)
штампах. Недостатком рассматриваемого способа штамповки яв-
4/
Рис. 152. Схемы штамповки в открытых штампах;
1 и 2 — выталкиватели; СЧ — уклон штампа без выталкивателя; а£— то же
при наличии выталкивателя
ляется значительный отход металла в облой, а также в напуски
из-за наличия уклонов а боковых стенок ручья. Кроме того, при
схеме штамповки, показанной на рис. 151, д, па машинах со сво-
бодным перемещением рабочих органов (например, при исполь-
зовании молотов и гидравлических прессов) нельзя гарантировать
точности размера В связи с этим применяют штамп по схеме,
данной на рис. 151, е. При этом на машинах со свободным ходом
штамповку осуществляют до соприкосновения частей штампа
между собой; высота поковок Нк и их объем будут иметь
заданные величины, даже если объем различных заготовок Va
неодинаков из-за наличия допусков на прокатку и резку. Колеба-
ние объемов различных заготовок приводит к неодинаковому
объему облоя и примерно к одинаковым по объему поковкам.
Это позволяет использовать для разделки прутков на заготовки
производительный, но не обеспечивающий высокой точности спо-
соб — резку на ножницах.
Для сокращения отходов металла в напуски, вызываемые
наличием штамповочных уклонов (рис. 152), плоскость разъема
штампа А А (рис. 152, а) смещают к средней плоскости Б Б по-
280
ковки, которая приобретает форму двух усеченных конусов, со-
пряженных по большим основаниям. При этом штамп изготовляют
по схеме, показанной па рис. 152, б, которая характерна для
открытых штампов. Для уменьшения уклонов применяют штампы
с выталкивателями 1 и 2 поковок из полости (рис. 152, в). Открытые
штампы с выталкивателями применяют, например, на кривошип-
ных прессах.
При штамповке в открытых штампах вытекание некоторого
объема металла за пределы полости, сопровождающиеся образо-
ванием облоя, который затем удаляется, обеспечивает одинаковый
в определенных пределах объем поковок, получаемых из различ-
Рис. 153. Схемы штамповки в_закрытых штампах
ных по объему заготовок. Однако основное технологическое назна-
чение облоя состоит в обеспечении заполнения углов (полости)
штампа металлом.
Штамповка в открытых штампах характеризуется следующими
основными признаками.
1. Объем металла, находящегося в ручье, в процессе штам-
повки непостоянен; при штамповке предусматривается вытесне-
ние части металла в виде облоя, который обеспечивает заполнение
углов полости штампа, этот металл поступает в отход.
2. Направление вытеснения металла в облойную щель (попе-
речное) перпендикулярно направлению движения штампа; тол-
щина облоя в процессе штамповки уменьшается.
3. По месту обрезки облоя волокна металла у поковки оказы-
ваются перерезанными.
4. Из заготовок с размерами низкой точности получаются
поковки с размерами более высокой точности за счет различного
для каждой заготовки объема металла, вытесняемого в облой.
Штамповка в закрытых штампах (безоблойная штамповка)
осуществляется на горизонтально-ковочных машинах, прессах
и молотах.
Сущность процесса (рис. 153) состоит в том, что заготовка с раз-
мерами Нй и Do деформируется, находясь в полости одной части
штампа, в которую входит, как в направляющую, другая его
часть (рис. 153, а, б). При этом штамп не обеспечивает свободного
281
удаления цилиндрической поковки с размерами Нк и DK из
ручья. Для этого применяют штамповочные уклоны или извлекают
поковки следующими двумя способами. Для удаления поковки
из полости применяется выталкиватель (рис. 153, в). В части 1
штампа установлен стержень 3, выталкивающий поковку после
отхода части 2 штампа (при обратном ходе машины). Для умень-
шения усилия выталкивания применяют штамповочные уклоны а
относительно небольших размеров. По такой схеме выполняют
штампы, работающие на прессах. В другом случае (рис. 153, а)
часть штампа, в которой расположена полость, выполнена разъем-
ной, состоящей из двух половип /' и штамп состоит из трех
частей и имеет разъем в двух плоскостях; штамповочные уклоны
при этом не нужны \ По такой схеме выполняют штампы гори-
зонтально-ковочных машин, в которых деформация металла про-
исходит обычно на конце прутка.
Практически некоторая часть металла затекает в зазоры
между разъемными частями 1 и 2 закрытого штампа, образуя
незначительный заусенец, объем которого зависит от колебаний
объема заготовок вследствие неточности их изготовления. Штам-
повка в закрытом штампе характеризуется следующими призна-
ками.
1. Колебания объема заготовок должны быть незначитель-
ными. При штамповке облой не предусматривается, поэтому объем
металла в полости практически не меняется.
2. Образующийся вследствие затекания металла в зазор по
месту разъема штампа заусенец незначителен, толщина его не
меняется в процессе штамповки, а направление вытекания совпа-
дает с направлением движения штампа.
3. Макроструктура поковок такова, что волокна металла обте-
кают контур поковки и не перерезаны.
Каждый из описанных способов штамповки имеет преимуще-
ства и недостатки, однако штамповка в закрытых штампах более
рациональна, так как при ней исключается расход металла в об-
лой, качество же поковок при этом повышается.
Штамповка выдавливанием, как правило, осуществляется па
прессах, но может быть осуществлена на горизонтально-ковочных
машинах и даже на молотах (ударное выдавливание). Сущность
процесса состоит в том, что заготовка устанавливается в полости
штампа, выполненного конструктивно по типу безоблойного
(рис. 154, о), но так как в ручье имеется выходное отверстие,
то часть металла выдавливается через него за пределы полости.
Никаких отходов здесь не предусматривается. Исключение состав-
ляет та часть объема заготовки, которая является избыточной
вследствие неточности прокатки и разделки пруткового металла
1 Применение штамповочных уклонов при наличии штампа с двумя плоско-
стями разъема описано в § 6 гл. VJ.
282
„inrri.ip заготовки. Поковка, полученная в этом штампе, со-
нч ubvx частей: основном 1, находящейся в основной части
олости к концу процесса, и стержневой 2, выдавленной через
П ерстне в полости штампа. Обычно стержневая часть поковки
имеет постоянное поперечное сечение, но известны технологи-
ческие процессы и соответствующие им штампы, которые обе-
спечивают переменный (конический или ступенчатый) профиль
стержневой части выдавленной поковки.
Инструмент для выдавливания поковок схож с инструментом
тля прессования прутков (рис. 154, б), однако соответствующие
процессы существенно отли-
чаются друг от друга. Если
процессы выдавливания и
прессования подразделить на
два этапа: заполнение поло-
сти инструмента и образова-
ние стержня, то для процесса
выдавливания значение вто-
рого этапа (по величине хода
пресса и деформации метал-
ла) относительно невелико,
так как стержневая часть
поковки обычно меньше ее
корпуса. Напротив, основная
часть процесса прессования
состоит из установившейся
стадии истечения металла
Рис. 154. Схемы штамповки выдавлива-
нием металла (а) и прессования (б)
через очко матрицы, причем
только вытекший из полости инструмента металл 3 (рис. 154, б)
является изделием, а оставшийся в полости — отходом 4 (пресс-
остаток). В данном случае для сравнения выдавливания и прес-
сования взят одинаковый по форме инструмент с цилиндрической
полостью и круглым выходным отверстием.
Сходство процессов выдавливания и прессования заключается
только в схеме их осуществления, различие состоит в различной
величине рабочего хода пресса при образовании стержня и обычно
в более сложной полости инструмента для выдавливания, так как
форма поковок разнообразна, а прессование прутков различных
форм (профилей, труб) осуществляется в основном из цилиндри-
ческой полости инструмента.
Главное преимущество процесса выдавливания перед штампов-
кой в открытых штампах состоит в возможности получения поко-
вок с очень точными размерами и весьма чистой поверхностью.
Большим или меньшим выдавливанием металла в стержневую
часть поковки можно фиксировать объем корпуса поковки, не
боясь перегрузки штампа (как при безоблойной штамповке заго-
товок с завышенным объемом).
к основным недостаткам штамповки выдавливанием относятся
высокие удельные усилия, большие энергозатраты на осуществле-
ние процесса, а также относительно низкая стойкость инструмента
(особенно на участке выходного отверстия),
Штамповка выдавливанием характеризуется следующими об-
щими признаками:
1. Объем металла в основной полости инструмента в процессе
штамповки уменьшается, так как предусматривается выдавли-
вание некоторой части объема заготовки на образование стержневой
части поковки.
Рис. 155. Сопоставление контактных условий в момент заполнения углов полости
трех типов штампов
2. Не предусматривается отход металла, но при наличия избы-
точного металла в заготовке (вследствие неточности дозировки)
он может быть вытеснен в виде сосредоточенного объема в стержне-
вую часть поковки и затем легко удален отрезкой в штампе или
механической обработкой.
" 3. Поковки, полученные выдавливанием, отличаются высоким
качеством, отсутствием внутренних трещин, пустот и других
дефектов, устраняемых при деформации в условиях ярко выражен-
ного трехосного сжатия.
Каждый тип штампа характеризуется направлением контакт-
ных сил трения в процессе заполнения металлом полости. Рис. 155
соответствует моменту, близкому к окончанию заполнения полости,
применительно к трем основным типам штампов. Стрелками пока-
заны направления контактных сил трения, которые противопо-
ложны направлению скольжения металла по поверхности полости
штампа. Углы ручьев подразделяются в зависимости от способа
их образования: стационарными стенками ручья (углы глухой
полости) или стенками инструмента, перемещающимися относи-
тельно друг друга. Полость открытого штампа (рис. 155, а) обра-
264
1Я глухими полуполостями со стационарными углами р.
зована д ПрепятСтвуют заполнению углов, для которых у с ло-
ви ЛЬ деформации практически одинаковы, В закрытом штампе
( ис 155, б) верхняя часть полости (глухая) со стационарным
углом Р находится в худших условиях в смысле его заполнения,
чем нижняя часть с углом у, образованным между движущимися
относительно друг друга (активной и пассивной) стенками полости.
Удельное усилие, приходящееся на дно глухой полости, меньше,
чем на противоположную торцовую поверхность, в сторону кото-
рой на боковой поверхности полости направлены силы трения.
В связи с этим заполнение стационарных углов р происходит
позже, чем углов у, образованных активной и пассивной стенками.
По этой же причине металл затекает в центральное отверстие с
в дне полости со стационарным углом медленнее, чем в аналогич-
ное противоположное отверстие в по-
лости штампа.
Заполнение полости штампа для
выдавливания (рис. 155, а) характери-
зуется теми же контактными условия-
ми, что и при заполнении закрытого
штампа. Металл относительно легко
заполняет угол у полости, образуемый
подвижной и неподвижной ее стенками,
причем через отверстие / металла вы-
текает больше, чем через противопо-
ложное отверстие с со стороны стацио-
нарного угла р.
§ 3. ШТАМПОВКА НА МОЛОТАХ
Молотовой штамп (рис. 156) состоит
из двух массивных блоков 1 и 2 с опор-
ными выступами для клиновидного
крепления. Верхняя часть штампа за-
крепляется на бабе 3 молота клином 4.
Сухарь 5 частично входит в паз выступа
штампа и частично в паз бабы. Сухарь
5 работает на срез, предотвращая сме-
щение верхней части штампа. Анало-
гично крепится нижняя часть штампа
к подштамповой плите 6 клином 7 и
сухарем 8. Подштамповая плита за-
крепляется в шаботе молота с одной
Рис. 156г Устройство моло-
тового штампа:
1 и 2 — нижняя и верхняя части
штампов; 3 — баба молота;
4, 7 — клин верхний и нижний;
5, 8 — сухарь верхний и ниж-
ний; 6 — подштамповая плита;
9 — клин подушки; шабот
молота
стороны клином 9, а с другой — угло-
вым соединением (угол у), которое аналогично соединению суха-
рем и предотвращает смещение штампа вдоль клина. Эта конст-
рукция штампа гостирована (ГОСТ 6039—51).
285
На практике применяется несколько разновидностей штам-
повки на молотах (рис. 157): в открытых и закрытых штампах,
одноручьевая и многоручьевая штамповка мерных и фасонных
заготовок. На рис. 156 показан одноручьевой открытый штамп
в момент начала деформации заготовки в торец.
Для повышения производительности и упрощения конфигура-
ции поковок, кроме штамповки по одной поковке, применяется
штамповка по две, три и более поковок. На молотах возможна
Рис. 157. Разновидности штамповки на молотах
штамповка от прутка с отделением поковок ножами в том же
штампе. По расположению заготовок возможна штамповка в торец
(продольная) и поперек оси заготовок (поперечная). Для фасони-
рования заготовок на молотах при многоручьевой штамповке
применяется несколько типов подготовительных ручьев, располо-
женных в общем штампе с окончательным ручьем. Это обеспечивает
непрерывность технологического процесса, но нерационально,
так как при выполнении подготовительных операций молот рабо-
тает с пониженной производительностью. Более рациональна
для молотов одноручъевая и двухручьевая продольная штамповка
заготовок простой формы или поперечная с предварительным фасо-
нированием заготовок специализированными методами; вальцов-
кой, прокаткой и т. п. Однако в промышленности еще широко
применяется многоручьевая штамповка на молотах.
Молоты относятся к машинам ударного действия. Энергия,
расходуемая молотами на деформацию, представляет собой кине-
256
нергяю падающих масс: бабы, штока с поршнем и верх-
тическук-'эш£ампа. По этой причине, а также вследствие того,
ней част штампоэ подвержен ударному воздействию, необхо-
что мате₽бь] штампы молотов были массивными. Конец штамповки
димо, фиксируется моментом соприкосновения верхней и
НЙ Мрй частей штампа. При работе на молотах процесс штамповки
НбыЧ1Ю осуществляется в каждом ручье за несколько (2—4)
°аРов. Большое число ударов молота (10—20) используют при
штамповке крупных поковок, хотя производительность молота
пои этом сравнительно невелика. В настоящее время на молотах
штампуют поковки массой —0,1—1000 кг. Рассмотрение процесса
штамповки на молотах целесообразно начать с элементов чисто-
вого ручья, из которого выходит готовая поковка.
Облой и облойная канавка. Размеры и форма
канавок, в которых размещается облой, зависят от размеров и
конфигурации поковок, а также от объема и формы загото-
вок, поступающих в чистовой ручей. Правильно выбранные
форма и размеры канавок (рис, 158) обеспечивают своевременное
вытеснение избыточного металла из ручья и заполнение рельефа
полости штампа к концу штамповки. Правильная канавка в смысле
геометрического построения (верхняя на рис. 158) имеет узкий
выход из полости штампа и расширяется в сторону магазина,
служащего для свободного размещения вытесняемого в него
металла. Для последующей обрезки облоя важно, чтобы сопряже-
ние поковки с облоем было выполнено как можно более резко.
Однако при небольшом радиусе закругления в месте перехода
от поковки к облою раскаленный металл нагревает острый порог
штампа, и он быстро садится. Канавка теряет форму, что приводит
к браку поковок. Поэтому на практике применяют более рацио-
нальные формы канавок, которые имеют увеличенный порог 1
и магазин 2 (тип I), Если ширина порога канавки недостаточна,
то он, быстро разогреваясь, деформируется, при этом штамп вы-
ходит из строя. Очень большая ширина порога приводит к повы-
шенному расходу энергии на штамповку вследствие большого
сопротивления образованию облоя и его деформации. Нижняя
часть штампа находится в соприкосновении с нагретым метал-
лом более длительное время, чем верхняя, поэтому площадку
нижнего порога иногда предусматривают относительно большей
ширины (тип II). Такие канавки применяются при большом
объеме облоя, т. е. при изготовлении крупных или сложных по
конфигурации поковок; называются они канавками с двухсто-
ронним порогом (симметричная — тип I и несимметричная —
При обычных условиях штамповки наибольшее распростране-
ние получил тип III облойной канавки. Эта канавка имеет вы-
ступающий порог только на верхней части штампа и называется
канавкой с односторонним верхним порогом. Нижняя часть
287
штампа, на которой лежит нагретый штампуемый металл, пе имеет
выступа в виде порога.
Для несложных и небольших по высоте поковок, легко разме-
щающихся в одной половине штампа, применяется облойная
канавка с односторонним нижним порогом (тип IV). При такой
Рис. 158. Формы облойных канавок молотовых штампов и условия их применения:
/ — при большом объеме облоя; II — при большом объеме облоя для повышения стой-
кости нижнего порога; ///—основная форма, применяемая во всех случаях, кроме
указанных для других канавок; IV — при обрезке поковки с повороты на 180° и при
верхнем плоском штампе; V — применяется на части контура поковки для повышения
листового сопротивления течению металла в облой с целью заполнения сложной части
полости штампа; V/ — для общего повышения сопротивления течению металла в облой
по всему периметру пиковки
канавке не требуется точного совпадения штампов и гравировки
верхней части штампа, что удешевляет стоимость его изготовле-
ния; однако обрезка облоя, расположенного у торца поковки,
сопряжена с некоторыми трудностями (см. § 5). Указанный тип
канавки применяется и в тех случаях, когда обрезку облоя можно
производить с поворотом поковки на 180°. Тип V канавки исполь-
Ш
зуется на части контура поковки для местного повышения сопро-
тивления течению металла в канавку и гарантирует заполнение
металлом сложной полости штампа. В последнее время с этой же
целью применяется канавка типа VI без магазина, но с наклонен-
ными порогами. Сужающаяся полость канавки затрудняет ра-
диальное перемещение в ней металла. Этот тип канавки эффек-
тивен в технологическом отношении, но приводит к повышенному
расходу энергии, так как деформирование облоя в канавке про-
исходит в трудных условиях (тонкий слой остывшего металла),
при этом обрезка облоя усложняется.
Поскольку облой представляет собой отход металла, то при
разработке технологии объем его должен быть принят как можно
меньшим. Облоя может и совсем не быть, если подпирающее
действие боковых стенок штампа обеспечивает заполнение углов
ручья прежде, чем металл при штамповке мог бы вытечь за его
пределы. Такие условия штамповки можно создать для простей-
ших поковок, когда форма фасонной заготовки близка к форме
поковки, а ее объем равен объему полости ручья. Но если данный
объем облоя заранее предусмотрен при расчете, то при штамповке
нужно стремиться к тому, чтобы весь избыточный металл был
вытеснен, т. е. чтобы облой был максимальным для каждой штам-
пуемой заготовки. Это позволяет избежать увеличения объема
механической обработки поковок.
Минимальный расход металла в облой определяется в связи
с основным его назначением, заключающимся в том, что на неко-
торой стадии штамповки сопротивление вытеканию металла за
пределы ручья штампа становится больше сопротивления запол-
нению металлом углов полости.
Минимально необходимый облой в подобных случаях опре-
деляется в зависимости от формы фасонной заготовки, поло-
жения плоскости разъема штампа и размеров порога канавки.
Объем минимального облоя для данной поковки неодинаков и за-
висит от конструктивного оформления штампа (рис. 159). Меныпий
его объем относится к случаю тонкого h и узкого Ь' облоя, распо-
ложенного у торца поковки в том месте, где течение металла
наиболее затруднено (рис. 159, а). Однако исходя из условий
уменьшения потерь металла с напусками и удобств обрезки облоя
получила распространение штамповка с разъемом посредине по-
ковки; в этом случае наблюдается увеличенный объем минималь-
ного облоя, характеризуемый размерами h и 6" (рис. 159, в).
Промежуточная величина минимального облоя относится к штампу
с разъемом согласно рис. 159, 6; при этом b' <Zb" < b’“.
Фактический объем облоя обычно значительно больше
минимальЕю необходимого и определяется исходя из следующих
условий.
1. Колебания объемов исходных заготовок вследствие допу-
сков на прокатку и резку приводят к увеличению объема облоя
19 Я- М. Олрнменки 5У7 289
на величину Vv Например, в случае с цилиндрическими заготов-
ками эти колебания составляют
I/ л /ГУ т __________ Гр I
У 1 — 4 V/-7 та £>ггн пьпип
(61)
где D и L — соответствуют наибольшим и наименьшим разме-
рам заготовок с учетом допусков на прокатку (по Du) и резку
(по Л 0).
При расчете заготовок из проката нормальной точности, на-
пример, диаметром 60 ± 1; 90 ± 1,5 и 120 ± 2,0 мм и в случае
изменения £% : La в пределах 1—2 величина 1Д достигает 6—9%
Рис. 159. Схемы, поясняющие зависимость объема минимального
облоя от положения плоскости разъема штампа
от объема заготовок, В среднем на каждую заготовку потери
металла составят 3—4,5%, что больше потерь металла на окалину.
С уменьшением объема заготовок относительная величина коле-
бания их объема увеличивается. Для заготовки, объем который
определен расчетом, с увеличением ее длины (при одновременном
уменьшении диаметра заготовки) колебания фактического объема
вследствие допусков на прокатку и резку также возрастают.
Так, например, заготовка диаметром 120 ± 2,0 мм и длиной 120 ±
± 2,0 мм имеет средние отклонения по объему около 3%, тогда
как равновеликая по объему заготовка диаметром 90 ± 1,5 мм
и длиной 205 ± 3,0 мм имеет средние отклонения по объему 4,5%.
На рис. 313 показаны колебания объемов мерных заготовок в за-
висимости от соотношения их размеров. Величина угара металла
колеблется в небольших пределах, но также приводит к изменению
объема поступающей в штамп заготовки.
2. Увеличение объема облоя против минимально необходи-
мого объясняется также неравномерностью его образования. Это
может быть вызвано следующим: а) несоответствием профилей
заготовки и поковки в плоскости разъема штампа, приводящим
к неодинаковому поступлению металла в канавку в разных ее
частях по периметру, например, при штамповке круглых в плане
поковок из квадратных заготовок. Этот вид неравномерности
290
облоя отсутствует при штамповке в торец поковок типа тел вра-
щения, если круглая заготовка устанавливается точно в середину
ручья;' б) при штамповке длинноосных поковок сложной формы
заготовка получает в разных частях полости штампа неодинако-
вую степень деформации по высоте, что обусловливает различные
поперечные деформации и как следствие — неодинаковый облой
по периметру; в) неравномерным облоем, образующимся вследст-
вие неравномерного распределения температуры по длине заго-
товки; г) неправильной (неточной) установкой круглой заготовки
в ручей, приводящей к неравномерному облою при штамповке
в торец даже таких простых по форме поковок, как ступицы
фланцы и др.
При неравномерном облое размеры минимально необходимого
облоя будут только на отдельных участках периметра, а на осталь-
ной его части эти размеры получаются большей величины. Общий
объем облоя при этом возрастает на величину V2, которая колеб-
лется от нескольких процентов для простых форм и до десятков
процентов (от объема заготовки) для сложных форм поковок.
В качестве объема К3 не может быть использован объем Vx, так
как достаточный для этого избыточный объем рф имеется не у всех
заготовок данной партии.
3. В процессе штамповки полость штампа изнашивается, что
приводит к увеличению объема поковок (в пределах допусков).
Гак как при разделке прутков на заготовки нельзя учесть сте-
пень износа штампа к моменту штамповки каждой заготовки, то
в объеме всех заготовок содержится дополнительное количество
металла р’3, компенсирующее наибольший износ штампа. Этот
дополнительный объем также не может быть заменен избыточным
объемом заготовки Vb так как у многих заготовок Рф < У3,
а у некоторых рф — 0. В среднем величина У3 составляет 3—5%
от объема заготовки.
4. На практике вследствие несовершенной технологии запол-
нение полости штампа происходит несколько раньше, чем штампы
сходятся между собой. При этом на последней стадии штамповки
в облой вытесняется некоторый объем металла V4. При расчете
объема облоя объем У4 не предусматривается в качестве дополни-
тельного, так как он может быть заменен уже имеющимся в за-
готовке избыточным металлом. Когда штамп изношен, объем У3
остается в поковке, и если У4 >0, то У4< У1( так что на по-
следней стадии штамповки в облой поступает металл за счет его
избытка в заготовке из-за неточности ее размеров. Если штамп
выполнен с допусками по нижнему пределу и не изношен, то
объем частично или полностью вытесняется в облой. В этом
случае, если р\ )>0, то У4 < (Vt ф- у3). Если же объем У4 не
вытесняется полностью в канавку, то имеет место недоштамповка
поковки по высоте, наличие которой, как и других допусков
(на смещение штампов, перекос их и т, д.), обычно не вызывает
19* 291
увеличения объема заготовки, по приводит к увеличению объема
поковки и соответственно — механической обработки. Если
объем У4 очень большой, то для доштамповки поковки требуется
затратить много энергии вследствие увеличения числа ударов
молота или значительного повышения усилия при штамповке
на прессе. При этом износ порогов канавок значительно уско-
ряется.
5. Увеличение объема облоя против минимально необходимого
происходит также в тех случаях, когда он образуется в процессе
штамповки раньше, чем это предусмотрено в соответствии с основ-
ным назначением облоя. Металл, попадающий преждевременно в ма-
газин, пропадает. Кроме того, этот металл, имеющий объем У;>,
создает повышенное сопротивление нормально вытекающему в ка-
навку металлу и приводит к увеличению расхода энергии на штам-
повку. Чем ближе форма заготовки к форме поковки, тем при
меньшей деформации заполняется ручей, тем ближе к концу
процесса штамповки образуется облой и тем менее вероятно
преждевременное его появление. При тщательном фасонировании
заготовки облой преждевременно не образуется (У5 = 0) и со-
ответствущий объем его в заготовке не предусматривается. Если
форма заготовки, поступающей в окончательный' ручей штампа,
значительно отличается от формы поковки, то объем У5 прихо-
дится предусматривать в объеме заготовки, так как другим объе-
мом он не может быть компенсирован.
В общем случае фактический объем облоя равен
Уф - vmin + У, -Ь У2 + V3 + У5. (62)
Тщательно обработанный технологический процесс штамповки
может быть практически осуществлен при Уа = 0 и Vs — 0;
тогда
V* = Ф Vt ф V3. (62')
На практике величина облоя иногда составляет десятки про-
центов от веса поковок вместо нескольких процентов, достаточ-
ных для образования минимально необходимого облоя.
Достаточен ли объем облоя, можно установить при пробной
штамповке заготовок разного объема и с различным соотношением
размеров. При малом объеме заготовок определенный объем металла
вытекает в канавку для облоя, в то время как полость ручья оказы-
вается незаполненной. При слишком большом объеме заготовок
приходится вытеснять в канавку (кроме необходимого) большое
количество избыточного металла, после того как полость ручья
уже целиком заполнена (объем У4). В общем случае объем облоя
можно разделить на две части: полезную (объем Ут1п) и беспо-
лезную (Уф — Уга!п).
Размеры облойной канавки. Размеры отдель-
ных элементов канавки (порога и магазина см. рис. 158) обуслов-
292
лены и зависят от выполняемых ими функций. Как уже было
выяснено раньше, размеры hub канавки должны обеспечивать
достаточное сопротивление течению металла в канавку к концу
штамповки, с тем чтобы заставить металл проникать в трудно
заполняемые углы полости штампа. Размеры магазина канавки
должны исключить возможность обжатия в нем облоя и обеспечить
свободное размещение облоя с учетом неравномерности его
образования в процессе штамповки.
Сопротивление вытеканию металла в канавку зависит от пере-
менной в процессе штамповки толщины облоя и от его ширины
(по мостику). Чем меньше величина h, тем меньше должна быть
и величина Ь, т. е. эти величины взаимосвязаны.
Слишком большое сопротивление течению металла в облойнуЮ
канавку приводит к увеличению энергии на деформацию (напри-
мер, к увеличению числа ударов молота при штамповке). Не-
достаточное сопротивление течению металла приводит к увеличен-
ному объему облоя и к браку поковок по незаполнению полости
штампа металлом. Не следует увеличивать объем заготовки с целью
заполнения полости штампа за счет повышенного отхода металла
в облой, так как это приводит к повышению расхода металла
и энергии на формообразование поковки.
Аналитические методы расчета размеров канавок до сих пор
не разработаны. На практике применяют несколько способов рас-
чета облойных канавок, связывая их размеры либо с размерами
поковок, либо с массой падающих частей молота, на котором
штампуется данная поковка.
А. В. Ребельский на основании обобщения производственного
опыта предложил производить расчет канавок исходя из условий
создания необходимого в различных случаях сопротивления выте-
кающему в канавку металлу. Данные, рекомендуемые для рас-
чета размеров канавок в молотовыхтптампах, помещены в табл. 34
(линейные размеры /4; й; г; b и bj даны в мм, а площадь сечения
канавки SK в мм2).
Чем больше размеры поковок, тем больше должна быть масса
падающих частей молота, на котором штампуется поковка, и тем
больше должны быть размеры канавок. Для одной и той же по-
ковки с уменьшением массы падающих частей молота, на котором
происходит штамповка с большим числом ударов, толщина и ши-
рина облоя увиличиваются.
Как видно из табл. 34, размеры канавок типа III зависят от
глубины ручьев, характера деформаций при заполнении штампа.
Толщину мостика облоя определяют по формуле
h = 0,015 (63)
где Ftl — площадь проекции поковки в мм? в плоскости разъема
штампа. „ . .
303
Таблица 34
Размеры канавок для облоя
Порядковые но- мера канавск Высотные размеры канавок г при глубине руль я При штамповке
осаживанием выдавливани- ем в неглубо- кую полость выдавливани- ем в глубо- кую полость
h. Л, До 20 30-40 свы- ше 40 ь bi 5 к ь bl Ь 1 bi
1 0,6 3 1 1 1.5 6 18 52 6 20 61 8 22 74
2 0,8 3 1 1,5 1,5 6 20 69 7 22 77 9 25 88
3 1 3 1 1,5 2 7 22 80 8 25 91 10 28 104
4 1,6 3,5 1 1,5 2 8 22 102 9 25 113 И 30 155
5 2 4 1,5 2 2,5 9 25 136 10 28 153 12 32 177
6 3 5 1,5 2 2,5 10 28 201 12 32 233 14 38 278
7 4 6 2 2,5 3 И 30 268 14 38 344 16 42 385
8 5 7 2 2,5 3 12 32 343 15 40 434 18 46 506
9 6 8 2,5 3 3,5 13 35 435 16 42 530 20 50 642
10 8 10 3 3,5 4 14 38 601 18 46 745 22 55 903
И 10 12 3 3,5 4 15 40 768 20 50 988 25 60 1208
По этому размеру выбирают канавку в табл. 34 с учетом пре-
обладающей деформации при заполнении ручья штампа металлом.
Площадь поперечного сечения облоя находят по формуле
Яоб = 2ф5ге, (64)
где ф — коэффициент, учитывающий степень заполнения канавки
и зависящий от формы поковки (или ее элемента).
Для поковок простых форм ф = 0,3; для средней сложности
ф = 0,5 и для поковок сложных форм ф = 0,7. Площадь SK
(табл. 34) соответствует канавкам типа III по рис. 158. Объем
облоя Vo6 можно определить как произведение средней площади
сечения облоя ф5л на длину линии 1Ц, проходящей через центры
тяжести поперечных сечений облоя, т. е.
V Ф^Л-
Уменьшения неравномерности образования облоя можно до-
биться изменением размеров канавки. По конструктивным со-
ображениям наличие в одном штампе переменной толщины h
облоя нецелесообразно. Выравнивание истечения металла в ка-
навку по периметру полости штампа проще осуществить при
использовании канавок с неодинаковой по периметру шириной
порога облоя.
На тех участках периметра поковки, где находятся трудно-
заполняемые места полости штампа, ширину порога b следует
увеличить для улучшения условий заполнения ручья.
Если все-таки наблюдается неравномерность образования об-
лоя, то чтобы избежать переполнения металлом отдельных мест
294
канавки и недоштамповки поковок, следует применять канавки
с переменной шириной Ьг магазина.
Для иллюстрации эффекта своевременного образования облоя
на рис. 160 приведены две возможные схемы. При недостаточном
фасонировании металл вытекает в облой преждевременно
(рис. 160, а) и облой получается увеличенного объема (десятки
процентов от объема поковки). В этом случае часть облоя, попа-
дающая в магазин, обжимается (сила Рм), что приводит к увели-
Рис. 160. Схемы образования облоя:
□ — нежелательная; б — предпочтительная
чению работы деформации. При достаточном фасонировании
(рис. 160, б) облой появляется ближе к концу штамповки; при
этом его объем не превышает 5—10% от объема поковки. Тщатель-
ным фасонированием можно добиться еще меньшего объема облоя
(малооблойная штамповка). При нормальной схеме образования
облоя в момент поступления металла в магазин толщина его
должна быть равна или меньше высоты магазина в сомкнутом
положении штампа, т. е. h.r < hM.
Дальнейшее перемещение облоя в магазине сопровождается
увеличением его наружного периметра и уменьшением его толщины;
Даже в случае, при котором hT — hM, облой не обжимается гори-
зонтальными плоскостями магазина. Высоту магазина следует
брать наибольшей исходя из стойкости кромки порога канавки.
Вследствие того, что внешняя сила, деформирующая облой в пере-
мычке, действует на меньшую площадь, чем реакция этой силы
со стороны нижнего штампа (рис. 160, б), облой в процессе штам-
повки искривляется.
Й93
Следует иметь в виду, что обычное расположение плоскости
разъема штампа посредине ручья обеспечивает наименьший рас-
ход металла с напусками, но способствует более раннему образо-
ванию облоя.
Возможности экономии металла на облой.
Средние потери металла на облой составляют, например, в авто-
тракторной промышленности 16—18 % от массы используемого на
поковки металла. По всей промышленности СССР отходы в облой
составляют сотни тысяч тонн металла. Несколько процентов от
всей штампуемой стали можно сэкономить, если сократить
избыток металла в заготовке за счет повышения точности
ее объема.
Для этого необходимо применять способы безотходной
и точной разделки прутков на заготовки с учетом допусков
при прокатке (см, раздел 2 гл. II). Разделка заготовок на уста-
новке с ограничителем, действующим от вычислителя объема,
обеспечивает получение достаточно точных по объему заготовок
из проката обычной точности.
Сокращения объема металла на облой можно добиться умень-
шением объема металла V3, компенсирующего износ штампов.
Для этого объем, характеризующий износ штампа, делится на не-
сколько частей, соответственно которым применяются заготовки
с различной величиной избытка металла — вначале небольшой,
а затем все возрастающей. Экономию металла можно получить
уменьшением избытка металла У2, вызываемого неравномерно-
стью образования облоя, за счет использования канавок с пере-
менной шириной порога b и лучшего фасонирования заготовок.
В процессе штамповки нельзя уменьшать объем облоя, так как
это приводит к утяжелению поковок и к увеличению объема их
механической обработки. Всякое уменьшение объема облоя должно
сопровождаться уменьшением объема заготовки, только в этом
случае можно получить экономию металла.
Разъем штампов. Разъем у открытых штампов не-
обходим для вкладывания заготовки в ручей и извлечения из
него поковки.
Положение плоскости разъема штампа определяется различ.-
ными факторами и в первую очередь формой поковки, которая
должна обеспечивать свободный выход ее из полости. Рассмотрим,
какие положения плоскости разъема возможны для поковок раз-
личных геометрических форм (рис. 161).
Шар. В этом случае (рис, 161, а) плоскость разъема 1—1 мо-
жет проходить толькочерез диаметральное сечение фигуры.Смеще-
ние плоскости разъема, например, в положение 2—2 (рис. 161, б)
приведет к напускам и потере металла. Форма поковки при этом
искажается. При штамповке эллипсоида возможны два варианта
плоскости разъема штампов: по большому и малому диаметраль-
ным сечениям.
296
К у б. Для него возможны три положения плоскости разъема
штампов (рис. 161, в): разъем 1 требует напусков по четырем
боковым граням; разъем 2 столько же, хотя потери металла в на-
пуски здесь меньше. Самым целесообразным является разъем 5,
при котором по двум плоскостям в каждой части штампа имеются
естественные откосы. Напуски здесь небольшие и предусматрива-
ются только на двух гранях. Периметр и объем облоя при этом
Рис. 161. Возможные положения плоскостей разъема штампов
для простых геометрических фигур
несколько больше, однако получаемая экономия маталла в на-
пусках компенсирует потери, связанные с увеличением облоя.
Цили н д р. Возможны три варианта разъема (рис. 161, г).
Вариант 1 имеет те же недостатки, что и в случае с кубом (большие
потери металла от уклонов). Обрезка облоя у торца поковки
усложнена. В зависимости от соотношения высоты Нп и диа-
метра Do выбирают варианты 1, 2 или 3 разъема штампов. Для
цилиндров большой длины целесообразнее применять вариант 3,
при котором заготовка штампуется поперек-оси, так как напуски
здесь будут только у торцов; для цилиндров небольшой длины,
которые штампуют в торец, — вариант 2.
Усеченный конус. Возможны два варианта разъема
(рис. 161, д). Вариант 1 используют, когда величина угла конуса <х
достаточна для извлечения поковки из ручья без приложения зна-
чительных -усилий, однако при этом должен быть использован об-
резной штамп с направляющими колонками и с двумя режущими
кромками рабочего инструмента. Поковки большой длины обычно
297
штампуются по варианту 2 с напусками только на торцах. Штам-
повка сопровождается появлением горизонтальных сил; при
этом используется обрезной инструмент с одной режущей кромкой.
Реальные поковки можно рассматривать как сложные геомет-
рические фигуры, состоящие из элементарных фигур. Если плос-
кость разъема штампов выбирают по максимальным габаритным
размерам поковки, то полости штампов получаются неглубокими,
облегчается их заполнение, но увеличиваются периметр и объем
облоя, а также площадь зеркала штампа, занятая ручьями.
Рассмотрим примеры. Требуется изготовить деталь типа
шкива, втулки, шестерни и т. п. (рис. 162, а). Выбирая разные
Рис. 162. Возможные положения плоскости разъема
штампов для поковки типа тела вращения
плоскости разъема штампов, получим поковки различной формы
(рис. 162, б и в). При положении разъема, показанном на
рис. 162, б, применяется штамповка в торец. Разъем, соответству-
ющий рис. 162, в, отвечает поперечной штамповке. Расположение
и величина напусков определяются соотношением размеров
элементов поковки. При штамповке в торец (рис. 162, б) удается
сделать наметку отверстия, что обычно дает значительную эконо-
мию металла и упрощает механическую обработку поковки;
заготовка при этом может иметь простую цилиндрическую форму.
При поперечной штамповке (рис. 162, в) должна быть исполь-
зована фасонная заготовка. Из сказанного можно сделать вывод,
что при соотношении размеров детали Нд С Dd более целесооб-
разна торцовая штамповка.
Если речь идет о поковке шестерни, то при любых соотноше-
ниях ее размеров предпочтительнее торцовая штамповка. В этом
случае макроструктура поковки получится одинаковой у всех
зубьев шестерни и обеспечит высокую их прочность. При попе-
речной штамповке зубья шестерни в местах, совпадающих с пло-
скостью разъема штампа, ослаблены.
Достоинства варианта штамповки, показанного на рис. 162, а,
состоят в отсутствии напусков на боковые поверхности цилиндри-
ческих элементов поковки (используются естественные скаты по-
ковки). Если поковка большой длины (Нд '>Dd) и в ней нет
298
отверстия,
то ее целесообразно штамповать по указанному ва-
Р дл^’ия разъема штампов (проекция плоскости разъема на
перпендикулярную к ней плоскость) может быть прямой или лома-
ной Например/при изготовлении поковок рычагов и шатунов
(оис 163, а) разъем может быть выполнен по варианту, указан-
ному на рис. 163, б, который обеспечивает относительно простое
изготовление штампа и хо-
Рис. 163. Положение плоскости разъема
штампов для длиняоосных поковок с бо-
бышками на концах:
7— / — прямая и II—11 — ломаная линии
разъема
рошие условия обрезки об-
лоя. По расходу металла
вариант, представленный па
рис. 163, в, более экономи-
чен (при одинаковой вели-
чине уклона <х), хотя лома-
ная линия разъема усложняет
изготовление штампов и об-
резку облоя.
Для поковки с бобышка-
ми, развитыми в одну сто-
рону по отношению к пло-
скости разъема (рис. 163, а),
прямая линия разъема при-
водит не только к повышен-
ному расходу металла, но
и к плохому заполнению уг-
лов к глубоких полостей
штампа. При ломаной линии
разъема штампа (рис. 163, д)
углы к, расположены в менее
глубоких полостях, что улуч-
шает условия их заполнения.
В случае штамповки по-
ковки удлиненной простой
формы при небольшом раз-
мере h# (рис. 164, а) целесо-
образна использовать разъем
образна использовать разъем штампа по плоской части поковки.
При штамповке ио варианту согласно рис. 164, б стоимость
изготовления штампа выше, а объем облоя больше и условия
наладки сложнее, чем при расположении ручья только в ниж-
нем штампе (рис. 164, «). Для таких малоответственных деталей,
как например, гаечный ключ, простота изготовления штампа
(по варианту рис. 164, в) и то обстоятельство, что смещение частей
Штампа не играет роли, оказываются более важными, чем недо-
статки при обрезке облоя, расположенного с краю поковки.
В случае штамповки поковки Г-образной формы (рис. 165, а)
при ломаной линии разъема штампа I—И—III—IV неудобное
расположение облоя для обрезки усложняется тем, что он нахо-
299
дится в нескольких плоскостях под прямыми углами (рис. 165, б).
Разъем штампов V—VI—VII, установленный под тупым углом а
(рис. 165, в), повышает качество обрезки облоя. При небольшой
длине поковки (рис. 165, г) ее можно штамповать с прямой линией
разъема (рис. 165, д).
В некоторых случаях положение плоскости разъема штампов
и соответственно форма поковки определяются заданной макро-
Рис. 164. Возможное положение
плоскости разъема штампов при
штамповке плоских поковок
удлиненной формы
Рис. 165. Положение плоскости разъе-
ма штампов для поковок Г-образпой
формы
структурой. Например, если деталь машины (рис. 166) работает
на срез по линии аа, то волокно должно быть перпендикулярно
линии среза. Положение линии разъема II—II в данном случае
не является удовлетворительным, и поэтому, пренебрегая некото-
Рис. 166. Выбор положения разъема штампа по условиям работы детали
рыми недостатками, связанными с положением разъема I—I, все
же следует выбрать этот последний вариант.
На рис. 167 показано влияние положения плоскости разъема
штампа относительно оси поковок типа тел вращения на их форму.
На рис. 167, а и б сравниваются торцовая (продольная) и попе-
речная штамповка. Для поковки с отверстием и коническим кор-
пусом (верхняя на рис. 167) потери металла с напусками (см. за-
штрихованную часть) небольшие при торцовой и очень большие
при поперечной штамповке. Наоборот, для поковки с боковой
ЗОР
выемкой и цилиндрическим стержнем напуски очень большие при
торцовой штамповке.
В табл. 35 для сравнения даны оба варианта штамповки, бо-
тее выгодные условия отмечены знаком плюс и знаком минус —
менее выгодные.
Иля поковки с отверстием целесообразно применять торцовую
штамповку, так как удается отформовать полость для отверстия
с небольшим отходом в виде перемычки с. Для поковки со стерж-
Рис. 167, Два возможных положения поковки
в процессе штамповки
нем и колесом с ребордами целесообразнее торцовая штамповка.
Однако с экономической точки зрения из-за больших потерь
металла в напуски предпочтительнее применять поперечную штам-
повку, несмотря на более сложные штампы, используемые при
этом, и другие недостатки указанного варианта штамповки.
Оценка правильности выбора плоскости разъема штампов
не исчерпывается данными, перечисленными в табл. 35. В част-
ности необходимо учитывать условия захвата и базовые поверх-
ности при обработке поковок резанием. При прочих равных усло-
виях правильный разъем штампа обеспечивает зажим поковки
не по конической, а по цилиндрической части и одинаковый при-
пуск вдоль направления обработки резанием, т. е. напуски должны
быть расположены по черным (необрабатываемым) поверхностям
поковки.
301
Таблица 35
Сравнение двух вариантов штамповки (к рис. 167)
Варианты штамповки
Характеристика технологического
процесса
Поковка с
отверстием
Поковка со
стержнем
Подготовка исходной заготовки . .
Конструкция основного штампа . .
Условия укладки заготовки в штампы
Величина отхода в облой..........
Конструкция обрезного штампа . ,
Условия обрезтСи облоя
Макроструктура (расположение во-
локон) ..........................
Отходы металла в напуск .........
тор цовая
попереч-
ная
торцовая
попереч-
ная
В большинстве случаев выполнить все перечисленные выше
требования к плоскости разъема не удается. Поэтому в каждом
конкретном случае выделяют некоторое число требований, которые
и являются главными.
Штамповочные уклоны. Отштампованная поковка
удерживается в полости штампа силами трения, которые преодо-
левают при извлечении поковки из ручья. Чтобы предотвратить
застревание поковок в ручьях, боковые стенки полости штампов
выполняют с уклонами (штамповочные уклоны). При отсутствии
уклона поковка удаляется с преодолением сил трения па относи-
тельно большом пути. При наличии уклонов поковка отрывается
от стенок штампа в результате ничтожно малого ее смещения.
На практике применяются штамповочные уклоны от 1 до 10G [10].
В этих условиях своеобразие контактных сил трения не может
быть полностью учтено известным выражением, как произведе-
ние сопротивления деформации на коэффициент трения и площадь
трения. Например, влияние площади контакта для различных
форм поковок неодинаково. Чем относительно глубже полость
штампа, тем больше должен быть штамповочный уклон для сво-
бодного удаления поковок из ручья. Это можно объяснить по-
вышением нормальных напряжений при штамповке в более глу-
бокой полости штампа. Если заполнение какой-нибудь части
ручья сопровождается выдавливанием металла, то штамповочный
уклон должен быть больше, чем при штамповке с осадкой, при
которой металл поступает в ручей до начала штамповки. Уклон
ручья повышает сопротивление выдавливанию металла, нормаль-
ные напряжения и соответственно удерживающие поковку силы
трения.
302
Для ряда геометрически подобных поковок штамповочный
уклон уменьшается при переходе от мелких к крупным изделиям.
Это объясняется тем, что упругая отдача после ударов, способст-
вующая отрыву поковки от штампа, более значительна у крупных
поковок, штампуемых ударами большей энергии.
С увеличением температуры конца штамповки удельное уси-
пие штамповки уменьшается, а сила трения уменьшается непро-
порционально вследствие увеличивающейся при этом способности
штампуем°го металла прилипать к штампу. Смазка, применяю-
щаяся для штампов, влияет на обе составляющие сил трения:
уменьшаются коэффициент трения и нормальные напряжения.
Рассмотрим схему действия сил при удалении поковок из
ручья (рис. 168). Проектируя действующие силы на вертикальную
ось
р
аз
г—z, находим
= Т cos а — Pr sin ct, (65)
где
Риз — сила извлечения по-
ковки из ручья;
Т — сила трения, равная
рРг;
Рг—сила, действующая
со стороны упруго-
деформированного
штампа на поковку;
а — штамповочный ук-
лон.
упрощении полученного
Риз — Рг (И cos а — sin “)•
Рис. 168. Схема действующих сил
при удалении поковки из ручья
При
выражения имеем
(65')
Как видно из этого выражения, при данной величине угла
уклона а сила Риз, необходимая для извлечения поковки из
ручья, зависит от коэффициента трения, с уменьшением которого
уменьшается и усилие штамповки, а следовательно, и величина Рг.
р
Двучлен в скобках, равный - - (р cos а — sin а), харак-
V г
теризует условия освобождения поковки из ручья; при О
поковка освобождается естественно.
Для наглядности в табл. 36 приводятся расчетные данные
относительного уменьшения величины по мере увеличения
уклона и уменьшения коэффициента трения (при условии, что
величина р равна 0,5—0,05).
При максимальных силах трения (р =- 0,5) даже наибольший
применяемый штамповочный уклон (а = 12и) приводит к сниже-
р
нию относительного усилия извлечения менее чем в 2 раза
* /
Таблица 36
р
Зависимость относительного усилия извлечения поковки
из ручья от величин а и ц
КоэффИ’ циент ТрСНЕЯ Угол штампгеочного уклона а в град
о 1 3 5 7 10 12
0,5 0,5 0,48 0,44 0,41 0,37 0,3! 0,28
0,25 0,25 0,23 0,2 0,17 0,13 0,08 0,05
0,2 0,2 0,18 0,15 0,11 0,08 0,02 —
0,1 0,1 0,08 0,05 0,01 — — —
0,05 0,05 0,03 — — —
(с 0,5 до 0,28). С уменьшением коэффициента трения до 0,2 вели-
чина становится незначительной уже при а = 7°, а при
U = 12° поковка освобождается естественно.
При р — 0,1 естественное освобождение поковки происходит
при р = 7', а при ц = 0,05 освобождение поковки происходит
при а — 3°. Приведенные данные относятся к статическим усло-
виям процесса. Динамические условия штамповки облегчают
освобождение поковок из ручья.
После совершения удара упругосжатые штамп и подштампо-
вая система с большой скоростью возвращаются в исходное по-
ложение. При этом, если полость штампа имеет достаточный уклон
и хорошо смазана, то поковка отрывается от штампа и может
быть затем свободно удалена. Продукты горения и испарения
смазки, а также воздух, находящийся во многих случаях в полости
штампа, сжимаются и создают компрессию, что способствует уда-
лению поковок из ручья.
Так как штамповочные уклоны приводят к потерям металла
с напусками, то следует использовать минимальные уклоны,
однако при этом возможны случаи застревания поковок. Даже
для симметричных относительно плоскости разъема поковок усло-
вия их застревания в штампе не совсем одинаковые. Нижняя
часть штампа находится в соприкосновении с металлом более
длительное время и разогрета больше верхней. Износ нижней
части штампа больше, поэтому состояние ее рабочей поверхности
хуже, что вызывает застревание в ней поковок. Для удаления
застрявшей поковки из нижней части штампа наносят по поковке
дополнительный сильный удар, чтобы добиться естественного ее
выбрасывания из ручья. В некоторых случаях поковке дают
немного остыть, после усадки металла она свободно удаляется
304
из полости. Этот способ нельзя рекомендовать, так как он приво-
дит к уменьшению производительности работы и отпуску штампа.
Застревание поковок в верхней полости недопустимо по условиям
техники безопасности и из-за образования забоин (брака) поковок
при их падении из поднятого штампа. Лучшие условия выемки
поковок из верхней полости создают за счет уменьшения контакт-
ной поверхности верхнего штампа соответствующим выбором
плоскости разъема или применением штамповочных уклонов
в верхнем штампе больших, чем
в нижнем.
Для различных металлов
штамповочные уклоны неодина-
ковы. Так, например, для дур-
алюмина штамповочные уклоны
почти вдвое меньше, чем для
стали. Причина этого заклю-
чается в меньших силах трения
и в меньшей слипаемости дур-
ил юмина со сталью, чем стали
со сталью. Для разных марок
стали принимают обычно одина-
ковые уклоны.
На поковках и в штампах
Рис. 169. Наружные и внутренние
штамповочные уклоны на поковке
различают наружные и внутрен-
ние уклоны (рис. 169). Наружные или внешние штамповочные
уклоны 1 относятся к гем поверхностям, по которым между по-
ковкой и стенкой штампа образуются зазоры вследствие тепловой
усадки при остывании металла. Внутренние штамповочные
уклоны 2 относятся к тем поверхностям поковки, которые при ее
остывании приводят к горячей посадке поковки на выступ штампа.
Эти штамповочные уклоны должны быть больше наружных
(«2 > «1).
При конструировании инструмента для определения штампо-
вочных уклонов пользуются различными опытными данными,
одни из которых для молотовых штампов (в град) приводятся ниже
(А,,— глубина полости; Ьп — ширина (или диаметр) полости;
— длина или диаметр полости).
1п:Ьп
До 1 1-3 3-4.5
До 1,5 5 7 10
Свыше 1,5 . 3 5 7
Приведенные данные о штамповочных уклонах относятся
к полостям, заполняемым выдавливанием. Если полость запол-
20 я М. Охрименко 597 305
няется осадкой заготовки, то штамповочные уклоны могут быть
значительно меньше. На рис. 170, а показана поковка, для штам-
повки которой путем осадки заготовки возможен уклон 1°30
вместо 10° согласно приведенным выше данным. На рис. 170, б
дана поковка с двумя уклонами по высоте для получения меньших
отходов в напуски при штамповке. Согласно ГОСТу 7505—55
внешние уклоны для поковок, штампуемых на молотах, должны
быть не более 7°, а внутренние не более 10°.
Радиусы закругления. Различают два вида радиу-
сов закругления штампов: внутренние г и наружные или внеш-
ние R (рис. 171, б). У поковок буквенные обозначения радиусов
расположены в обратном порядке (рис. 171, а). Внешний радиус г
у поковок трудно выполнить небольшим: металл затекает в угол
штампа с малым радиусом в последнюю очередь; при этом тре-
буется большое удельное усилие для течения металла. Чем больше
глубина полости штампа, тем труднее получить малый радиус
закругления у поковки, если полость заполняется выдавлива-
нием в нее металла. Малые радиусы г могут привести к обра-
зованию трещин а на штампе в результате концентрации напряже-
ний (рис. 172).
Радиус закругления R также не может быть очень малым, так
как в штампе подвергается смятию соответствующий угол б,
образуя поднутрение полости ручья, в котором поковка застре-
вает. При наличии радиуса R недостаточной величины может
произойти неправильное течение металла и образование складки
(зажима), т. е. брак поковок (рис. 173). Например, наличие не-
достаточного по величине радиуса (рис. 173, а) при штамповке
шестерни приводит к тому, что поток металла от ступичной части
устремляется к ободу шестерни (7) и, встречая ограничивающее
действие боковых стенок (//) штампа, течет вверх (7/7), а затем
осаживается (IV) при продолжающемся интенсивном течении ме-
талла из ступичной части. Образующийся встречный поток ме-
талла приводит к складке (V). При нормальной величине радиуса
7?2 (рис. 173, б) металл растекается вдоль поверхности полости,
образуя нормально выполненную поковку.
Большая величина радиуса R приводит к увеличению расхода
металла, а небольшая затрудняет дробеструйное удаление окалины
с поковок (см. § 3 гл. VI).
Недостаточная величина закруглений кромок полости штампа
вызывает рассекание волокон заготовки (рис. 174, а), поковка
получается менее доброкачественной, чем в случае, когда штамп
имеет нормальную величину закругления кромок. Здесь волокно
огибает контур поковки (рис. 174, б).
Радиусы г обычно равны 1—6 мм, a R = 3 4- 15 мм. Чем
глубже полость, тем большим принимается радиус закругления.
Величину радиусов выбирают также в соответствии со способом
заполнения полости при штамповке. Если полость заполняется
306
Рис. 170. Штамповочные уклоны:
д — ттрн штамповке в закрытом и б— в
открытом штампах
Рис. 172. Преждевременный выход из
строя штампа (левая часть рисунка)
вследствие недостаточной величины
радиуса закругления внутреннего (а)
и наружного (о) углов полости.
Штрихпунктиром показан контур по-
лости после деформации кромок
Рис. 171. Наружные и внут-
ренние радиусы закругления
поковки и штампа
Рис. 173. Образование складки на по-
ковке при недостаточном наружном
радиусе Д1 у штампа
307
выдавливанием, то радиус должен быть большим, чем при запол-
нении ручья осадкой (см. рис. 174). При обработке поковок рез-
цом радиусы г и 7? выбирают в соответствии с величинами при-
пусков.
Условия заполнения углов штампов могут быть выявлены ана-
литически (например, методом построения сеток линий скольже-
Рис. 174. Рассекание волокон заготовки
при недостаточной величине радиуса R
закругления кромки штампа:
— рассеченные волокна
Полости и наметка
к а х. При штамповке поковок с
ными отверстиями стремятся получить выемки возможно большего
объема, что приводит к экономии металла и уменьшению механиче-
ской обработки.
Поковки с весьма глубокими
полостями не являются типич-
ными для штамповки под моло-
тами вследствие больших штам-
побочных уклонов и значитель-
ных потерь металла с напуска-
ми. Неглубокая полость в по-
ковке (рис. 175, а) может быть
образована в молотовых штам-
пах тем легче, чем больше
диаметр этой полости.
При штамповке таких поко-
вок в наиболее тяжелых усло-
виях работают выступы штам-
пов, называемые знаками.
Вследствие малой стойкости
штамповых знаков полости диаметром менее 30 мм при горячей
штамповке не выполняются. При штамповке поковок деталей
большой высоты с отверстием ограничиваются получением лишь
глухих наметок (рис. 175, б) без последующей просечки отвер-
стий, которые получают обработкой поковок резанием, Нали-
чие выемки в поковке способствует получению более точных
размеров при калибровке торцовых поверхностей (см. §4, гл. IX).
Наметки можно получить с двух сторон поковки, но в дан-
ния для плоской схемы де-
формации [87, 100]. В част-
ности, для закрытых штампов
условия затекания металла
в активные углы лучше, чем
в пассивные; в связи с этим
радиус закругления поко-
вок в первых углах может
быть меньше, чем вторых.
Внешние радиусы г поко-
вок согласно ГОСТу 7505—55
приведены в табл. 37.
отверстия в воков-
глухими полостями или сквоз-
7'аблица 37
Номинальные радиусы г (в мм)
закруглений внешних углов
в штампованных поковках
Масса штампованных Группа точно- сти ПОКОВОК
поковок f яа первая вторая и третья
Свыше 0,25 до 0,63 » 0,63 » 1,60 » 1,60 » 2,50 » 2,50 » 4,00 » 4,00 » 6,30 » 6,30 » 10,00 1,0 1,5 1,5 2,0 2,5 2,5 1,5 2,0 2,5 3,0 3,0 3,5
308
случае объем полостей а поковке незначителен. Верхняя на-
н™ полости выполнена из условия получения глубины, равной
М у диаметрам. Высота нижней наметки полости меньше верх-
Дей так как стойкость нижнего знака меньше верхнего (из-за
большего его разогрева). Чтобы обеспечить устойчивость заго-
товки при закладывании ее в ручей, нижний знак должен быть
невысоким (если отсутствует предварительная подготовка полости
в заготовке).
Рис. 175. Типы поковок с полостью
Согласно ГОСТу 7505—55 выполнение сквозных отверстий или
углублений в поковках обязательно, если диаметр отверстий
больше или равен высоте поковок. Если штампуется поковка де-
тали небольшой высоты со сквозным отверстием, то наименьший
расход металла и правильный радиальный поток его обеспечи-
ваются при образовании одинаковых наметок с двух сторон по-
ковки при условии несовпадения уровней плоскостей разъема
штампа и образования пленки (рис. 175, в). Образующаяся пленка
(перемычка) легко удаляется в просечном штампе при обрезке
облоя. Так как плоскость разъема штампа проходит ниже торца
нижнего знака, то необходим нижний вставной знак. Его при-
меняют, чтобы избежать больших потерь металла при строжке
штампового кубика для нижней части штампа с выступающим зна-
ком выше его зеркала (на исходном кубике). Решение, показанное
на рис. 175, г, обеспечивает совпадение уровня обреза знаков
с плоскостью разъема штампов, однако потери металла в напуски
здесь относительно большие. Исходя из условий течения металла
да
этот вариант имеет и тот недостаток, что радиальный поток ме-
талла, выдавливаемого между знаками, устремляется непосред-
ственно в облойную канавку, что сопровождается более ранним
и увеличенным облоем. Еще один вариант решения приведен на
рис. 175, д. Здесь угол и3 > ах и потери металла в напуск еще
больше возрастают. В этом случае удаление пленки значительно
усложняется; стойкость знака наиболее низкая.
При штамповке поковок с наметкой отверстий приходится
считаться с тем, что слишком толстые пленки тяжело срезать,
а чрезмерно тонкие пленки нецелесообразны по затрате энергии
при штамповке и из-за снижения стойкости штамповых знаков.
На практике в каждом отдельном случае устанавливают опти-
мальные размеры пленок с учетом применяемой стали и габарит-
ных размеров поковок. Если пленка получается большого диа-
метра ш небольшой толщины, то для ее образования требуется
затратить много энергии. В этом случае на первой стадии штам-
повки в черновом ручье целесообразно получать пленку между
знаками с большими радиусами закруглений (рис. 175, е). При
штамповке в чистовом ручье (рис. 175, ж) применяют такие знаки,
которые образуют в середине пленки магазин (карман). Металл
с утолщенных мест пленки вытесняется в него, а сама пленка
легко удаляется.
Если поковка имеет большой диаметр и не представляет собой
массивного изделия, то во избежание складок (см. рис. 173) в чи-
стовом ручье применяют штампы с карманом другой формы
(рис. 175, з). Чтобы избежать больших потерь металла на пленки,
карман выполняют в соответствии с объемом и даже формой
какой-нибудь другой поковки (ем. рис. 323).
Чистовой ручей. Заполнение чистового ручья, в котором по-
ковка приобретает окончательную форму, обычно происходит
путем осадки, прошивки заготовки или выдавливания металла
в углубления и выемки внутри полости штампа. Наиболее просто
протекает процесс штамповки, при котором свободная осадка
сопровождается формовкой несложных поковок без выемок
(рис. 176, а). Если поковка штампуется с образованием одно-
стороннего или двухстороннего углубления, то его можно полу-
чить при удовлетворительной стойкости штампов прошивкой
с одновременной осадкой (рис. 176, б и в). На рис. 176, г показан
пример образования выступающих частей поковки осадкой вы-
сокой заготовки, а на рис. 176, д эти же части поковки образуются
при выдавливании низкой заготовки в торцовые углубления
полости штампа. На рис. 176, е приведен пример, когда верхняя
часть штампа прошивает заготовку, а в нижней происходит вы-
давливание металла в кольцевую выемку полости штампа.
Заполнение ручья металлом можно разделить на несколько
(например, на четыре) стадий (рис. 177). Рассмотрим простейший
случай.
310
В первой стадии происходит свободная осадка заготовки на
величину Д#.г (Рис- 177 В более сложных случаях свободная
осадка сопровождается частичным выдавливанием в дополнитель-
ные углубления полости или прошивкой металла с образованием
выемок в поковке. На этой стадии штамповки усилие на де-
формацию относительно невелико (график справа на рис. 177, /).
На заготовку действуют следующие силы: внешняя Р, ее реакция
и силы трения Т по торцам заготовки.
С момента соприкосновения заготовки с боковыми стенками
штампа начинается вторая стадия штамповки (рис. 177,*2). ^Усилие
Рис- 176. Разновидности форм ручьев в зависимо-
сти от способа их заполнения металлом (штрихо-
выми линиями показаны исходные заготовки)
на деформацию на этой стадии процесса возрастает (рис. 177, 2)
вследствие подпирающего действия боковых стенок Q штампа.
Появляются силы трения Тб на боковой поверхности заготовки,
направленные против движения металла по поверхности ручья.
Эта стадия штамповки завершается при обжатии на Д/f 2 в момент
начала образования облоя.
В третьей стадии штамповки при обжатии на ДЯ3 (рис. 177, 3)
избыточный металл заготовки вытекает в канавку. Объемное на-
пряженное состояние металла становится более ярко выраженным,
сложным, в связи с чем интенсивнее возрастает усилие на дефор-
мацию (рис. 177. 3). Общее сопротивление деформации Р воз-
растает еще и потому, что теперь приходится деформировать и
облой (сила Рдв и ее реакция). К началу этой стадии штамповки
незаполненными остаются лишь углы полости с. Вследствие те-
чения металла в облой возникают силы трения на боковой
поверхности у входа в канавку, направленные против сил трен-
йия Тб в области углов полости. Появляются также силы тре-
ния на облое. Третья стадия штамповки характерна тем, что
и это время облой выполняет свою основную технологическую
функцию — закрывает полость штампа. При дальнейшей деформа-
ции сопротивление выходу металла в канавку растет вследствие
311
Рис, 177. Различные стадии течения металла при заполне-
нии полости открытого штампа:
/, 2, 3, 4 ~ начальные (слева) и конечные (справа) положения каж-
дой стадии штамповки
312
уменьшения высоты облойной щели. Так как сопротивление те-
чению металла в незаполненные углы полости меньше, чем в ка-
навку, то к концу этой стадии ручей штампа оказывается за-
полненным. Нели штамп сконструирован правильно и объем
заготовки подобран точно, то заполнение углов полости может
совпасть с окончанием процесса штамповки. О деформациях
в третьей стадии штамповки можно судить по изменению коорди-
натной сетки (рис. 178, б), нанесенной на сечение заготовки по
окончании второй стадии штамповки (рис. 178, а).
Рис. 178. Деформация заготовки на третьей стадии
штамповки в открытых штампах
На практике почти всегда бывает четвертая стадия штамповки,
если к моменту заполнения ручья поковка недоштампована,
г. е. имеет высоту большую, чем по чертежу, на величину
(см. рис. 177, 4).
Для вытеснения из полости штампа избыточного металла при-
ходится дополнительно затрачивать энергию за счет нанесения
еще нескольких ударов. На этой стадии штамповки силы4трения
движения Тоб остаются лишь на облое. Развитие четвертой стадии
штамповки наблюдается при чрезмерно большом объеме заготовки,
при малой толщине перемычки облоя h или при большой ширине
порога b (см. рис. 158) облойной канавки. Сопротивление деформа-
ции на этой стадии штамповки быстро возрастает до наибольших
величин. Для правильного представления о механизме заполне-
ния полости штампа следует иметь в виду, что стадии штамповки
следуют друг за другом не одновременно по всему периметру
поковки. Исключение составляют поковки типа тел вращения,
штампуемые в торец, для которых типичны одновременное по
периметру возникновение и смена стадий штамповки. Для поковок
сложной формы неодинаковое развитие третьей и четвертой стадий
штамповки на разных участках по периметру поковок легко об-
наруживается путем их рассмотрения перед последними ударами.
Углы штампа заполняются вначале только в отдельных местах
полости.
Для того чтобы установить начало четвертой стадии штамповки
на молотах, необходимо прекратить процесс после первого, вто-
рого и третьего и т. д, ударов и путем сравнения с эталоном по-
ковки определить порядковый номер удара, при котором углы
полости штампа можно считать выполненными окончательно,
а высоту поковки больше допускаемой. Остальные удары молота
затрачиваются на доштамповку поковки. Величина доштамповки
устанавливается по разнице высот эталонной и рассматриваемой
поковок. Инж. В. Ф. Лошкарев [45J выполнил эксперименты, по
которым можно установить относительную затрату энергии на
выполнение четвертой стадии штамповки, судя по числу ударов
на доштамповку поковки по высоте (табл, 38).
„ Таблица 38
Данные, характеризующие четвертую стадию штамповки
Наименование паковок Относительное число ударов для осуществле- ния четвертой стадии штам- повки в % Относительна уменьшение толщины облоя ва четвертую стадию штам- повки в % Абсолютная ве- личина деформа- ции облоя за четвертую ста- дию штамповки В jWjW
Втулка . , 30,0 25,0 1,3
Шестерня 41,7 47,0 1,8
Рычаг 42,1 33,0 1,5
Шатун 49,0 30,0 1,7
Для эксперимента были взяты одинаковые заготовки. Среднее
число ударов определялось по десяти поковкам. Как следует из
данных табл. 38, на четвертую стадию штамповки затрачивается
от 30 До 50% общей энергии, причем абсолютная деформация
поковки при этом составляет менее 2 мм *.
На рис. 179 представлена форма очага„деформации при до-
штамповке, установленная методом построения сетки линий сколь-
жения [82].
Подобная форма получена также методом макроанализа сталь-
ной поковки и воспроизводится при доштамповке предварительно
разрезанных [74 ] поковок с нанесенной координатной сеткой
на плоскость разреза. Как видно из рис. 179, при доштамповке
пластическая деформация охватывает далеко не весь объем по-
ковки, но и не ограничивается узкой полоской A/f4, как это было
показано на рис. 177, 4, где дан лишь объем металла, который
смещается при доштамповке.
* Некоторые исследователи (например, Л. А. Шофмаи [100]) рассматривают
стадии 2 и 3 как общую стадию, тогда весь процесс заполнения ручья состоит
из трех стадий, причем последняя — четвертая называется третьей.
314
л А. Шофман исследовал теоретические границы распростра-
нения пластических зон на различных стадиях штамповки в от-
коытых штампах и получил эти зоны по очертанию близкими
к обнаруя<иваемым по макР0-
шлифу искажению коор-
динатной сетки. Исходя из
условий плоскойдеформации,
графическим методом по-
строили сетки линий сколь-
жения (рис. 180). Заполне-
ние. двух лолуполостей от-
крытого штампа с размерами
1Л и hn происходит с обра-
зованием облоя толщиной й.г.
На рис. 180, а начало чет-
вертой стадии штамповки
совпадает с началом образо-
вания облоя и относится к
случаю, при котором - 1.
Рис. 179. Сетка линий скольжения, харак-
теризующая очаг деформации в течение
четвертой стадии штамповки
Здесь поля линий скольже-
ния в пластических областях образованы двумя ортогональными
семействами прямых линий. В дальнейшем по достижении
Рис. 180. Поля линий скольжения в различные периоды четвертой стадии штам-
повки. Буквой А обозначены жесткие зоны [100}
отношения 5ч-6 (рис. 180, б) и при еще больших значе-
ниях этого отношения (рис. 180, в) сетка прямых линий распро-
страняется лишь на область облоя hr, b и hT, b". Контур
315
пластической зоны образован с каждой стороны полости двумя
семействами ортогональных линий, которые вначале (вблизи
входа в канавку) являются прямыми, постепенно приближающи-
мися к форме дуг циклоид. В соответствии с гипотезой деформа-
ции жестко-пластического тела за пределами пластических зон
расположены жесткие зоны (обозначены буквами А), между ними
и стенками полости металл не движется, следовательно, отсут-
ствуют и силы трения (см. рис. 177, 4). Контактные силы трения
7<Г
Рис. 181. Сетка линий скольжения в ме-
ридиональном сечении осесимметричной
поковки при торцовой штамповке в от-
крытом штампе при толщине облоя h =
= 5 мм и ширине его Ъ = 12 мм [100]
на четвертой стадии штамповки возможны лишь в области облой-
ной канавки. Точка О является точкой раздела разнонаправлен-
ных потоков металла. На рис. 181 показано поле линий скольже-
ний в меридиональном сечении осесимметричной поковки сложной
формы при ц = 0,5. Штриховая линия соединяет узловые точки
сетки, в которых касательные напряжения равны нулю. Построе-
ние полей линий скольжения, как известно, используется для
определения эпюр напряжений, а затем и усилий на штамповку.
Однако эти построения могут быть использованы и для анализа
распределения деформаций (с помощью полей скоростей).
Молотовые штампы необходимо тщательно смазывать, так как
это дает возможность уменьшить уклоны штампов и соответ-
ственно напуски на поковках. Если поковка имеет значительные
естественные скосы, то смазка необходима для повышения стой-
кости штампов. В тех местах полости штампа, где у нее нет кон-
такта с пластическими зонами штампуемого металла, смазка бес-
полезна; смазка порога облойной канавки уменьшает полезное
316
ие сдерж'яваюш,ее слишком обильный поток металла в облой.
Несомненно, полезной смазка является в тех местах полости,
относительно которых на какой-либо стадии происходит перемеще-
ние металла и которые удерживают поковку при ее удалении из
Наиболее выгодные условия штамповки (в чистовом ручье)
соответствуют наименьшему расходу металла, минимальной за-
трате работы на деформацию при наиболее низких удельных уси-
лиях течения металла, что наблюдается при минимально возмож-
ной длительности четвертой стадии штамповки. Оптимальные
условия штамповки должны обеспечить высокие производитель-
ность, качество продукции и стойкость штампов. Штамповка
с минимально развитой четвертой стадией осуществляется пра-
вильным расчетом профиля фасонной заготовки, точной дозировкой
ее объема и установлением оптимальных размеров канавки (Л и Ь,
рис. 158) путем корректирования их в процессе пробных штам-
повок.
Теоретические методы исследования потоков металла в штам-
пах, разработанные в последнее время, существенно упрощают
расчет наиболее выгодного технологического процесса штам-
повки.
Механизм заполнения полостей сложных форм аналогичен
рассмотренному выше. Деформации прошивки, внедрения ребер
или знака штампа в поковку и выдавливания металла в перекры-
ваемые заготовкой углубления ручья усложняют начальные ста-
дии штамповки.
При штамповке на молотах нормальным числом ударов для
заполнения чистового ручья считается 1—3. Большее число
ударов свидетельствует о недостаточной энергии ударов молота
или слишком развитой четвертой стадии штамповки; при этом
производительность работы низкая. Штамповка за один удар,
предпочтительная во всех случаях, при большой степени деформа-
ции заготовки сопровождается интенсивным течением металла
в канавку (на третьей стадии штамповки). Это наблюдается при
штамповке на молотах с чрезмерно большой массой падающих
частей для данной поковки. Штамповка в этом случае сопрово-
ждается выплескиванием металла из полости ручья; облой по-
лучается увеличенного объема. Штамповка за один удар с облоем
нормальной величины возможна при небольшой степени де-
формации, например в случае тщательного фасонирования заго-
товок, а также при наличии чернового ручья в штампе.
Черновой ручей. При многоручьевой штамповке ручьи делятся
на подготовительные и окончательные.
Подготовительные ручьи штампов предназначены для превра-
щения заготовки простой формы в фасонную, приближающуюся
к окончательной форме изделия. При использовании профильного
и периодического проката или других средств специализирован-
317
него фасонирования необходимость в этих ручьях отпадает.
Окончательные ручьи предназначены для оформления поковки
и подразделяются на черновой и чистовой. Приведенные выше
материалы относились только к чистовым ручьям штампов.
Рассмотрим назначение и роль чернового ручья. Этот ручей
должен обеспечить следующее: облегчить штамповку в чистовом
ручье путем воспроизведения приблизительной формы поковки
с образованием облоя между плоскими частями штампа; уменьшить
расход металла в облой и увеличить стойкость более изнашивае-
мого чистового ручья.
Для облегчения штамповки в чистовом ручье черновой ручей
имеет очертания, сходные с окончательным, но форма его полости
Рис. 182. Влияние уклонов и радиусов закруглений на заполнение штампов
более плавная, радиусы закругления углов штампа имеют боль-
шую величину, чем в чистовом ручье. Заготовка по выходе из чер-
нового ручья имеет упрощенную форму поковки. Черновой ручей
применяется чаще для поперечной штамповки. Чем сложнее форма
штампуемых поковок, тем необходимее применение черновых
ручьев, например, для поковок с глубокими полостями, тонкими
высокими ребрами, отростками и развилками. Высота заготовки,
поступающей из чернового ручья, должна быть (за счет «недо-
боя») больше, а ширина (где это возможно) меньше, чем у чисто-
вого ручья, или равна ему, с тем, чтобы после черновой штам-
повки заготовка могла свободно поместиться в чистовом ручье,
в котором будет обеспечена некоторая высотная деформация
заготовки.
Уклоны чернового ручья для облегчения штамповки могут
быть большими, равными или меньшими, чем уклоны чистовых
ручьев. Если заполнению подлежит высокий выступ или ребро
(рис. 182, а), то выдавливанием легче заполнить полость с мень-
шим углом уклона аь что может быть использовано для чернового
ручья. Сопротивление деформации здесь определяется условиями
затекания металла в сужающееся отверстие, причем чем больше
угол уклона аа полости, тем больше и сопротивление деформации.
318
Если бы не трудности, связанные с извлечением поковок нз
полости то следовало бы осуществлять штамповку без штамповоч-
ных уклонов. Образование широких и низких выступов по-
ковки выдавливанием ме„талла происходит при иных условиях
(рис 182, б). Попадающий в выемку ручья металл получает есте-
ственную'выпуклость и прилегает к поверхности выемки без зна-
чительного скольжения, поэтому при большем уклоне ах потре-
буется меньшее усилие, чем при небольшом уклоне а2. При одной
и той же величине радиуса закругления г (рис. 182, в) заполнение
угла легче при большом уклоне ctx и труднее при малом уклоне а2.
Рис. 183. Примеры профиля черновых (левые части) и чистовых (пра-
вые части) ручьев открытых штампов (109]
Упрощение формы перехода в черновом ручье может состоять
также в значительном округлении ребер поковки (тонкая линия,
рис. 182, г) или даже в полном их исключении, если высота ребер
относительно большая (рис. 182, д).
В качестве примеров (рис. 183, а—г) приведено несколько
наиболее распространенных форм поковок, требующих штамповки
в черновом и чистовом ручьях.
Черновой ручей не имеет облойной канавки, однако при чер-
новой штамповке не удается получить заготовки сложного очерта-
ния без образования облоя, который вытекает между плоскими
частями штампа. Если при черновой штамповке за пределы
полости вытечет весь объем металла, предназначенный для об-
лоя, то при последующей штамповке в чистовом ручье за-
полнение штампа происходит за счет перераспределения
металла внутри полости. Если же при черновой штамповке за пре-
делы ручья вытечет только часть металла, предназначенного для
облоя, то чистовая штамповка происходит при одновременном
увеличении объема облоя. При этом штамповка в чистовом
ручье начинается с третьей стадии. Для правильного ведения
процесса штамповки большое значение имеет толщина облоя
в черновом ручье, которая должна быть достаточной для того,
чтобы этот облой выполнял свою роль и в чистовом ручье,
т. е. обеспечивал необходимое сопротивление выхода металла
в канавку и заполнение углов ручья. Пробной штамповкой
319
устанавливают толщину облоя и число ударов, при котором
заканчивается черновая штамповка. Если в черновом ручье обра-
зуется очень тонкий облой, то, следовательно, ручей выполняет
слишком большую работу и его следует разгрузить путем неко-
торого упрощения формы полости. Слишком тонкий облой
чернового ручья впоследствии не заполняет перемычки облойной
канавки чистового ручья (при сомкнутом положении штампов),
поэтому для выполнения облоем
Рис. 184, Изменение диаметра Гоблоя
(/) и его объема (2) в процессе
штамповки {график составлен по дан-
ным [121)
вается чистовой ручей, даже
своей роли придется предусмо-
треть некоторый дополнитель-
ный объем металла. Чрезмерно
толстый облой чернового ручья
деформируется не только в пере-
мычке, но и в магазине канавки
и приводит к увеличению энер-
гии, необходимой для штам-
повки. Облой чернового ручья
должен иметь толщину h4p в
пределах hM > h4p h, где
hM — высота магазина канавки
и h — толщина перемычки облоя
в чистовом ручье. Оптимальная
ширина облоя в черновом ручье
не превышает ширины перемыч-
ки канавки чистового ручья.
Стойкость чистового ручья
увеличивается тем больше, чем
больше работа деформации в
черновом ручье. При прочих
равных условиях желательно,
чтобы оба окончательных ручья
(чистовой и черновой) были рав-
ноизнашиваемыми. Из практики
отечественных заводов следует,
что наиболее быстро изнаши-
ш число ударов в нем меньше,
чем при штамповке в черновом ручье.
В практике некоторых стран (например, ФРГ) наиболее нагру-
женным и быстроизнашиваемым делают черновой ручей, так как
он более дешевый в изготовлении. Однако заполнение металлом
сложного чернового ручья Происходит за большее число ударов,
поэтому производительность снижается.
Процесс заполнения чернового ручья в общем такой, же как
и чистового ручья (см. рис. 177). Отличие состоит в том, что
при использовании чернового ручья четвертой стадии штам-
повки не должно быть. Кроме того, в черновом ручье можно до-
пустить незаполнение некоторых его мест. Например, если тре-
320
буется образовать выступы на поковке, то глубину соответствую-
щей полости в ручье можно предусмотреть несколько большей,
чтобы не стеснять в ней движение металла. При большой ши-
рине облоя чернового ручья путем экспериментов можно обна-
ружить сначала увеличение, а затем уменьшение объема облоя
ввиду наличия двух потоков металла в нем. При этом умень-
шение объема облоя несомненно и связано с возвратным движением
частиц металла из облоя в полость штампа (рис. 184). В рассмат-
риваемом случае уменьшение объема облоя к концу штамповки
составляет около 30% от общего объема образовавшегося облоя.
Явление перетекания металла из облойной канавки в полость ручья
является положительным только в том случае, если штамповка
происходит при увеличенном объеме облоя, однако такой про-
цесс сопровождается повышенным расходом энергии на штамповку.
Обратный поток металла (из канавки в полость ручья) более ве-
роятен в черновом ручье из-за отсутствия в нем облойной канавки
с магазином. В чистовом ручье подобное явление наблюдается
в пределах ширины перемычки канавки и практического значения
иметь не может. При разработке технологического процесса штам-
повки ориентироваться на обратный поток металла не рекомен-
дуется.
Подготовительные операции при штамповке. Наиболее рацио-
нальное фасонирование заготовок выполняется на специализиро-
ванных машинах (см. § 1 гл. VII), установленных в пределах ра-
бочего места штамповщика или в другом месте. Однако при много-
ручьевой штамповке подготовительные операции могут совер-
шаться и в основном штампе, хотя эго и не рационально,
так как основное оборудование используется не на полную мощ-
ность.
В зависимости от положения заготовки в процессе ее штам-
повки и от формы поковки в ручьях основного штампа применяют
различные подготовительные операции. При штамповке в торец
поковок типа тел вращения наиболее распространена подгото-
вительная осадка, применение которой обычно вызывается сле-
дующими соображениями.
1. Сложностью резки на ножницах коротких заготовок ввиду
искажения их формы в Процессе резки при длине заготовок Lo
для мягкой стали и Lo <О,5Ро для твердой стали.
2. Уменьшением времени и работы деформации в окончатель-
ном ручье штампа, сопровождаемым уменьшением разо-
грева штампа, при этом стойкость окончательного ручья повы-
шается.
3. Необходимостью обеспечить устойчивость заготовки в сле-
дующем ручье (ликвидация косины и неровностей на поверхности
среза).
4. Удалением окалины, которая при осадке отделяется от бо-
ковой поверхности заготовки.
21 Я. М. Охрименко 597 321
5. Необходимостью фиксации положения заготовки в чистовом
ручье.
6. Необходимостью дополнительной деформации для устра-
нения литой структуры (при использовании заготовок из недо-
ката).
Приведенные соображения являются достаточным основанием
для применения осадки перед штамповкой, однако следует иметь
в виду, что при осадке наблюдается потеря не только энергии,
затрачиваемой на эту операцию (поскольку заготовка могла быть
большего сечения), но и энергии, затрачиваемой в прокатных це-
хах для прокатки прутков с размером меньшего сечения, чем это
нужно для штамповки без осадки. По приблизительным расчетам
для поковок простых форм расход энергии на прокатку и после-
дующую осадку хотя и меньше, чем энергии, затрачиваемой на
штамповку, но составляет десятки процентов от этой работы.
Кроме того, предварительная осадка приводит к снижению произ-
водительности при штамповке. Как следует из рис. 313, с увеличе-
нием длины заготовки при данном ее объеме возрастают потери
металла, вызванные неточностью прокатки и резки заготовок.
Более рациональным является процесс торцовой штамповки заго-
товок, имеющих оптимальное соотношение размеров и полученных
разделкой на мерные заготовки прокатных прутков крупного
профиля.
Ранее упоминавшаяся проблема получения промышленным спо-
собом точных по объему заготовок должна решаться совместно
с задачей по получению коротких заготовок. Это может быть ре-
шено внедрением, например, электроискрового способа резки ме-
талла, безотходным пережимом заготовок роликами или другими
способами.
Удаление окалины с нагретых заготовок можно осуществить
более совершенным способом, чем при осадке (при осадке окалина
остается на торцах заготовки), например, в гидроочистительных
установках (см. рис. 65, 66). Дополнительная деформация при
штамповке для ликвидации следов дендритов может оказаться
необходимой при применении блюмов или так называемого недо-
ката, если обжатие при прокатке не превышало 50% или в случае
использования литых заготовок.
Переходы и молотовый штамп для штамповки поковок типа
тел вращения (шестерни) приведены на ряс. 185. Мерная заго-
товка 1 (рис. 185, а) подвергается осадке 2 с такой степенью де-
формации, чтобы центральное положение заготовки фиксирова-
лось стенками чистового ручья. Окончательная штамповка 3 осу-
ществляется в чистовом ручье штампа молота. Обрезка облоя 4
происходит на установленном рядом прессе в обрезном штампе.
В центре штампа (рис. 185, б) расположен окончательный ручей,
выполненный по чертежу готовой поковки с учетом теплового рас-
ширения стали при температуре конца штамповки. Площадка
322
для осадки размещается в левом переднем углу штампа (ио пути
от печи, из которой поступают нагретые заготовки), для чего
размер левой части ее больше правой. С целью экономного распо-
ложения ручья площадка для осадки распространяется и на ма-
газинную часть облойной канавки.
Для поковок с отверстием или полостью в качестве подго-
товительной операции применяется осадка с глухой наметкой по-
лости (рис. 186, а). Наметка облегчает формовку полости в сле-
дующем ручье и используется после поворота на 180° для цент-
ральной фиксации заготовки в окончательном ручье. Знак 1 для
Рис. 185. Переходы
и молотовый штамп
для торцовой штам-
повки поковки ше-
стерим
наметки полости размещается в верхней части штампа, на нижнем
штампе для центровки положения заготовки — площадка, углуб-
ленная на 2—3 мм.
Для фасонирования при штамповке в торец длинных поковок
с хвостовиками применяют предварительную оттяжку концов
заготовок (рис. 186, б), что обеспечивает уменьшение деформации
и лучшую устойчивость заготовки в окончательном ручье. Кроме
того, преимущество подобного процесса состоит в том, что
уклон а на хвостовую часть поковки может быть не более 1—1,5°
(см. рис. 170). Фасонирование заготовок осуществляют путем
свободного выдавливания стержневых отростков (рис. 186, в;
слева — одностороннее, справа — двухстороннее выдавливание).
Для определения возможной высоты стержней данного диаметра
при свободном выдавливании с учетом исходных размеров заго-
21 * 323
товки, толщины и диаметра фланца можно воспользоваться ранее
описанной методикой (см. § 2 гл. V).
Объем заготовки будет
= (66)
Объем поковки VtwK определяют по соответствующему чертежу
горячей поковки:
Уа/пх = Vпл "Ф
где Упл — объем пленки, находят по чертежу поковки;
Кб — объем облоя, находят, как указано выше.
Коэффициент k учитывает угар металла при нагреве и в про-
цессе последующей штамповки. При угаре, равном 1%, k — 0,01.
Рис. 186. Подготовительные операции при торцовой
штамповке (штриховыми линиями показаны контуры
заготовок)
Определение размеров заготовок для торцовой штамповки
производят с учетом перечисленных выше соображений, ориен-
тируясь обычно на осадку перед штамповкой в пределах 25—
50% по высоте. Размеры осаженной заготовки DT и Ds, а также
объем, характеризующий бочкообразование, можно определить
по методике, описанной в § 2 гл.III. Пробной штамповкой кор-
324
mdviot расчетное соотношение размеров заготовки до и после
осадки и выдерживают их при последующей штамповке.
°С Для длинноосных поковок более типична штамповка поперек
оси заготовок. Назначение подготовительных ручьев в этом слу-
чае также заключается в перераспределении металла вдоль оси
заготовки. Расчет объема заготовки, как и для торцовой штам-
повки, производят по формуле (66). Онако величина отходов Уоп,д
учитывает объем облоя У^, объем клещевого конца VKjJ из рас-
Рис. 187. Поковка, эпюры диаметров и сечений и варианты заготовок
для штамповки
чета (если он предусматривается), потерь металла на
перемычки Упер, если рассчитывается заготовка для спаренной
или многоштучной заготовки. Для поковок с отверстиями в от-
ходах учитывают объем удаляемого металла в пленки Упл. Так
что в общем случае получим
Уотх = У об + Укл + Упер + У п,>- (67)
Размеры заготовки определяют исходя из следующего. Длина
фасонной заготовки не должна превышать длину поковки. Для
определения конфигурации фасонной заготовки в виде тела вра-
щения вокруг оси поковки строят по ее чертежу эпюру диа-
метров (рис. 187). Для этого определяют площади различных
поперечных сечений поковки с учетом облоя по всему периметру
поковки. Площадь каждого сечения приравнивают к площади
круга и определяют соответствующий диаметр равновеликой
окружности.
325
Если F — площадь данного сечения поковки с учетом облоя, то
р F । пр
Г — ПоК + Об — -----4--" 5
где D3n — диаметр эпюры, соответствующий данному сечению по-
ковки;
^об — площадь одностороннего облоя.
Отсюда
Da„=l,13]/F.
На рис. 187, а приведена эпюра диаметров применительно
к поковке типа шатуна. Эпюра построена по десяти сечениям
от Fi до F10 поковки. Объем тела вращения, получающегося
при повороте этой эпюры вокруг ее горизонтальной оси, равен
объему расчетной заготовки (если пренебречь объемом частей
облоя левее сечения 1 и правее сечения 10). При конструиро-
вании штампов полезной оказывается эпюра сечений
(рис. 187, б), которая отличается от эпюры диаметров тем, что
ординаты эпюры сечений соответствуют площадям сечения по-
ковки; площади отдельных элементов эпюры сечений равны объе-
мам этих элементов, а площадь всей эпюры равна объему нагре-
той заготовки или объему поковки с облоем и другими отходами.
При построении эпюр для поковок сложной формы следует
учитывать неравномерность образования облоя в процессе штам-
повки (рис. 187, б, штриховой линией показана эпюра сечений
поковки без облоя). На участках вогнутых углов эпюры преду-
смотрен облой меньше среднего расчетного, а на участках
выпуклых углов — больше среднего расчетного объема.
Если продольное сечение круглой фасонной заготовки соот-
ветствует эпюре диаметров, то при штамповке такой заготовки
в окончательном ручье перемещение металла вдоль оси потре-
буется только в связи с образованием облоя; заполнение ручья
произойдет при преимущественном растекании металла перпенди-
кулярно оси заготовки.
Для придания фасонной заготовке формы, продольное сечение
которой соответствует эпюре диаметров, служат различные под-
готовительные ручьи. При выборе размеров исходной катаной за-
готовки следует иметь в виду два крайних случая: заготовка наи-
большего диаметра и наименьшей длины Ьо(тш) (рис.
187, в, верхний эскиз) и заготовка наименьшего диаметра
и наибольшей длины Ео(тяХ) (рис. 187, г).
1. В случае с наиболее короткой заготовкой (Lo (пнп>) ее диа-
метр Do (max) найдется по площади поперечного сечения, полу-
чаемой при делении объема большой головки шатуна на длину
этой головки взятую из эпюры диаметров:
- р ^6г __ Я^0(тах)
ГО (max) - ,
откуда
i-Jve — (max) — 1,13 \/ Fq (max)-
Общая длина наиболее короткой заготовки найдется как
г __
^0 {min) — р •
г0 (max)
Для того чтобы из цилиндрической заготовки длиной La(mln)
получить фасонную заготовку длиной, равной длине поковки,
необходимо протянуть заготовку, для чего служат протяж-
ные ручьи. В данном случае (рис. 187, в) протяжке нужно под-
вергнуть левую часть заготовки, оставив непротянутым правый
конец заготовки такой длины, которая обеспечит объем большой
головки шатуна. Протяжка левого конца заготовки может быть
осуществлена до размеров и = 1,13 |/-7^- на участке
малой головки и на размеры Lt,r и DCT = 1,13 на участке
стержня, где — длина малой головки по эпюре и LfJ —
длина стержня по эпюре*.
2. Так как в процессе штамповки осуществляемой силами,
перпендикулярными к оси заготовки, длина заготовки, не может
* Полученный диаметр из выражений У : Lo = Fc и D№ = 1,13 y F0 яв-
ляется диаметром цилиндра, равновеликого (по объему V и длине Lo) данной
сложной фигуре. Не следует отождествлять указанный диаметр со средним
диаметром DcP этой фигуры или с диаметром среднего сечения данной фигуры Dcc.
Например, для фигуры в виде усеченного конуса с малым диаметром, равным
50 мм, большим диаметром 100 мм и длиной диаметр равновеликого цилин-
дра Da найдется так:
V : 1-к - лЛ* (50г 50- 25 -г 25»): LK = 4588 мм-.
<□ *
откуда
Do = 1,13 /4588 = 76,5 мм.
Средний диаметр данного конуса составит
Диаметр среднего сечения данной фигуры получится из следующего выра-
жения:
Dec = М3 1/ (5°s । |0°я) = 79.°
Г 1
Следовательно, диаметр равновеликого цилиндра больше среднего диаметра
фигуры и меньше диаметра среднего сечения фигуры: 75,0 < 76,5 < 79,0.
327
уменьшиться, то заготовка наибольшей длины для данной поковки
может иметь размер Lo(max) — LnoK (не больше). Из выражения
т/ . г ____ЯР0 (min)
' ваг •
определяется соответствующий наименьший диаметр Do (mini
этой заготовки (рис. 187, г). При совмещении такой заготовки
с эпюрой можно видеть участки, на которых металла недостаточно
(штриховка справа, вверх, влево), и участки с избытком металла
(штриховка слева, вверх направо), Подобное перемещение ме-
талла вдоль оси может быть осуществлено в так называемом
подкатном ручье, который придает заготовке более плавные
очертания, чем протяжной ручей. По данной эпюре и исходной
цилиндрической заготовке нетрудно определить объемы, которые
нужно переместить вдоль заготовки, тогда сечение 1—1 определит
границу раздела избыточного металла, от которой происходят
перемещения металла в противоположных направлениях: слева
от сечения 1—1 металл для заполнения малой и справа—для
большой головок шатуна. Положение границы сечения 1—1
удобнее показать на эпюре сечений, так как нахождение равных
объемов в этом случае сведется к определению равных площадей
(что практически выполняют при вычерчивании эпюр на милли-
метровой бумаге). Для получения фасонной заготовки рас-
сматриваемого профиля могут быть применены исходные заготовки
Do в пределах Do (max) >Ро >D(0) Эти заготовки будут
иметь длину в пределах Д (min) < Lo < La {max) и вначале под-
вергнутся протяжке до размера Lo (max) = а затем подкатке.
Чем ближе диаметр выбранной заготовки простого профиля
к диаметру D0(nia?(), тем большую работу должен выполнить
протяжной ручей и тем меньше работы приходится на долю под-
катного ручья. Напротив, чем длиннее исходная заготовка в ука-
занных выше пределах, тем меньшая роль протяжки и большая
роль подкатки. Цель построения описанных эпюр состоит в отыс-
кании такой формы фасонной заготовки, которая обеспечивает за-
полнение чистового ручья штампа без перемещений металла вдоль
оси заготовки, т. е. по кратчайшим путям. На основании анализа
формы эпюры выявляются необходимые переходы при штамповке.
Не во всех случаях следует добиваться полного соответствия между
продольным профилем фасонной заготовки и эпюрой диаметров.
Например, если рассмотренную выше поковку шатуна штампе*
вать с наметкой отверстий в ее головках (рис. 188, а), то эпюра
диаметров принимает более сложные очертания (рис. 188, б)
и соответствующая ей фасонная заготовка не обеспечит заполнение
полости штампа в местах, указанных стрелкой на рис. 188, а из-за
необходимости перемещать металл в этих местах на большие рас-
стояния. В подобных случаях упрощают эпюру, приводя ее
к равновеликой (рис. 188, е); эта форма эпюры соответствует такой
328
. сонНОй заготовке (в виде тела вращения), которая обеспечит
заполнение чистового ручья штампа.
Анализ эпюр диаметров позволяет установить, что для превра-
щения заготовок простых форм в фасонные при поперечной штам-
повке приходится удлинять отдельные части заготовок за
счет соответствующего уменьшения поперечного сечения или
увеличивать поперечные сечения в отдельных местах за-
готовки за счет уменьшения их в других местах. Это и состав-
готовки за счет уменьшения
ляет основную задачу под-
готовительных ручьев: про-
тяжного и подкат-
ного.
При штамповке поковок
с непрямой осью технологи-
ческие переходы не отлича-
ются от описанных выше;
для получения кривизны
здесь применяют гибочный
ручей. Для расчета заготовки
поковку выпрямляют и строят
эпюру диаметров. Анало-
гично штампуются поковки
с развилками. Если отростки
развилки отстоят друг от
друга на небольшом расстоя-
нии, то гибка нецелесообраз-
на и штамповку осуществ-
ляют из цельной заготовки,
применяя специальные рас-
секатели.
Рассмотрим подробнее ус-
ловия применения и устрой-
Рис. 188. Поковка, штампуемая с намет-
кой отверстий, и соответствующие эпюры
диаметров
ство подготовительных ручьев для поперечной штамповки.
Протяжной ручей применяется в тех случаях, когда длина вы-
бранной заготовки меньше длины поковки. Протяжка может быть
осуществлена на концах и в средней части заготовки, на одинаковые
и разные размеры, что позволяет получить большое разнообразие
форм фасонных заготовок. Протяжные ручьи бывают о т к р ы-
т ы м и и закрытыми в зависимости от формы рабочей
поверхности,
В конструкции протяжного открытого ручья (рис, 189 слева)
основной частью является протяжной порог с площадью bnp X 1Ъ
представляющий собой прототип плоских бойков, применяемых
для протяжки при свободной ковке. У закрытого ручья этот порог
вогнутый (показан пунктирной линией), как в случае использо-
вания вырезных бойков для ковки. Поскольку протяжка обычно
является первой операцией при многоручьевой штамповке,
329
то протяжной ручей размещают на ближайшем к нагреватальной
печи углу штампа (с левой его стороны). Чтобы избежать рассе-
кания волокон, рабочие выступы протяжного ручья скруглены
радиусами г. Расстояние между этими выступами при сомкну-
том положении штампа определяет наименьшую толщину про-
тянутой заготовки. Большую толщину заготовки при протяжке
можно получить за счет «нёдобоя», определяемого на глаз.
В сечении по А А показано расположение заготовки в конце
протяжки на размер /iv Для более интенсивной протяжки при-
меняют закрытые протяжные ручьи. Вследствие ограничивающего
действия овальных выступов ручья уширение при протяжке
уменьшается; этим и объясняется более интенсивное течение ме-
талла вдоль оси заготовки в случае протяжки в ручьях закрытого
типа. Если протяжной ручей является единственным подготови-
тельным ручьем при штамповке или последним в их числе, то
обычно используют ручей закрытого типа, так как из него заго-
товка выходит более округлой.
Закрытый ручей следует применять в случае, когда протяжке
подлежит значительный по длине участок заготовки. Более ин-
тенсивная протяжка в закрытом ручье (за меньшее число ударов)
позволяет получатъ в конце штамповки температуру заготовки
выше, чем при открытом ручье, что благоприятно сказывается
на стойкости чистового ручья. Стоимость штампа при наличии
закрытого протяжного ручья несколько выше, чем при открытом
ручье, за счет более сложной механической обработки.
Протяжной ручей чаще всего расположен параллельно боко-
вой стороне кубика штампа (см. рис. 189). При этом задняя
глухая стенка ручья используется в качестве упора-ограничителя
длины заготовки в конце протяжки. Если длина заготовки на-
столько большая, что конец ее выходит за пределы штампа, то при-
меняют сквозной протяжной ручей без упора. В этом случае ру-
чей занимает значительную площадь зеркала штампа; для умень-
шения ее применяют угловое расположение ручья (см. рис. 193).
При конструировании такого ручья нужно проверить, не упрется
ли заготовка в станину молота; в противном случае нужно изменить
угол расположения ручья, который обычно равен 10—20°.
В зависимости от местоположения на заготовке участка про-
тяжки и необходимости пользоваться упором протяжку произво-
дят с продвижением заготовки «от себя» и «на себя». При протяжке
«на себя» заготовку в начале процесса устанавливают вплотную
к упору. Этим и определяется размер 12 ручья (рис. 189). Ручей по-
лучается коротким даже в тех случаях, когда участки протяжки
имеют большую длину. При протяжке «от себя» упор исполь-
зуется в конце операции, ручей в этом случае получается длиннее.
Протяжку по обоим способам в зависимости от формы поковок
осуществляют с кантовкой (на 90°) или без нее в открытых и в за-
крытых протяжных ручьях.
330
размеры рабочих выступов протяжного ручья определяют
по наименьшему сечению расчетной заготовки (объемной эпюры
диаметров). У протяжного ручья основным является размер
чисчспно равный наименьшему размеру Нк протянутого сечения
заготовки; F = гДе ? " минимальное протянутое сечение,
а g __ ширина его. Протяжка в открытом ручье за минимальное
число ударов приводит к получению окончательного сечения
Рис. 189. Подготовительные ручьи молотовых штампов
заготовки, близкого к прямоугольному, с отношением размеров
= т], где г] — коэффициент перехода > 1. Имея в виду, что
Вк ='~- >1^1, а протягиваемое сечение заготовки F = BKh1 = Яр] ~-
aD2
— —и полагая (по А. В. Ребельскому) ц — 1,4—1,6, получаем
Л1 = (0,7- 0,75) D3n, (68)
где Dan — наименьший диаметр расчетной заготовки в месте
протяжки.
А. В. Ребельский рекомендует при длине протянутой части за-
готовки более 500 мм принимать /ц = 0,7Dsn мм, при длине
200—500 мм hi 0,75Dan и при менее 200 мм ht = Q,8Dm.
331
В случае с закрытым ручьем
hr = 0,81 ч- 0,86Ц,л. (68')
j
Длину порога принимают равной
/1 = (1,24-1,8) Du, (69)
где Do — размер исходной заготовки (круглой или квадратной).
Меньшие величины относятся к протяжкам меньшей длины.
Ширину ручья принимают Ьпр — (1,24-2,5)00, причем чем
больше сечение заготовки, тем меньше значение величины в скоб-
ках. Необходимо, чтобы исходная заготовка, укладываемая даже
неточно по оси ручья, не вытекала за его край и не защемлялась
между частями штампов во избежание брака поковок (складок
в последующих ручьях). Неправильное соотношение размеров
ручья может привести в начале протяжки к слишком большому
переходному коэффициенту (р > 2,54-3,0), из-за чего после оче-
редной кантовки произойдет поперечный изгиб заготовки.
Длина части ручья Z2 определяется из простых геометриче-
ских соотношений:
при протяжке от себя
г к
гДе ^пр — объем протягиваемого металла;
L„ — длина переднего конца, не подлежащего протяжке
(при протяжке с конца LH = 0);
FK —сечение протянутой заготовки.
При протяжке на себя
4 ~
^0
где Fa — сечение исходной заготовки.
Чтобы избежать защемления заготовки при протяжке от себя,
в верхнем штампе удлиняют размер /2 (показано штриховой ли-
нией на рис. 189). Обычно принимается г — 0,25/ и /? = 2,54*
£
Нормальная уковка при протяжке, равная К = у2-, обычно
не бывает более четырехкратной; в противном случае большая дли-
тельность протяжки сказывается отрицательно на производитель-
ности работы и может привести к чрезмерному остыванию заго-
товки.
Подкатной ручей (см. сечение Б Б на рис. 189) применяется
в тех случаях, когда длина заготовки (исходной или протянутой)
равна длине поковки (без учета клещевой части). Деформация
заготовки в подкатном ручье сопровождается увеличением попе-
речных сечений в одних ее местах за счет нх уменьшения в других.
Длина заготовки при подкатке существенно не изменяется. Про-
332
Лиль подкатного ручья строят по контуру эпюры диаметров; при
этом имеется в виду, что на участках исходной заготовки с избыт-
ком металла он должен перетекать в сторону участков с недостат-
ком металла (см. рис. 187, г). При большом объеме смещаемого
металла ручей получает уклон по обе стороны линии раздела
/_/ что способствует более интенсивному перемещению металла
вдоль оси ручья. При подкатке кантовка осуществляется после
каждого удара молота. Подкатанная заготовка имеет гладкую
поверхность.
Если левая сторона штампового кубика уже занята (например,
протяжным ручьем), то для подкатного ручья отводят правую
сторону штампа или участок, расположенный вблизи края штампа,
оставляя середину его для самых тяжелых окончательных ручьев.
При подкатке заготовка деформируется на участке / (рис. 189),
принимая форму ручья за несколько ударов при кантовке заго-
товки.
Порог ручья а отжимает клещевину от основной части заго-
товки. С противоположной стороны находится узкая полость, где
размещается так называемый ус, это — металл, неизбежно защем-
ляемый штампами и вытекающий за пределы ручья. В клещевое
отверстие также вытекает часть металла. Поэтому подкатка осу-
ществляется обычно не более чем за 5—10 ударов.
Закрытый подкатной ручей (профиль его показан штрихпунк-
тирной линией) обычно выполняют постоянной ширины bnS,
в связи с чем скругления рабочей поверхности на разных участках
имеют различные радиусы. Этот более дорогой в изготовлении
ручей обладает преимуществами перед открытым подкатным
ручьем. Подкатка в нем протекает более интенсивно, а получаю-
щаяся заготовка имеет более правильную форму.
Повышение интенсивности подкатки в закрытом подкатном
ручье объясняется затрудненным уширением. Подпор со стороны
стенок ручья способствует осевому перемещению металла.
Основные данные для расчета подкатных ручьев получают
из эпюр диаметров и сечений. При подкатке за небольшое число
ударов не получают равноосных сечений. Например, при подкатке
в закрытом ручье сечение имеет овальную форму, которая практи-
чески может быть принята за эллиптическую.
Основными у подкатного ручья являются размеры (на уча-
стке вытеснения металла) и Ли (на участке набора металла, см.
сечение Б Б на рис. 189).
Если исходить из рассуждений, аналогичных приведенным
выше для протяжного ручья, и полагать т] = 1,5-5-2 для тех уча-
стков ручья, на которых металл вытесняется, то
Л» = (0,7-5- 0,9) D9n Мя), (70)
где E>an(min) находится по эпюре диаметров.
333
Рекомендуется (по А. В. Ребелнекому) при £>о > 60 мм при-
нимать коэффициент равным 0,7; при Do < 30 мм — 0,8. При рас-
чете величины he открытых подкатных ручьев на участке вытес-
нения металла А. Д. Богдан рекомендует величину диаметра в та-
ких формулах принимать не по эпюре, а по соответствующему се-
чению поковки без учета облоя, чтобы избежать получения нео-
правданного избытка металла в рассматриваемых местах поковки.
Для участков набора в целях улучшения условий течения ме-
талла рекомендуется принимать hH > Dan (uiaX). В этом случае
потери на преодоление сил трения при наборе металла минималь-
ные. Длина отдельных участков подкатного ручья определяется
по эпюре диаметров с увеличением на усадку металла. При боль-
шом наборе металла или при длинных стержнях у поковок для
повышения интенсивности подкатки горизонтальные участки
в ручьё заменяются наклонными (под углом 2—5°) по обе стороны
от линии раздела согласно эпюре (см. рис. 187). Ширину закры-
того ручья ЬГ1д рекомендуется определять из выражения
bnd = 1,1Р9Я(П1ах) -4-I,7D0 или 1,9а0,
где Дал (max) — максимальный диаметр эпюры;
Do — диаметр круглой заготовки;
ай — сторона квадратной заготовки.
При расчете принимается большее значение ширины из двух
указанных предельных. В большинстве случаев штамповка длин-
ноосных поковок осуществляется с применением более дешевых,
чем круглые, квадратных заготовок.
Высота клещевой выемки (в месте пережима, см. рис. 189)
обычно не превышает hn < (0,2-ь 0,25). Радиусы закругления
рабочих поверхностей поперек закрытого ручья находят графи-
чески исходя из известной глубины и ширины ручья.
Очень узкие ручьи могут привести к вытеканию металла за их
пределы и к браку. Наиболее опасным в этом отношении является
наименьшее сечение подкатного ручья.
При подкатке за 5—10 ударов, в течение которых металл осты-
вает до допустимых пределов, можно увеличить сечение относи-
тельно исходного примерно в 2 раза, при этом диаметр исходной
заготовки равен
Do — 0,7Daft (max)- ,
Макроструктура подкатанных заготовок обладает рядом поло-
жительных качеств, так как расположение волокон .в заготовке
соответствует плавной форме ручья и не имеет резких перегибов
и узлов.
Гибочный ручей (см. рис. 189, сечение ВВ) применяют для штам-
повки изогнутых заготовок и при гибке оформленных поковок.
На практике встречаются две разновидности гибочных ручьев;
334
свободной гибкой и для гибки с защемлением заготовки. Про-
цесс гибки подробно разобран в гл. VIII.
Если по условиям процесса требуется пространственный изгиб
заготовки, то гибку расчленяют на отдельные операции, причем
последняя из них может быть осуществлена в чистовом ручье.
При свободной гибке заготовка укладывается в ручей нижней
части штампа и фиксируется упором или по шаблону.
В зависимости от наличия других ручьев и исходя из очеред-
ности гибочной операции ручей для гибки располагают с левой
или с правой стороны штампа.
Ручей открытого типа (см. рис. 189, сечение В В) обычно имеет
в верхней части штампа седловину, которая не дает заготовке сме-
Рис. 190. Ручьи для гибки
щаться в сторону. Для накопления металла с внешней стороны
угла в штампе предусмотрен карман б. Сечение ручья в этом
месте имеет большую высоту, чем это требуется для заготовки дан-
ного размера. Длина прямой заготовки, закладываемой в гибоч-
ный ручей, рассчитывается по развернутой длине фигуры с учетом
некоторого удлинения, которое всегда имеет место при горячей
гибке. Удлинение заготовки (растяжка) особенно заметно при
гибке с защемлением заготовки (рис. 190, а).
Если гибке подвергается готовая поковка, то профиль ручья
соответствует чертежу поковки. Если гибка предшествует штам-
повке, то профиль изогнутой заготовки в плоскости действующей
силы должен вписываться в контур окончательного ручья (в пло-
скости разъема штампов). Исключение составляют внутренние
углы (участки сжатия), которые должны быть построены в гибоч-
ном ручье так, чтобы обеспечивалось перекрытие металлом углов
окончательного ручья во избежание образования складок
(рис. 190, б). Так как течение металла происходит по кратчай-
шим расстояниям, то внутри углов I и 2 неизбежна встреча двух
потоков металла. Если эта встреча происходит в пределах оконча-
тельного ручья (контур его обведен штриховой линией), то обра-
зуется складка на поковке и облое. Если встреча происходит за
пределами ручья, то складка образуется только на облое
(рис. 190, б) и с ним вместе удаляется (при обрезке).
335
Гибочный ручей должен быть расположен гак, чтобы на штамп
по возможности не действовали горизонтальные силы, стремя-
щиеся сдвинуть одну половину штампа относительно другой.
Заготовка до начала гибки должна опираться не менее чем на две
точки, причем для ее устойчивого положения в точках опоры целе-
сообразно иметь корытообразный профиль.
Ширина ручья рассчитывается из условий наибольшей дефор-
мации
(Ю-—20) мм.
Увеличение ширины на 10—20 мм учитывает возможную не-
точность укладки заготовки в ручей.
Недостаточная ширина ручья приводит к вытеканию металла
за его пределы или к образованию на поковке следов от кромок
ручья, что вызывает брак изделий. Для осуществления гибки по
заготовке наносят один-два удара. В некоторых случаях в конце
гибки применяют правку или даже обжатие заготовки по всему
контуру для получения точных размеров поковки (калибровка).
Пережнмной ручей применяется для создания местного уши-
рения на заготовке в плоскости, перпендикулярной к действующей
при штамповке силе, без существенного изменения общей длины
заготовки.
В пережимном ручье можно получить незначительное переме-
щение металла и вдоль оси, что сопровождается некоторым увели-
чением поперечных сечений заготовки, набором металла в сече-
ниях, смежных с пережимаемыми.
По форме пережимной ручей похож на подкатной, но в нем
заготовка получает только один и реже два удара без кантовки,
а при установке заготовки в окончательный ручей последняя
сохраняет то же положение, что и в пережимном ручье. Пережим-
ные ручьи часто применяются при многоштучной штамповке;
тогда заготовку пережимают в промежутке между двумя сосед-
ними поковками.
Профиль ручья строят ио форме эпюры диаметров. На участке
пережима заготовки
hs -(0,6 - 0,75) £и(П11П), (71)
а на участке набора
(1,05-l,I)Da„M. (72)
Ширину ручья подбирают по наименьшей высоте исходя из
у?
условия наибольшего уширения заготовки
Ширину ручья, получаемого по расчету, увеличивают на 5—
10 мм, чтобы избежать вытекания металла за край ручья при не-
точной укладке заготовки в ручей. Чтобы создать благоприятные
336
для осевого перемещения металла на горизонтальных
участках эпюры диаметров, при построении ручья в соответствую-
щих его местах предусматривается уклон 3—5° по обе стороны
от линии раздела.
Формовочный ручей применяется для придания заготовке
необходимой формы в плоскости, параллельной действующей
силе, и частичного набора металла. Во многих случаях обработке
в формовочном ручье подлежат поковки, не симметричные относи-
тельно одной плоскости. Деформация в ручье совершается за
один-два удара. При перекладывании заготовки в окончательный
ручей она кантуется на 90°. Сущность построения этого ручья со-
стоит в нахождении такой фигуры, которая вписывалась бы в кон-
тур поковки по разъему штампа. На некоторых заводах формовоч-
ные и пережимные ручьи называют обжимными.
Выемка для клещевины. Большинство ручьев штампов со сто-
роны рабочего имеет выемку для клещевины (см. рис. 189). Кле-
щевина чаще всего предусматривается при штамповке из штучной
заготовки. Металл, идущий на клещевину, представляет собой
отход; однако при правильной организации производства объем
клещевины рассчитывают исходя из того, чтобы из него можно
было впоследствии отштамповать какую-либо поковку.
Клещевая выемка предназначена для размещения в ней части
прутка, зажатого губками клещей. Кроме того, выемка исполь-
зуется как литник для заливки в полость штампа свинца или
сплава солей (дающего незначительную усадку при остывании)
для проверки правильности изготовления фигуры штампа. По-
этому такая выемка предусматривается и при торцовой штамповке,
когда отсутствует клещевина (см. рис. 185). Отливка необходима
Для контроля размеров ручья и при наладке обрезных штампов.
Указанная выемка служит также для облегчения захвата поковки
при удалении ее из ручья. Размеры выемки для клещевины (лит-
ника) устанавливаются в зависимости от размеров заготовки и
поковки.
Конструкция отрубного ножа напоминает открытый протяж-
ной ручей, у которого длина рабочего выступа уменьшена до
размера лезвия топора, равного 3—5 мм.
Отрубной нож применяется в молотовых штампах в трех слу-
чаях: при отрубке поковки от прутка; при отрубке клещевины и
при разрубке поковок, отштампованных из заготовки, на две или
несколько поковок.
Наиболее целесообразно с точки зрения расхода металла при-
менять штамповку от прутка и поочередную с поворотом штам-
повку заготовки на две поковки. В этих случаях клещевины не
Требуются.
Отрубной нож располагается на одном из углов штампа (см.
рис, 193). Выбор места для отрубного ножа определяется удоб-
ством работы, наличием других ручьев и тем, куда нужно подавать
22 Я. М. Охрименко 597
337
поковки. Отрубной нож необходимо устанавливать так, чтобы
станина молота не мешала работе. Обычно ось его располагают под
углом Р = 20н- 30° к боковой стенке штампа.
При отрубке поковки наносят один удар. Сходящиеся плоские
лезвия ножей пережимают металл до тонкой пленки, которая
под влиянием значительной деформации, действующей в противо-
положные стороны, разрывается, и поковка отлетает. При износе
ножа на лезвии появляются скругления, при рубке таким ножом
поковка плохо отделяется от прутка.
Определение переходов при штамповке. К установлению пере-
ходов при штамповке и, следовательно, к определению вида ручьев
в штампе для данной поковки приступают уже после того, как опре-
делен типоразмер потребного оборудования. Разделение поковок
на группы и рассмотрение рациональной типовой технологии
штамповки поковок каждой группы в связи с серийностью произ-
водства позволяют правильно подойти к установлению необходи-
мых переходов.
Относительно просто эти вопросы решаются при торцовой
штамповке поковок типа тел вращения и им подобных. При штам-
повке поковок удлиненной формы большое распространение полу-
чил способ определения переходов на основании анализа эпюр
диаметров и сечений. Однако и в этом случае не исключаются
элементы субъективного подхода; этим можно объяснить различ-
ные решения, принимаемые разными заводами с одинаковым объе-
мом производства при штамповке одинаковых поковок. Некото-
рые объективные данные для определения переходов при штам-
повке выражаются в следующих показателях. Работа, необходи-
мая на преобразование заготовки простой формы в фасонную, при
прочих равных условиях пропорциональна величине
_ (max)
и — „ ,
^ап (ср)
где Dan (max) — наибольший диаметр эпюры диаметров;
D3n (ср) — средний диаметр эпюры, численно равный наи-
меньшему диаметру заготовки Do (тиф из кото-
рой можно изготовить данную поковку.
Если выбрать размер исходной заготовки Do в пределах
клипах] > Do > DSfl (ср), то по мере уменьшения Do в указанных
пределах объем подкатки увеличивается, а объем протяжки умень-
шается; при Do = D3n(Cp) протяжная операция вовсе отсутствует,
так как длина заготовки при этом равна длине поковки. Чем ближе
Do и D3n („.ax,, тем меньше роль подкатки и тем больше протяжки.
Оптимальный диаметр заготовки должен соответствовать наимень-
шему числу ударов молота, необходимых для придания заготовке
фасонной формы, что обеспечивает максимальную производитель-
ность и минимальный расход работы.
338
Расход работы в подготовительных ручьях зависит и от вели-
чины пути на котором происходит перемещение металла_в утол-
щенную часть. Это может быть учтено величиной
ап (ср)
где _ длина^эпюры, численно равная длине поковки Ln0K
или наиболее длинной заготовки £Я(тах) (см, рис. 187).
Несомненно, что с увеличением этого отношения возрастает
путь перемещения избыточного металла вдоль оси заготовки.
На рис. 191 приведена диаграмма, составленная по опытным
данным и облегчающая подбор ручьев при штамповке силами, пер-
пендикулярными к оси заготовки, в координатах а—Р с поправ-
кой на абсолютную массу поковок G, так как с увеличением массы
поковок условия штамповки несколько изменяются.
В этой диаграмме учитывается также влияние конусности
стержня поковки введением коэффициента С:
_&к.
Лсг
где D.. — больший диаметр эпюры на участке стержня;
ilK — меньший диаметр эпюры на участке стержня;
LCT — длина стержня.
Величина С характеризует форму стержня и влияет на вели-
чину горизонтальных составляющих действующих сил.
Пример пользования диаграммой. .Масса поковки 0,8 кг
^(тм)
изп (ср)
Я
р = = 3,2.
^зп (ср)
Так как точка, отвечающая указанным значениям а и f}, находится в обла-
сти 4 диаграммы, то следует применить в качестве подготовительного ручья
подкатной закрытый ручей. Если эта точка расположена в области 5, то ручьи
устанавливают после определения коэффициента С. При С «й 0,02 применяется
протяжной ручей; при 0,02 <( С < 0,05 — протяжной вместе с подкатным от-
крытым и при С 0,05 — протяжной вместе с подкатным закрытым ручьем.
В качестве примера технологического процесса многоручьевой штамповки
и открытых штампах на молотах рассмотрим переходы при штамповке поковки
шатуна (рис. 192). Штамповка осуществляется в четырех ручьях. После резки
и нагрева мерной заготовки а происходит протяжка ее середины 1 и подкатка
Двух бобышек 2 в протяжном и подкатном ручьях. Далее следует черновая 3
и чистовая штамповка 4. После обрезки облоя и прошивки двух отверстий поковка
считается готовой.
Оформление многоручьевого штампа для спаренной штамповки рычагов,
а также расположение ручьев многоручьевого штампа показаны на рис. 193.
Штамповка поковки типа рычага осуществляется за четыре операции: про-
тяжкой, подкаткой, черновой и чистовой штамповкой. Протяжной открытый
Ручей расположен слева (см. сечение .4Л), подкатной открытый — справа штампа
(см. сечение ББ).
22* 339
Области штамповки:
I — без предварительных ручьев; 2 — с пережимным; 3 — с подкатным
открытым; 4 — с подкатным закрытым; й — е протяжным и комбинацией
подкатного и протяжного ручьев (ио А. В. Ребельскому)
Яоиовка
Рис. 192. Переходы при
штамповке поковки типа
шатуна в четырехручье-
вом открытом штампе
340
В данном случае количество ударов молота при штамповке складывается
из трех-четырех ударов при протяжке, трех-четырех — при подкатке, двух-
трех — в черновом и двух ударов — в чистовом ручьях. Для штамповки тре-
буется всего 10—13 ударов.
Рис. 193. Расположение ручьёв многоручьёвого штампа:
I — верхняя я 2 — нижняя части штампа; S — протяжной ручей;
4 — подкатной; 5 — черновой и ( — чистовой ручьи; 7 — отрубной
нож; 1 — 1— ось хвостовияа; II —II— ось выемин для сухаря;
О — центр зеркала штампа
Молоты совершают примерно 50—80 полных ударов в минуту,
однако при штамповке полные удары необходимы только в черно-
вом и чистовом ручьях. В подготовительных ручьях следуют не-
полные удары с одной трети или с половины общей высоты подъема
бабы молота, что, естественно, увеличивает возможное число уда-
ров молота в минуту и сокращает общее время работы. Однако на
подготовку фасонной заготовки уходит не менее половины общего
341
Рис. 194- Переходы двойной штамповки
поковки рычага в открытых штампах
с промежуточной и окончательной обрез-
ками облоя
ботке в формовочном ручье (за 1
времени штамповки. С технико-экономической точки зрения это
может быть оправдано только при среднесерийном производстве
поковок. Повышение серийности производства поковок создает
условия для внедрения более совершенных форм технологической
специализации процессов штамповки. В частности, становится
целесообразной замена не-
производительных подгото-
вительных операций валь-
цовкой, прокаткой периоди-
ческих профилей и другими
операциями специализиро-
ванными методами фасониро-
вания заготовок, при кото-
рых молот совершает лишь
окончательную штамповку в
ручьях, расположенных в
средней части штампов.
Штамповка предварительно
подготовленных фасонных за-
готовок специализирован-
ными методами приводит к
увеличению производитель-
ности в 2 раза и более.
В некоторых случаях для
повышения точности процесса
целесообразно применять
комбинирование различных
окончательных ручьев с из-
менением положения пло-
скости разъема штампов.
На рис. 194 показаны пере-
ходы двойной штамповки по-
ковки рычага с применением
комбинирования двух откры-
тых окончательных ручьев.
После закрытой подкатки
симметричная фасонная за-
готовка 1 подвергается обра-
удар), после чего несиммет-
ричная заготовка 2 штампуется в чистовом ручье. При этом все
оси бобышек поковки расположены в плоскости разъема штампа 3.
Затем следует первая обрезка облоя, после чего почти гото-
вая поковка кантуется на 90“ и штампуется во втором чистовом
ручье 4 (доштамповывается). Окончательную форму поковка по-
лучает после второй обрезки облоя.
Малоотходная штамповка в открытых штампах. Как уже было
установлено, наибольшими отходами при штамповке в открытых
342
штампах являются отходы металла на припуски, напуски и в об-
лой Возможности уменьшения припусков зависят от качества
поверхности исходного металла, способа его нагрева, типа штампа
и рассмотрены в предыдущих главах. Возможность уменьшения
облоя и напусков, имеющих при штамповке на молотах наиболь-
шие значения, будет рассмотрена ниже.
Одним из эффективных способов уменьшения напусков яв-
ляется штамповка в хорошо смазанных штампах. Смазка, умень-
шающая силы, необходимые при извлечении поковки из ручья,
Рис. 195. Кольцевые поковки с напусками (а), без напусков
(б) и после штамповки с разворотом (в) (по Ф. Д. Бячукнцу)
нужна только на стенках полости, выполненных с уклонами.
Смазка дна полости не нужна, а смазка порога канавки может
быть даже вредна из-за увеличения объема облоя. Лучшими смаз-
ками, применяемыми для горячих штампов, являются различные
графитные суспензии или коллоидальный графит на водной или
масляной основах, литиевые композиции и некоторые другие
(см. гл. X).
Другой путь уменьшения отходов металла за счет напусков
состоит в том, что форма поковки получает некоторое искажение
в процессе штамповки с последующим ее восстановлением при
правке или калибровке (рис. 195). Например, кольцевая поковка
получается в обычном ручье с плоскостью разъема, проходящей
через его среднее поперечное сечение (рнс. 195, а). Для штам-
повки без напусков (рис. 195, б) поковка формуется з несколько
развернутом виде под углом а (рис. 195, в), а плоскость разъема
штампа переносится к торцу поковки. Для придания поковке
нормальной формы она подвергается обжатию по высоте после
обрезки облоя и просечки пленки в том же или особом штампе.
В процессе штамповки уклон стенок штампа составляет а —
= 5-ь 7° в зависимости от высоты кольцевой поковки. Диаметр
343
ручья D3 должен быть равен диаметру поковки £>„ на высоте hp =
— 0,75Лг. Лучшие результаты получаются при Нп < .
Уменьшить уклоны и соответственно напуски удается и в дру-
гих случаях, когда заготовка в глубокую полость штампа попа-
дает уже свободно вставленной на всю глубину ручья. При этом
вместо осевого выдавливания ручей заполняется при радиальной
раздаче заготовки; силы трения, удерживающие поковку, незна-
чительны, что позволяет существенно уменьшить напуски. Приме-
нение полостей с двумя уклонами (больший уклон примыкает
к плоскости разъема и меньший — к дну полости) также приводит
к сокращению напусков. Значительное сокращение напусков мо-
жет быть получено при применении для молотовых штампов вы-
талкивателей. Обычно для молотовых штампов выталкивателя не
применяются, так как это может вызвать ослабление штампа и его
поломку под действием ударных нагрузок. Однако применение
молотовых штампов с рычажным выталкивателем (например,
при штамповке буферных тарелок железнодорожных вагонов)
известно уже очень давно. В настоящее время на одном из отече-
ственных заводов применяется пневмовыталкиватель для молото-
вых штампов (см. рис. 201), конструкция которого обеспечивает
надежность в работе и позволяет существенно сократить величину
штамповых уклонов. Чтобы обеспечить нормальную работу моло-
товых штампов, снабженных выталкивателями, следует приме-
нять штамповую сталь с повышенной ударной вязкостью и устра-
нять значительную концентрацию напряжений около отверстий
для выталкивателей; тогда можно не опасаться ослабляющего
влияния на штамп отверстий для выталкивателей.
Штамповка без наружных напусков осуществляется в штампах
с двумя плоскостями разъема по типу штампов горизонтально-ко-
вочных машин или фрикционных прессов.
По литературным данным [106] на прессах с мощными вытал-
кивателями осуществляется штамповка вообще без предусматри-
ваемых уклонов (в частности, для поковок из цветных сплавов).
При этом незначительный уклон полости (требующийся для того,
чтобы вместо сил трения скольжения преодолевать при выталки-
вании поковок силы трения отрыва) получается за счет упругой
раздачи стенок ручья в процессе штамповки.
Малооблойная штамповка. Разновидностью малоотходной штам-
повки является малооблойная штамповка, осуществляемая из заго-
товок с более точными размерами, чем размеры заготовок, приме-
няемых для обычной облойной штамповки. Малооблойная штам-
повка осуществляется в двух вариантах: в четырехстадийном, при
котором предусматривается минимальный облой, расположенный
только в пределах порога канавки, и в трехстадийном, при кото-
ром облой вообще не предусматривается. Возможность осуще-
ствления четырехстадийной малооблойной штамповки показал
344
В. П. Черниченко 1951. Принцип трехстадинной малооблойной
штамповки в открытых штампах основан на том, что в полости
штампа образуются такие потоки металла, которые обеспечивают
заполнение рельефа полости штампа прежде, чем металл достигнет
входа в облойную канавку. Такой процесс с очень развитой второй
стадией штамповки (стадии штамповки см. рис. 177) обеспечи-
вается за счет специального фасонирования заготовки и использо-
вания подпирающего действия боковых стенок полости штампа
без участия облойной канавки в заполнении углов окончательного
ручья. При ориентировании на трехстадийную штамповку облой
не предусматривается, однако избыток металла в заготовке (вслед-
ствие ее неточности) образует на четвертой стадии штамповки неко-
торый незначительный по объему бесполезный облой. Таким об-
разом, трехстадийный процесс штамповки происходит за счет пер-
вой, второй и четвертой стадий.
Практически этот процесс возможен не для всех форм поковок.
Проще всего осуществляется трехстадийный процесс при наличии,
внутри деформируемого объема, поверхности раздела, характери-
зующей два потока положительной (со знаком Ч~) деформации.
Например, при попытке штамповать шары без облоя, но в откры-
том ручье (рис. 196), использование различных размеров цилиндри-
ческой заготовки Dt\ Da и Д3 (рис. 196, а) не дает положительных
результатов, и штамповка протекает в четыре стадии. Тщательным
подбором соотношения размеров и объема заготовки удается лишь
свести до минимума четвертую стадию штамповки. Трехстадий-
ная штамповка возможна за счет предварительного фасонирова-
ния заготовки. Для штамповки шаров была подобрана форма фа-
сонной заготовки в виде двух усеченных конусов по обе стороны
цилиндра (рис. 196, б). При соотношении размеров Нц = (0,5-ь
-ь0,6) Но и DM = VsDq осевой поток металла, приводящий к за-
полнению полюсных частей шаровой полости, заканчивается одно-
временно или даже значительно раньше, чем радиальный поток
достигнет облойной щели. Если при этом объем металла заготовки
равен объему шара, то соответствующая поковка получается без
облоя или с небольшим облоем (если в заготовке имеется некото-
рый избыток металла вследствие неточности размеров заготовки).
Однако этот облой, как уже отмечалось ранее, не выполняет функ-
ций \ обычных для открытых штампов.
Для сравнения протяженности отдельных стадий при обычной
четырех стадийной и трехстадийной малооблойной штамповке
приводятся данные, относящиеся к штамповке шаров (рис. 196,
табл. 39).
В условиях трехстадийной штамповки вторая стадия штам-
повки должна быть осуществлена за счет значительного сокра-
1 Исследование по штамповке шаров в открытом ручье без предусмотренного
облоя выполнено автором совместно с В. В. Губаревым в 1948 г.
345
щения первой и полного устранения третьей стадий штамповки.
Чем больше величина J, тем правильнее выбран профиль фасон-
ной заготовки и тем меньше вероятность образования облоя при
штамповке точно дозированных заготовок. Наличие четвертой
стадии в таком процессе может быть только в случае превышения
объема металла в заготовке относительно номинального.
Рис. 196. Штамповка шаров в открытом штампе:
а — облойяая (четырехстадийяый процесс) и б — безаблойная штам-
повка (двухстадийный процесс)]
Наряду со специальным фасонированием заготовки для мало-
облойной штамповки применяют прием, заключающийся в пере-
носе плоскости разъема штампа от середины плоскости, где имеет
место максимальный радиальный поток металла, ближе к торцу
поковки или даже непосредственно к одному из ее торцев (см.
рис. 152), как обычно у закрытых штампов (см. рис. 153). На одном
из отечественных заводов применяются штампы с комбинирован-
ным разъемом (рис. 197). Такой штамп сочетает в себе преимуще-
ства открытого и закрытого ручьев и применяется для всех поко-
вок, штампуемых в обычном закрытом ручье в торец из заготовок,
346
Таблица 39
Сопоставление стадий двух вариантов штамповки шаров в открытом ручье
Способ штам- повки Удельное значение отдельных стадий штамповки в долях от суммарного обжатия 2ДН 4Я1
ан. &Ht ЛИ, АН,
Об дойный 0,48 0,1 0,36 0,06 1 0,2
Малооблойный 0,15 0,75 0 0,1 1 5
недостаточно точных по объему. Образующийся облой может быть
малым по объему из-за особого месторасположения облойной
канавки, обеспечивающей задержку начала образования облоя и
увеличение сопротивления входа в нее металла. Обрезка получаю-
щегося облоя в обычных обрезных
штампах не встречает затруднений.
В описанном варианте малооблойная
штамповка протекает за четыре стадии.
Такой процесс можно осуществить и за
три стадии, для чего необходимо пред-
варительное фасонирование заготовки.
Конструкция молотового штампа,
применяемого на одном из отечествен-
ных заводов для малооблойной штам-
повки поковок шестерни трактора
С-100, показана на рис. 198. Исходная
заготовка диаметром 130л<л1 устанавли-
вается на осадочную выемку 1 нижней
Рис. 197. Штамп с комби-
нированным разъемом для
малооблойнойштамповки (по
В. В. Богомолову):
— линия среза облоя
части штампа и за один-два удара по-
лучаем фасонную форму, соответству-
ющую полости 2 верхней части штам-
па. Фасонная заготовка, помещенная
после поворота на 180° в чистовой
малооблойный ручей, превращается за два-три удара в поковку.
При этом образуется незначительный облой толщиной 2 мм, для
которого канавка в штампе не предусмотрена. Незначительные
наружные штамповочные уклоны (1° по ступице) соответствуют
небольшим напускам. Выталкивание поковки обеспечивает пневмо-
выталкиватель 3. Опорная выталкивающаяся часть штампа 4 и
верхний знак 5 образуют незначительную пленку (толщиной 6 xut)
и являются наиболее изнашиваемыми, а потому сменными частями
штампа. Сменной является и часть штампа 6 для. оформления сту-
пицы шестерни. Стойкость этого штампа значительно превышает
347
стойкость обычных молотовых штампов, поскольку ручей имеет
уменьшенные уклоны, а заготовки попадают в него уже отфасо-
нированные.
Без облой пая штамповка в закрытых штампах на молотах.
Стремление использовать преимущества закрытых штампов при-
вело к значительному количеству вариантов технологических раз-
работок. Главные затруднения, встречающиеся при внедрении
Рис. 198. Молотовой штамп для фасонирования заготовки в полу-
закрытом ручье и малооблойной штамповки (поН. Е. Щербакову)
штамповки в закрытых штампах, связаны с трудностями получе-
ния заготовок, достаточно точных по объему (необходимых при
продольной штамповке) и размерам (необходимых при попереч-
ной штамповке). Объемы заготовок, поступающих в ручьи, чаще
всего колеблются в пределах 3—9%. Этот избыточный металл
частично может быть распределен по поверхности поковки в пре-
делах, ограниченных допусками на размеры поковки. Остальной
объем избыточного металла должен быть вытеснен в облой откры-
того штампа. .Для закрытых штампов большие колебания объема
заготовок приводят к быстрому износу штампов, разрушению их,
появлению трудноудаляемых непредусмотренных торцовых заусен-
цев и значительному снижению производительности молотов (из-за
увеличения числа ударов при штамповке). Технико-экономические
348
показатели процесса штамповки в закрытых штампах при условии
использования заготовок, достаточно точных по объему и разме-
рам, настолько велики, что экономически оправдывается даже
такой несовершенный метод получения точных заготовок, как
грубая обточка их после резки на ножницах. Действительно, если
указанные 3—9% объема мерных заготовок все равно должны быть
удалены с поковок сложной формы при их механической обра-
ботке, то, естественно, целесообразной оказывается предваритель-
ная обточка простых по форме заготовок, приводящая, кроме того,
к более высоким показателям стойкости штампов и производи-
тельности работы молотов \
В тех случаях, когда производительность работы не является
главным показателем процесса, экономически оправдывает себя
комбинированная штамповка поковок сложной формы. Нагретые
мерные заготовки обычной точности, но уменьшенного объема
штампуются в виде фасонной заготовки в открытом ручье с после-
дующей обрезкой незначительного по величине облоя. Оконча-
тельная штамповка осуществляется без облоя в закрытом ручье
без дополнительного нагрева. При штамповке фасонной заготовки
простой формы в открытых штампах потери на облой не превы-
шают 5—6% металла вместо обычных потерь, составляющих в сред-
нем 15—20%. На величину, соответствующую разности этих
цифр, может быть сокращен объем исходной заготовки при данном
варианте комбинированной штамповки. Применение подобных
вариантов штамповки имеет смысл лишь тогда, когда нет возмож-
ности точной безотходной разделки прутков на мерные заготовки
с заданными допусками по объему или размерам.
Большая часть уже освоенных процессов безоблойной штам-
повки на молотах (это преимущественно торцовая штамповка поко-
вок небольшой высоты типа тел вращения) представляют собой
штамповку в одноручьевом штампе с предварительной подсадкой
заготовки или без нее (рис. 199). Так как извлечь поковку из по-
лости закрытого ручья, расположенного в нижней части обычного
молотового штампа, затруднительно, то иногда глубокие ручьи
помещают в верхнем штампе (рис. 199, б). Это облегчает удаление
окалины, которая может заштамповаться в тело поковки, и увели-
чивает дефектный поверхностный слой металла, удаляемого
в стружку. Однако подобную конструкцию штампа нельзя считать
рациональной из-за большой глубины полости (на всю высоту по-
ковки), так как это приводит к раскалыванию штампа, и из-за
неудобства вкладывания заготовки в ручей. Более рациональным
следует считать вариант штампа, показанный на рис. 199, в, у ко-
торого плоскость разъема проходит не по торцу, а по телу поковки,
1 Этот способ производства поковок может быть рекомендован лишь в виде
исключения, поскольку в настоящее время имеются средства для получения
заготовок необходимой точности по объему (см. § 3 гл. II). Определить^необхо-
димую точность заготовок для закрытых штампов можно по графику на рис. 313.
349
что уменьшает глубину полости, при этом условия вкладывания
заготовки значительно лучше. Для удаления из такого ручья осы-
пающейся окалины необходимо специальное пневматическое
устройство, работающее автоматически.
Нецентральное положение заготовки в ручье приводит к сме-
щению штампов относительно друг друга. Указанные смещения
в закрытых штампах устраняются естественными у этих штампов
замками, которые имеются даже в тех случаях, когда форма по-
ковки не вызывает горизонтальных сил, смещающих штамп.
Для повышения надежности центрирования частей штампа приме-
няют даже двойные замки. Однако замки не устраняют несимме-
Рис. 199. Типовая поковка (а) и варианты схемы без-
облойных молотовых штампов: нерациональный (б);
рациональный (в)
трнчности течения металла при нецентральном положении заго-
товки в ручье или неправильной форме заготовок. У поковок
в этих случаях образуется односторонний облой при незаполнен-
ной противоположной части угла полости. Для лучшего распреде-
ления металла внутри ручья его полость должна быть хорошо
смазана. Это позволяет работать с уменьшенными уклонами, кото-
рые при безоблойной штамповке приводят к гораздо большим от-
ходам, чем при облойной штамповке в открытых штампах.
Для поковок, расположенных в относительно неглубоких по-
лостях штампов, может быть использована конструкция обычного
молотового штампа (рис. 200), так как возможна штамповка с от-
носительно небольшими напусками. Штамповка в таком штампе
осуществляется за один-два удара. Об окончании штамповки
(особенно в закрытых штампах) необходимо судить не по звуку
при соударении штампов, а по заполнению углов, находящихся
в глухой части полости ручья 1 и не попадающих в разъем штампа.
В плоскости разъема штампа, в наиболее удаленном месте от оси
х С этой целью уже применяются специальные сигнализаторы в виде утапли-
ваемых игл, находящихся в отверстиях, выходящих в углы штампа или основан-
ных на использовании радиоактивных изотопов.
350
поковки, имеется компенсатор в виде кольцевой выемки, образо-
ванной за счет скругления кромки штампа (радиус 5 —15 мм).
В случае переполнения полости штампа металл затекает в эту
выемку.
—— $300
Рис. 200. Рациональная конструкция закрытого ручья
молотового штампа для поковок небольшой высоты
Для того чтобы безоблойная штамповка была к тому же и
малоотходным процессом, необходимо уменьшить величину напу-
сков. С этой целью при штамповке на молотах в закрытых штампах
и особенно в случае с глубокими полостями ручьёв целесообразно
применять выталкиватели (рис. 201).
В данном случае работа выталкивателя сочетается с работой механизма ДЛЯ
удаления готовых поковок. Движение системы обеспечивает пневматический
цилиндр 1 выталкивающего механизма, шток 2 которого шарнирно связан с рыча-
351
гом 3, проходящим к вертикальной оси ручья через боковой паз в нижнем штам-
пе 5. По окончании штамповки нажатием на педаль включают пневматический ци-
линдр (на рис. 201 не показан). При движении поршня пневматического цилиндра
и штока 2 вниз рычаг 3 поднимает стержень, на конце которого укреплена вставка-
выталкиватель 4 ручья, и поковка оказывается извлеченной из ручья. Удаление
поковки н сбрасывание ее в лоток или на транспортер обеспечивается следующим
устройством. На крышке цилиндра 1 установлен переключатель 7, золотник 8
которого соединен с серьгой 9. На плите 10 установки укреплены две стойки II,
на которых горизонтально расположен второй пневматический цилиндр 12 управ-
ления движением съемной вилки 13, связанной болтовым соединением со што-
ком 14 цилиндра 12.
Одновременно с извлечением поковки из ручья при движении рычага 3 вниз
он опускает серьгу 9 и связанный с ней золотник 8 переключателя. При этом
сжатый воздух попадает в правую часть цилиндра 12 н поршень цилиндра со што-
ком 14 и вилкой перемещаются влево, устанавливая последнюю ниже уровня
фланца поковки. При освобождении педали пневматического выталкивателя
осуществляется подача воздуха под поршень цилиндра 1, шток 2 перемещается
вверх, вставка-выталкиватель 4 устанавливается в исходное положение, а по-
ковка 6 остается на вилке 13. Незадолго до окончания перемещения штока 2
в верхнее положение рычаг 3 через серьгу 9 поднимает золотник 8 и сжатый
воздух через переключатель 7 поступает в левую часть цилиндра 12. При этом
поршень со штоком 14, вилкой 13 и поковкой 6 движутся вправо до встречи по-
ковки со сбрасывателем, после чего поковка сталкивается на лоток или транс-
портер.
На рис. 202 показан безоблойный молотовой штамп для штам-
повки поковок шестерни (рис. 202), в котором применен описанный
выталкиватель. Слева находится ручей для фасонирования поко-
Рис. 202 Молотовый трехручьевой штамп для безоблойной штамповки и про-
сечки пленки поковок шестерен (по Н. Е, Щербакову)
вок. В .середине расположен чистовой ручей с .тремя вставками,
ограничивающими боковую поверхность венца/, а, торцовую его
поверхность, боковую поверхность’’ступицы. б и торец ступицы в.
Последняя вставка является выталкивателем. Для того чтобы при
фасонировании не образовался облой, объем соответствующего
ручья выполнен на 6—В % больше номинального объема заготовки,
352
Чистовой ручей имеет двойной замок (по внутренней и наружной
поверхностям вставки а). Зазор в направляющей части замка
составляет 0,11 % от ее Диаметра (в данном случае — ~
як 0,3 мл(). Зазор запирающей части замка равен 0,1 мм; высота
этой части замка равна 2 мм.
Просечной ручей расположен справа (для экономии площади
зеркала штампа он может находиться в угловой его части). Ручей
с нижним расположением пуансона имеет пружинный выталки-
ватель. Верхняя часть штампа плоская.
Достоинства описанного закрытого молотового штампа состоят
в возможности тщательной отработки ручьев, обеспечивающих
большую точность поковок, штампуемых без облоя, с незначитель-
ными напусками и уменьшенными против обычного припусками.
Рассмотренные выше примеры безоблойной штамповки отно-
сились к продольной (торцовой) штамповке с несложным фасони-
рованием заготовок, не отличающимся от фасонирования, необхо-
димого при штамповке в облойных штампах. При поперечной штам-
повке длинноосных поковок из фасонных заготовок, приготовлен-
ных специализированными способами (вальцовкой, прокаткой,
отливкой и др.), применение закрытых штампов не имеет огра-
ничений, кроме обычных для безоблойной штамповки. При фасо-
нировании в подготовительных ручьях (многоручьевая штамповка
с чистовым закрытым ручьем) сталкиваются с некоторыми труд-
ностями, связанными в основном с тем, что в закрытом ручье не
должно быть клещевого конца, необходимого для манипулирова-
ния с заготовкой в протяжном, подкатном и других подготовитель-
ных ручьях. Рассмотрим один пример подобной штамповки.
Поданным расчета при поперечной штамповке поковки с двумя
головками (рис. 203) необходим подкатной ручей. Так как у заго-
товки клещевина отсутствует, то этот ручей пришлось разделить
на две части. Сначала подкатывается большая (сечение ВВ\ а за-
тем — малая головки (сечение Б Б), причем заготовка удержи-
вается за ту часть, которая не деформируется в данном ручье.
Угловые замки штампа не препятствуют размещению подготови-
тельных ручьев. Один из них (сечение ВВ) расположен непосред-
ственно на выступах замка.
Из приведенного примера видно, что технология штамповки
в закрытом штампе без клещевых концов у заготовки хотя и вы-
годна (с точки зрения экономии металла), но усложнена по срав-
нению со штамповкой в открытом штампе.
Сравнение штамповки в открытых и закрытых штампах. При
штамповке в открытом штампе плоскость его разъема обычно
проходит по середине высоты поковки в том месте, где металл,
осаживаемый при штамповке, получает наибольшую поперечную
деформацию. Вытекающий в облойную канавку толстым слоем
металл испытывает препятствия от боковых стенок штампа,
^3 Я. М. Охрименко 597 353
а также задерживается в канавке силами трения. В закрытом
штампе плоскость разъема проходит по торцу поковки. Это со-
пряжено с возникновением более значительного подпора от сте-
нок полости, что приводит к большему удельному усилию, чем
в предыдущем случае. Однако на расход энергии влияет величина
общего усилия. При штамповке в открытом штампе необходимо
Рис. 203. Пример штамповки в закрытом штампе поковки
удлиненной формы:
д —• переходы; б — молотовый закрытый штамп
учитывать увеличение площади в связи с наличием облоя.
В табл. 40 приведены данные, характеризующие увеличение пло-
щади поковки в плоскость разъема с учетом облоя, величина ко-
торого принимается нормальной для поковок, штампуемых в авто-
тракторной промышленности.
При штамповке в открытом штампе усилие на деформацию воз-
растает в связи с наличием облоя. Если принять, что облой обжи-
мается только в пределах порога и не обжимается в магазинной
части канавки, то увеличение площади поковок составит вели-
чины, приведенные в табл. 40.
Таблица 40
увеличение площади проекции поковок в связи с наличием облоя
Диаметр по- коикн DriaK- В Площадь про- екции ПОКО- ВОК F в ЛЛ4 Ширина об- лойхюго мог- тика в лене Диаметр по- ковок с уче- том облоя В ЛМ1 Пл:>щадь про> екции поковок с облоем F' В Л-Л13 Отношение FJ F
40 1 256 6 52 2 123 1,70
66 3 420 7 80 5 026 1,5
106 8 820 8 122 11 690 1,33
200 31 415 10 220 38 013 1,21
330 85 540 12 354 98 423 1,15
Влияние облоя на увеличение усилия штамповки тем относи-
тельно больше, чем меньше габаритные размеры поковки в плане.
Усилие штамповки возрастает от наличия облоя интенсивнее, чем
F' л.
это выражено отношением так как сопротивление деформи-
Рис. 204. Формы полости штампа для одной и той же поковки:
а — открытого; б — закрытого
рованию быстро остывающего тонкого облоя больше, чем у мед-
ленно остывающей поковки. Таким образом, можно ожидать, что
при штамповке относительно небольших поковок затрачиваемая
энергия на штамповку будет меньше при применении закрытого
штампа. Это подтверждается экспериментами даже для поковок
диаметром более 100 мм.
На рис. 204 приводится сечение открытого и закрытого штам-
пов для поковки типа шестерни диаметром 140 мм с двухсторонней
ступицей. Поковка штамповалась из заготовки массой 8,5 кг, высо-
23* 355
той 95 мм и диаметром 12Q Мм на штамповочном молоте простого
действия с массой падающих частей 2000 кг. Заготовки были из-
готовлены из малоуглеродистой стали (0,09% С) и из хромоникеле-
вой стали (0,32% С, 0,68% Сг, 3,47% Ni). Данные экспериментов
приведены в табл. 41.
Таблица 41
Сравнение штамповки в открытом и закрытом штампах (к рис. 204)
Тип штампа Сталь Темпе- ратура штам - ПОЕКИ в °C Число УДаров Работа дефор- мации Заполнение углублений в штампе в -н*
и кдж п лг/’л
верх- него ниж- него
Открытый Малоуглеродистая 1150 4 184 19 188 34,1 28,5
Хромоникелевая 1140 4 184 19 188 31,0 26,0
Закрытый Малоуглеродистая 1140 3 141 14 391 54,5 44,0
Хромоникелевая ИЗО 3 141 14 931 41,0 33,0
Работа деформации подсчитана по выражению
, GW* я ( л G \
Л — —g - дж ('Л • ; --2“ кГ-MJ,
где G — масса падающих частей в кг;
g — ускорение силы тяжести в м/сек2;
IF — скорость падения бабы в момент удара в м/сек.
Рис. 205. Расположение волокон в по-
ковках, штампуемых в открытом (левая
часть) и закрытом (правая часть) штампах
Указанные данные свиде-
тельствуют о лучшем запол-
нении закрытого штампа при
меньшей работе, затрачивае-
мой на штамповку. Штам-
повка в открытом штампе
с образованием тонкого облоя
приводит к повышению уси-
лия штамповки и соответст-
венно к повышенному рас-
ходу энергии.
Поковки, штампуемые в закрытых штампах, более высокого
качества, чем в открытых, за счет лучшего расположения волокон,
отсутствия местного интенсивного течения металла в облой и
перерезанных волокон в месте его удаления.
На рис. 205 показана схема расположения волокон в поковках,
штампуемых в открытом и закрытом штампах. Приведенная схема
иллюстрирует большую неравномерность деформации в случае
356
штамповки в открытых штампах; это свидетельствует о более
низком качестве получаемых поковок, чем при штамповке в закры-
тых штампах.
К преимуществам штамповки в закрытых штампах можно
также отнести большую точность размеров поковок в плоскости
разъема штампа. Конструкция закрытого штампа такая, что
разъем штампа всегда получает естественный замок (например, на
рис. 199). Наличие замков исключает большие смещения штампов
и позволяет повысить точность размеров поковок, хотя и приводит
Рис. 206. Сечения открытых штампов (а) и соответствующих закрытых
штампов (б):
а — шпонуклон; fJ — угол рабочей кромки внутренней час;тн штампа
к дополнительной затрате энергии. Наряду с перечисленными
преимуществами штамповка в закрытых штампах имеет недо-
статки. Один из главных недостатков заключается в том, что при
штамповке поковок, у которых в продольном сечении окружность,
квадрат, эллипс и т. п. (рис. 206), штамп имеет острые нестойкие
кромки к.
К наиболее распространенным технологическим процессам
штамповки в закрытых штампах относятся торцовая штамповка
и, в частности, случай, когда в продольном сечении штампа угол
рабочей кромки внутренней части штампа р > 90°.
Иногда отмечают в качестве недостатка низкую стойкость
закрытых штампов, однако понижение стойкости штампов, как
уже было выяснено, в значительной степени зависит от использо-
вания отдельных заготовок увеличенного объема. При отсутствии
компенсаторов для размещения излишка объема металла заготовок
И средств, обнаруживающих готовность поковки (по автоматиче-
357
скому контролю высоты поковок н обнаружению заполняемости
углов полости), дополнительные удары молота разбивают штамп.
Например, при штамповке от прутка в закрытых и открытых
штампах на горизонтально-ковочных машинах стойкость тех и
других штампов одинакова, так как при штамповке удается избе-
жать значительного избытка металла в полости за счет вытеснения
его в зажимную часть ручья.
Для штамповки в закрытом штампе требуются заготовки,
более точные по объему, чем для открытого штампа, так как объем
поковки в первом случае определяется объемом заготовки (за вы-
четом угара металла и небольшого заусенца 1—2%). Однако это
обстоятельство нельзя рассматривать как недостаток. Напротив,
более точная дозировка заготовок по объему повышает техниче-
ский уровень кузнечно-штамповочного производства.
Сведения об элементах конструкции молотовых штампов.
Штампы для горячей штамповки могут быть разделены на две
основные группы: цельноблочные массивные и сборные.
При штамповке на молотах применяются массивные штампы,
изготовляемые из цельных кубиков. В последнее время все боль-
шее распространение получает конструкция массивных молотовых
штампов со вставками.
Большие скорости в момент соприкосновения штампов с ме-
таллом (до 7 м!сек} обусловливают высокие требования не только
к конструкции штампов, но и к устройству крепления штампов
на молотах. Вполне надежна применяющаяся в качестве един-
ственной для всех типоразмеров молотов клиновая система креп-
ления массивных штампов (см. рис. 208 *).
Верхняя часть штампа крепится по ласточкину хвосту клином
к бабе, нижняя часть — тоже клином к подушке, которая, в свою
очередь, закрепляется на шаботе молота. Сухари предотвращают
перемещение частей штампов вдоль клиньев. Подушка (подштам-
повая плита) выполнена по форме ласточкина хвоста и представ-
ляет собой промежуточную крепежную деталь, предназначенную
для предохранения шабота от быстрого износа. Ремонт относи-
тельно легко снимаемой плиты значительно проще, чем ремонт
(прострожка) шабота, масса которого превышает в 20—30 раз
массу падающих частей молота.
Предотвращение перемещений подштамповой плиты вдоль
клина осуществляется не при помощи сухаря, а самой плитой,
имеющей особую конструкцию. Правая боковая наклонная часть
плиты выполнена под тупым углом у (см. рис. 156). Эта часть
плиты входит в соответствующий вырез в шаботе и исключает пере-
мещения плиты вдоль клина при его забивке.
Обеспечить одновременную опору штампов на хвостовик и бо-
ковые плоскости трудно из-за несовпадения фактических допусков
* Система крелления молотовых штампов_(см. ГОСТ 6039—51).
358
на механическую обработку этих поверхностей. Поэтому штампы
опираются только на хвостовики. При этом заплечики штампов
приподняты над поверхностью опоры на 1,0 лш. На рис. 207 при-
ведена схема нагрузки штампа при эксцентричном расположении
заготовки (например, случай осадки на площадке, рис. 207, а).
Если штамп имеет опору на хвостовик, но выполнен без достаточно
большого радиуса скругления при переходе на его горизонтальную
плоскость, то возможна поломка штампа из-за концентрации
напряжений в этом месте (рис. 207, б).
При опоре штампа на его боковые плоскости происходит обра-
зование трещин, начинающихся от внутренних углов, образуемых
Рис. 207. Крепление молотового штампа
хвостовиком (рис. 207, в), даже если имеются скругления, устра-
няющие концентрацию напряжений. Эта может произойти при
износе опорной поверхности под хвостовиком штампа более чем
на 1 мм. В месте перехода от горизонтальной плоскости к хвосто-
вику должно быть скругление; место сопряжения штампа с кре-
пежной деталью показано на рис. 207, г.
Для контроля правильности совпадения частей полости штампа
черновые поверхности кубиков подвергают строжке на глубину,
например, 5 мм по двум граням и на высоту 50—70 мм от лицевой
поверхности (см. на рис. 193, размер 65 jtjw), Образующиеся при
этом углы используются для указанного контроля, поэтому они
называются контрольными углами. Обработанные грани служат
базовыми поверхностями при разметке зеркала штампа перед
изготовлением ручьев. При вычерчивании штампов расстояния
до осей ручьев проставляют от этих поверхностей. На штамповых
кубиках обычно имеются транспортировочные отверстия (см.
рис. 156).
Для крепления штампов (рис. 208) применяютсн односторон-
ние клинья с уклоном 1 : 100 (0° 35') вдоль оси. Для упрощения
изготовления штампов уклон клина приходится на сторону бабы
(верхний штамп) или подштамповой плиты (нижний штамп).
Для того чтобы клинья при работе не выжимались из гнезд в на-
правлении разъема штампов, а, наоборот, прижимались к основа-
359
иию этих гнезд, они имеют уклон и в сечении, для чего одна их
грань наклонена к вертикали под углом 10°, а Другая — под уг-
лом 12°. На рис. 208, а изображены рекомендуемые для примене-
ния по условиям техники безопасности левые клинья. Правые
клинья не применяются, так как выступающие части верхнего
клина Длиной I могут травмировать штамповщика, находящегося
обычно справа от штампа и ожидающего очередную заготовку,
поступающую к нему из печи (слева от молота). На некоторых
Рис. 208. Крепежные клинья (а) и сухарь (б) для предотвраще-
ния смещения штампа (по сечению /—/ сухарь работает на срез)
заводах применяют верхний левый и нижний правый клинья, что
дает возможность взаимозаменять верхние и нижние части штампа.
Концы клиньев закаливаются на длине 80—100 мм для безопасной
работы с ними (для стали 40 твердость НБ 363—321).
Форма сухарей (рис. 208, б) принята исходя из следующих
соображений. Прямоугольная часть сухаря входит в хвостовик
штампа. Часть сухаря с наклоненными гранями входит в бабу
молота (или в подштамповую плиту), причем наклон граней спо-
собствует удалению сухарей, которые обычно застревают в сни-
маемом штампе; это делает более удобным их демонтаж. Клиновая
выемка А в сухаре необходима для удаления зубилом сухаря, если
он крепко сидит в пазах.
Сухари должны быть изготовлены тщательно и с точными
размерами. Высокий сухарь приводит к поломке штампа, так как
штамп опирается при этом только на сухарь. Низкий сухарь при-
водит к увеличению удельного давления на стенки гнезд для су-
харей при забивке клиньев и вследсствие горизонтальных сдвигаю-
.360
1ЦИХ сил при штамповке. Согласно ГОСТу 6039—51 высота he
сухаря и клина должна быть на 1 мм меньше соответствующей
высоты паза Ля (см. рис. 207, г).
Высокая стоимость штампов определяет необходимость повы-
шения их стойкости. Один из простых способов возобновления
работы штампов заключается в перестрожке их, для чего у штам-
повых кубиков должен быть соответствующий припуск по высоте.
Высокие штамповые кубики приводят к уменьшению хода молота
и соответственно к уменьшению энергии удара. Сумма высот верх-
него и нижнего штампов должна превышать минимально допусти-
мую высоту штампового пространства после запланированного
количества перестрожек штампа. Если суммарная высота штампа
меньше допустимой величины для данного молота, то может воз-
никнуть опасность выбивания нижней крышки цилиндра молота.
Обычно ориентируются па возможно большее число перестро-
жек штампа (три-четыре для глубоких и до 10 для неглубоких
ручьев, причем каждый раз снимается от 10 до 25 лл*).
Следует иметь в виду, что хотя увеличение массы падающих
частей молота (не более чем на 25% от номинальной величины
за счет более тяжелого штампа) сопровождается увеличением
мощности молота, однако потери от уменьшения величины хода
и числа ходов молота в единицу времени обычно более значительны.
При увеличении массы падающих частей сверх номинального
может снизиться производительность работы, так как при данном
давлении пара (воздуха) время подъема подвижных частей молота
увеличивается, а возможное число ударов в единицу времени
уменьшается.
Штамповые кубики. Заготовки для штампов в виде
кованых болванок в форме параллелепипеда называют штампо-
выми кубиками.
Размеры штамповых кубиков подбирают в соответствии с при-
нятым количеством, размерами и расположением ручьев. При этом
проверяют величину площади соударения штампов. Опытом уста-
новлено, что во избежание смятия при соударении плош^дь лице-
вой поверхности штампов должна составлять не менее 300 см2
на I т. массы для молотов с массой падающих частей более 2 т
и 250 см2 — для молота с меньшей массой падающих частей.
Следует стремиться к тому, чтобы по обе стороны любой линии,
проведенной через середину зеркала штампов (во избежание пере-
коса их в работе), площади, свободные от гравировки, были при-
мерно равны между собой.
Размеры штамповых кубиков предусмотрены ГОСТом 7831—55.
Наиболее употребляемые размеры кубиков по высоте, ширине и
длине следующие: от 200 X 225 X 275 до 400 X 500 X 650 мм.
На штамповом кубике должны быть указаны ось слитка (головная
и хвостовая части), направление выхода волокон, марка стали.
Указание о направлении волокон используют для перпендику-
361
лярного размещения осей удлиненных полостей ручьев. Наиболь-
шее разрывающее усилие должно быть направлено вдоль волокон.
Недопустимо вертикальное расположение волокон в кубике, при
котором скалывающие напряжения от нецентральных нагрузок
совпадают по направлению с волокнами; это приводит к поломке
штампов. Для получения равномерного износа и одинаковой проч-
ности в разных направлениях желательно иметь кубики с перепу-
танными волокнами, для чего при их ковке производят чередование
осадки с протяжкой. Штампы, прокованные таким способом, не
имеют резко выраженной анизотропии, вызванной наличием на-
правленного волокна.
Штампы обычно проектируют так, что по габаритным размерам
они вписываются в размер бабы молота. В исключительных слу-
чаях для очень длинных поковок применяются штампы, выступаю-
щие (йперед и назад) за пределы опоры в бабе. При ударах по за-
готовке консольные части такого штампа упруго отгибаются, ино-
ковка оказывается на концах большей высоты (недошгампована).
Для устранения этого недостатка увеличивают в допустимых
пределах массивность штампа. Однако при применении штампов
большой длины эти возможности весьма ограничены, поэтому на
практике уменьшают высоту в тех частях ручья, в которых полу-
чается недоштамповка. В литературе описан случай, когда прихо-
дилось уменьшать глубину ручья на краях штампов более чем
на 4 мм.
Расположение ручьев на зеркале штам-
пов. При стремлении к возможно более экономичному исполь-
зованию зеркала штампов сталкиваются с трудностями, заклю-
чающимися в получении стенок достаточной прочности между
ручьями и на краях штампа.
Установленные на практике расстояния между отдельными
ручьями приведены в табл. 42. Чем глубже ручей, чем меньше
радиус закругления дна полости и уклон соседней полости, тем
больше должна быть толщина стенки штампа.
Центром зеркала штампа считается пересечение осей хвосто-
вика и сухаря. При необходимости центр зеркала штампа может
быть смещен относительно оси, проходящей через геометрический
центр кубика (см. рис. 193). Однако центр зеркала штампа должен
совпадать с осью штока, а при отсутствии чернового ручья
с осью, проходящей через середину чистового ручья. Это требуется
для лучших условий работы штампа и штока молота.
При наличии чернового и чистового ручьев в одном штампе
приходится допускать эксцентричное приложение на него макси-
мальных нагрузок. На практике поступают следующим образом:
устанавливают (примерно), на сколько сопротивление деформации
в одном ручье больше, чем в другом, и в соответствии с этим
размещают ручьи. Чаще всего расстояние от центра зеркала штам-
па до оси чистового ручья меньше, чем до чернового (в 2—3 и
362
Таблица 42
Стенки с минимальной толщиной и высота молотового штампа [109]
Стенки с мани мальвой толщиной б в ««
Глубина ручья
В
10
16
25
32
40
56
80
100
110
Мннямэльда? высотз
штампового ич'бика
в МЛ'
100
100
125
160
200
250
315
355
-100
Фа
2ft
за
Й
80
110
йй
гео
даже в 4 раза), но и в этом случае центр зеркала штампа должен
совпадать с осью штока молота (см. пересечение осей /—I и
П—П на рис. 193).
Для несимметричных в плане поковок обычно трудно опреде-
лить середину ручья (центр давления). Для приблизительных
расчетов за середину принимают центр тяжести площади проекции
поковки па плоскость разъема штампа. Расположение центра дав-
ления соответствует центру тяжести объема эпюры нормальных
напряжений в конце штамповки.
Если известны размеры отдельных ручьев, расстояния между
ними и до края штампа, а также высота штампа, то можно найти
габаритные размеры необходимых кубиков. Хвостовики штампов
в процессе работы образовывают углубления в бабе и подушке;
если следующий штамп имеет большие размеры вдоль хвостовика,
Чем предыдущий, то он оказывается подвешенным на двух опорах
и легко разрушается в процессе работы.
Методы уравновешивания сдвигающих усилий в штампах.
Во многих случаях при штамповке возникают горизонтальные
силы, смещающие верхнюю часть штампа относительно нижней,
что приводит к браку поковок и повышенному износу направляю-
щих бабы молота.
Появление сил, сдвигающих штамп, происходит по следующим
причинам (рис. 209). Разъем штампа, расположенный косо, при-
водит при соударении (т. е. в конце штамповки при образовании
363
облоя) к горизонтально направленным силам Рх (рис. 209, а).
Эти силы в нижней и верхней частях штампа направлены в разные
стороны. Поскольку нижняя часть штампа жестко закреплена
на шаботе, она остается неподвижной. Верхняя же часть штампа
вместе с бабой молота может смещаться в сторону за счет зазоров
между направляющими молота и бабы, а также за счет упругих
деформаций деталей молота/ В этом случае происходит сдвиг од-
ной части штампа относительно другой, что приводит к браку по-
ковки по форме и размерам или понижает механические свойства
по месту сдвига одних волокон металла относительно других.
Рис. 209. Схемы, поясняющие возникновение горизонтальных
сдвигающих сил в штампах
В другом случае (рис. 209, б) разъем штампа расположен гори-
зонтально, однако полость имеет наклонные поверхности, которые
с момента соприкосновения с заготовкой (т. е. в начале штам-
повки) вызывают горизонтальные неуравновешенные силы Рх,
сдвигающие верхнюю часть штампа относительно нижней. Если
полость верхней части штампа имеет с разным наклоном и не оди-
наковые по площади поверхности, то результирующая горизон-
тальная составляющая будет оказывать на штамп сдвигающее
действие. Очевидно, сдвиг частей штампов может быть вызван
и соответствующей формой заготовки или неправильной ее уста-
новкой в ручье. На величину сдвигающих усилий оказывают влия-
ние контактные силы трения. Горизонтальные сдвигающие силы
могут быть направлены вдоль или поперек фронта штампа.
При штамповке силами, перпендикулярными к оси поковки,
имеющей форму конуса, горизонтальные силы в нижней и верхней
частях штампа направлены в одну и ту же сторону. Однако на-
правление горизонтальных сил нижнего штампа не имеет значе-
ния, поскольку эти силы во всех случаях уравновешены.
Положение изогнутых заготовок в процессе штамповки в урав-
новешенном штампе без применения специального замка опреде-
ляется из тригонометрических соотношений. Если предположить,что
равномерное распределение нагрузки на проекции поковки соот-
364
ветствует равномерному распределению нагрузки и на каждой
полке поковки, то для поковок, изогнутых под углом р и имеющих
короткую полку и длинную полку действительно следующее
соотношение:
-J“ = tgy2ctg(p ]-уа).
При р = 90° имеем
где у2 — угол наклона длинной полки /а в плоскости зеркала
штампа.
Рас. 210. Способы уравновешивания сдвигающих сил в штампах:
АД и ББ — линии разъема штампа
Для соответствующего угла Y1 наклона короткой полки полу-
чаем
Правильность формул подтверждается следующим образом:
при Д = /3 и р — 90° получаем tg ух — tg у3 = 1, откуда следует
Yi = уа = 45°, a Y1 + у2 + Р = 45° + 45° + 90° = 180°.
Если не удается ликвидировать горизонтальные силы изме-
нением положения поковки относительно плоскости разъема
(рис. 210, а, б), то устранить сдвиг штампов можно, используя в них
односторонний замок (рис. 210, в). Если позволяют габаритные
размеры штампа и размер молота, то лучшим способом уравнове-
шивания горизонтальных сил будет сдваивание поковок при сов-
местной штамповке (рис. 210, г). Полости штампов нужно располо-
жить так, чтобы одинаковые горизонтальные силы Рх действовали
в разных направлениях. На рис. 211 изображены контуры круг-
лого (рис. 211, а), углового (рис. 211, б) и двухстороннего замков
365
(рис. 211, в). Замки усложняют конструкцию штампов и увеличи-
вают расход работы на штамповку, но в отдельных случаях, о ко-
торых говорилось выше, их применение необходимо.
Профиль замка, выполненного под прямым углом, показан па
рис. 211, г. Применяют замки и с тупым углом; последнее конструк-
тивное решение менее удачно, так как при этом части штампов
устанавливаются на свои места лишь в последний момент штам-
повки. Замки с наклоном в боковой поверхности можно рекомен-
Рис. 211. Форма замков молотовых
штампов
Рис. 212. Штампы со вставками:
а — для поковок удлиненной формы;
б —для торцовой штамповки
довать лишь в тех случаях, когда смещение штампов вызывается
действием их друг на друга в момент образования облоя
(рис. 209, а).
Высота выступа замка hec (рис. 211, а) должна быть такой,
чтобы к моменту появления сил Рх, сдвигающих штамп, замок уже
действовал. Чем больше высота замка, тем сложнее изготовить
штамп, особенно если штамп не имеет прямой линии разъема.
Выступающие части замка могут быть в нижней или верхней ча-
стях штампа. Чтобы обеспечить удобство извлечения поковки из
ручья и выдувания из него осыпающейся во время штамповки
окалины, желательно наружные выступающие части замка выпол-
нять в верхней части штампа (рис. 211, а). При необходимости раз-
мер замка в плане может быть увеличен и на нем могут быть распо-
ложены подготовительные ручьи.
Молотовые штампы со вставками. Расход дорогостоящей
штамповой стали в штамповочных цехах достигает 1,0% от массы
выпускаемой продукции. Стремление продлить срок службы
штампов привело, в частности, к использованию вставок молотовых
штампов.
366
Вставки применяют для штамповки длинноосных поковок
(рис. 212, а) и для торцовой штамповки (рис. 212, б). Вставным
может быть, например, быстроизнашиваемый знак, чистовой,
а при необходимости — черновой и чистовой ручьи. Кубики для
размещения в них вставок могут быть литыми и коваными. Если
штамп мпогоручьевой, то материалом для кубика служит штам-
повая сталь. Для одноручьевой штамповки (рис. 212, б) кубики
можно изготовлять из стали 45.
На рис. 212, б показаны два варианта вставок, сделанных
из двух частей для дальнейшего повышения их стойкости. В местах
вероятного образования трещины, в углах полости выполняется
стык частей вставок, что исключает возможную концентрацию
напряжения. Стойкость вставок выше цельных штампов из-за
того, что вставки имеют предварительные напряжения сжатия.
Опасные растягивающие напряжения, приводящие к трещинам
(в том числе к разгарным), появляются при больших напряжениях
и позже, чем при использовании цельного штампа, не имеющего
предварительных напряжений. Вставки небольшого объема целе-
сообразно изготовлять из более дорогих штамповых марок стали
и этим еще больше увеличивать их стойкость.
Так как извлечение вставок из штампового кубика представ-
ляет собой сложную операцию, некоторые заводы применяют
постоянные вставки, которые особенно удобны при одноручьевой
штамповке. В штамповый кубик (литой или кованый) из углеро-
дистой стали с помощью горячей посадки вставляют вставку из
легированной стали и не извлекают ее после износа. При этом
ремонт ручья и всего штампа осуществляется, как при цельно-
блочном штампе.
Если вставка открытого штампа имеет небольшие габаритные
размеры, то в ней нельзя расположить облойную канавку, и ее
приходится выполнять на зеркале штампа. Если такая вставка
оседает в процессе работы, то высота поковок увеличивается
(недоштамповка). Лучше конструкция вставок, выступающих
над уровнем зеркала штампа. При переточке вставок величина
снятого слоя металла компенсируется подкладками. Более под-
робное описание о вставках молотовых штампов дано в гл. X.
Технологическая применяемость молотов различных типов.
Приведенные выше материалы относятся к штамповке на паровоз-
душных молотах двойного действия. Помимо этих молотов, в куз-
нечно-штамповочных цехах используются (в значительно мень-
шем числе) молоты с доской. В последнее время получили некоторое
распространение так называемые бесшаботные молоты. Наиболее
успешно штамповка на молотах с доской осуществляется в одно-
ручьевом штампе. Молоты с доской относительно тихоходны,
поэтому при большом числе ударов (при штамповке поковок слож-
ных конфигураций) металл остывает быстрее, чем заканчивается
процесс. При штамповке, как известно, не рекомендуется прово-
367
дить повторный нагрев из-за большой потери металла в угар
и ухудшения поверхности поковки от образования окалины.
Наиболее приемлемыми для штамповки на молотах с доской ока-
зываются поковки простой конфигурации. При этом, как и у дру-
гих молотов простого действия, штамповочные уклоны должны
быть несколько большими, чем в штампах молотов двойного дей-
ствия.
К преимуществам молотов с доской относятся дешевизна
изготовления, простота конструкции и управления, а также
малогабаритность в плане. Молоты с доской используются само-
стоятельно и в комбинации с другими видами кузнечных машин.
Они успению применяются для правки поковок. Небольшая
стойкость досок снижает достоинства молотов рассматриваемого
типа. Большая эксцентричность, вызванная формой поковки,
уменьшает стойкость досок и ускоряет разладку молота. Крепле-
ние штампов и расположение ручьев штампов для молотов с до-
ской аналогичны таковым в обычных молотовых штампах.
За рубежом (в частности, в Англии) некоторое распростране-
ние получили цепные молоты простого действия. Эти молоты
имеют переменную величину хода. Поскольку размер бабы молота
вдоль его фронта увеличен, на этих молотах удается применять
многоручьевые штампы.
Бесшаботные молоты получили относительно небольшое рас-
пространение из-за недостатков, имеющихся в существующих
конструкциях, хотя сам принцип работы бесшаботного молота
весьма рационален. Возможность деформирования металла при
встречном движении верхнего и нижнего бойков молота снижает
потери энергии на сотрясение фундамента и грунта, позволяя
изготовлять молоты с фундаментами неглубокого залегания и на
металлических конструкциях, а при необходимости даже выше
уровня пола. Неудобства эксплуатационного порядка, связанные
с подвижностью заготовки в процессе штамповки, как показывает
опыт, являются несущественными. Отечественная конструкция
бесшаботного молота (ЦНИИТМАШ) имеет короткий самостоя-
тельный ход нижней части и большой величины ход верхней части
штампа.
В последние годы некоторое распространение получают гори-
зонтальные молоты с двухсторонним ударом, так называемые
импакторы. Для удержания заготовки перед соударением частей
штампа применяются специальные механизмы. Система управле-
ния этими молотами срабатывает лишь в том случае, если заго-
товки правильно расположены по отношению к штампам. Скорость
удара импактора достигает десятков и даже сотен метров в секунду.
Технологические преимущества и недостатки молотов. Молоты
различных конструкций применяются для горячей штамповки.
Наибольшее распространение получили паровоздушные молоты
двойного действия.
368
К основным преимуществам штамповки на молотах относятся
следующие.
1. Возможность регулирования энергии удара. Слабые удары
могут быть нанесены с повышенной частотой.
2. Осуществление деформации в одном ручье за несколько
ударов (особенно важно для штамповки в окончательном ручье).
В связи с этим до недавнего времени наиболее крупные поковки
штамповали только на молотах. Влияние больших скоростей
деформации при штамповке на молотах благоприятно сказы-
вается на заполнении сложного рельефа штампа.
К недостаткам молотов относятся следующие.
1. Дорогостоящие установки, связанные с наличием котель-
ных или компрессорных станций и громоздких фундаментов.
2. Малый к. п. д. (не более 3%).
3. Относительно невысокая производительность работы, осо-
бенно при многоручьевой штамповке, когда при выполнении
подготовительных операций молот работает не на полную мощ-
ность.
4. Относительно тяжелые условия труда, сложность осуще-
ствления механизации и особенно автоматизации процессов штам-
повки.
5. Большой расход металла от штамповочных уклонов вслед-
ствие ограниченного применения выталкивателей.
6. Невысокая точность размеров поковок (допуск достигает
нескольких миллиметров).
7. Сотрясения от ударов зданий и приборов.
8. Частые поломки штоков.
§ 4. ШТАМПОВКА НА ПРЕССАХ
Для объемной штамповки применяются кривошипные, фрик-
ционные (винтовые) и гидравлические прессы. Каждый из этих
типов прессов имеет свои особенности и преимущества, связанные
с масштабом производства, видом применяемых штампов, темпе-
ратурным режимом деформации и размерами поковок.
Кривошипные горячештамповочные прессы являются рацио-
нальным оборудованием для объемной штамповки при крупно-
серийном производстве средних по массе поковок (от десятых
долей до нескольких сот кг). Этот вид машин-орудий отличается
наиболее высокой стоимостью и может быть использован для ме-
ханизированного или даже автоматизированного производства
поковок. Кривошипные прессы допускают эксцентрицитет в на-
грузках, но имеют фиксированный конец рабочего хода, что не
позволяет осуществлять деформацию в одном ручье за несколько
ходов. Усилие прессов составляет 6170—98 000 кн (630—10 000 т).
Фрикционные прессы по современной классификации оборудо-
вания относятся к группе молотов, у которых деформация осуще-
24 Я. М. Охрименко 5S7 369
ствляется за счет энергии падающих масс. Однако в технологи-
ческом отношении они ближе к прессам. Конец хода у них
не фиксируется, что позволяет осуществлять в каждом ручье
штамповку за несколько ходов. Из-за конструктивных особенно-
стей фрикционные прессы непригодны для штамповки с большим
эксцентрицитетом прилагаемых сил, поэтому в основном они
применяются для одноручьевой штамповки, а также для гибки,
правки и некоторых других операций. Усилие самых крупных
фрикционных прессов не превышает 9800 кн (1000 т). Наиболее
распространены прессы усилием 390—5880 кн (40—600 т).
Ниже рассмотрены технологические процессы и штампы криво-
шипных прессов, а также фрикционных прессов. Штамповка
стальных поковок на гидравлических прессах отнесена к штам-
повке выдавливанием и глубокой прошивкой, поскольку эти про-
цессы более типичны для указанных прессов.
Штамповка на кривошипных прессах. Значительное распро-
странение кривошипных прессов для объемной штамповки объяс-
няется следующими их преимуществами перед молотами.
1. Более высоким к. п. д. Кривошипный пресс с индивидуаль-
ным электродвигателем имеет экономический (приведенный
к энергии топлива) к. п. д. в два и более раза выше, чем у молота,
и достигает 6—8%.
2. Более высокой производительностью за счет сокращения
числа ударов в каждом ручье до одного.
3. Большой точностью размеров поковок. Постоянство хода
кривошипного пресса обеспечивает уменьшение отклонений раз-
меров поковок ио высоте. Более совершенные конструкции штам-
пов на прессах обеспечивают меньшую величину смещения половин
штампа, в связи с чем точность размеров поковок увеличивается.
На практике возможная точность работы на кривошипных прес-
сах характеризуется допусками 0,2—0,5 мм вместо 0,8—1,0 мм
при штамповке на молотах.
4. Увеличенным коэффициентом использования металла. На-
личие уменьшенных припусков, напусков и допусков является
следствием более совершенной конструкции штампов кривошип-
ных прессов, снабженных выталкивателем. Экономия металла
достигает десятков процентов.
5, Улучшением условий труда..
6. Снижением себестоимости продукции. При штамповке на
кривошипном прессе себестоимость продукции снижается за счет
расхода металла и эксплуатационной стоимости.
К числу основных недостатков кривошипных прессов относятся
высокая стоимость прессов и возможность заклинивания и по-
ломки пресса в крайнем нижнем положении ползуна. Вывод
пресса из этого положения приводит к потере времени,
Особенности штамповки на кривошипных прессах. Деформа-
ция металла на кривошипных прессах характеризуется жестким
370
характером кривой изменения пути ползуна во времени. В каж-
дом ручье для данного размера заготовок возможна лишь опре-
деленная степень деформации, осуществляемая за один рабочий
ход пресса. Если пресс совершает такое же количество ходов,
как и эквивалентный молот, то машинное время штамповки сокра-
щается пропорционально количеству ударов молота в каждом
ручье штампа. Однако непосредственное перенесение технологи-
ческих переходов штамповки от молота к прессу обычно осуще-
Рис. 213. Изменение скорости движения штампов;
/ — для кривошипного пресса; 2 — для эквивалентного молота
деформации в прессовых штампах, следует сопоставить их с по-
добными условиями при штамповке па молотах.
Рассмотрим скоростные условия деформации. Молоты про-
стого действия к моменту удара имеют скорость бойка 5—6 м/сек.
Молоты двойного действия имеют более высокие скорости (6—
7,5 м/сек,}. Кривошипные прессы к началу деформации металла
имеют скорости в пределах 0,5—0,8 м/сек.
На рис. 213 приводится график изменения скоростей в про-
цессе деформации металла у молота и пресса. Этот график по-
строен по данным для пресса усилием 24 500 км (2500 т) и экви-
валентного ему молота 1 с массой падающих частей 2,25 т, а
также по данным осадки цилиндра на 25 мм за один удар. В конце
осадки скорости бойков молота и пресса равны нулю; наибольшая
1 На практике считают, что пресс усилием 9800 кн (1000 m) примерно экви-
валентен молоту с массой падающих частей 1 т.
24* 371
разница в скоростях наблюдается в начальный момент деформа-
ции. Если разницу в течении металла при деформации его на
прессе и под молотом объяснять влиянием неодинаковых скоростей,
то это, вероятнее всего, относится к начальному моменту дефор-
мации, когда разница в скоростях движения инструмента наиболь-
шая. Так как скорость распространения пластических деформаций
соизмерима со скоростями движения бойка молота, то деформация
при штамповке на молоте в основном должна протекать вблизи
контакта металла с движущимся инструментом. Это способствует
лучшему заполнению верхних полостей штампа на молотах. При
использовании молота длительное соприкосновение нижнего
штампа с заготовкой приводит к большему охлаждению ее ниж-
ней части, поэтому верхняя часть заготовки деформируется легче
и в большей степени. Экспериментами установлено, что сопротив-
ление -деформации металла в верхней полости молотового штампа
в 2 раза меньше, чем в нижней.
Значительной разницы в заполнении верхней и нижней по-
лостей штампа на прессе нет; меньшие скорости деформации
способствуют ее распространению на весь объем заготовки. По-
верхностной деформации при этом не наблюдается. Разница в дей-
ствии удара молота и пресса состоит в различной продолжитель-
ности воздействия инструмента на металл. Каждый удар молота
Длится 0,005—0,01 сек, тогда как при использовании пресса про-
должительность единичного обжатия в каждом ручье состав-
ляет 0,03—0,2 сек 1109].
При деформации металла на прессе в штампе, сконструирован-
ном по аналогии с молотовым штампом, происходит примерно то
же явление, которое наблюдается при штамповке поковок полным
ударом молота с излишне большой для данной поковки массой
падающих частей. Получается чрезмерно большой облой, поэтому
металла оказывается недостаточно для образования поковки.
Л. А. Шофман полагает, что основная разница в заполнении
молотового и прессового штампов состоит в условиях образования
облоя и в более высокой температуре металла облоя прессового
штампа, поскольку в этом случае время остывания облоя значи-
тельно меньше.
Предотвратить образование чрезмерного облоя в прессовом
штампе можно несколькими способами. Наиболее простой способ
с технологической точки зрения состоит в увеличении количества
ручьев для постепенного приближения формы заготовки к форме
поковки. При этом уменьшается степень деформации за каждый
ход пресса, а условия деформации приближаются к тем, которые
имеются при штамповке на молотах. Поковки, штампуемые на
молоте за один переход, целесообразно при применении пресса
штамповать в два или несколько переходов. При этом получают
экономию машинного времени, если число ручьев прессового
штампа меньше числа ударов при штамповке данной поковки
372
в молотовом штампе. Введение, например, операции осадки с на-
меткой отверстия или образованием выступа позволяет, кроме
того, удалить с заготовки окалину.
Другой способ заключается в затруднении течения металла
в облойную канавку. Проще всего уменьшить толщину облоя
или увеличить ширину порога канавки, но это затруднит вытека-
ние облоя лишь в конце штамповки. С этой же целью применяют
канавки со сдвоенными порогами или дополнительные карманы
на пути движения металла в магазин канавки.
Целесообразнее всего задержать момент начала образования
облоя путем подбора фасонной заготовки соответствующей формы.
Наиболее эффективное решение состоит в том, что плоскость
разъема штампов размещают так, чтобы она оказалась в месте
наименьших поперечных деформаций вблизи торца заготовки, где
имеет место зона затрудненной деформации. Наличие выталки-
вателей у пресса позволяет работать с незначительными штампо-
вочными уклонами и размещать плоскость разъема штампов в лю-
бом положении, не опасаясь больших потерь металла вследствие
напусков. Безоблойная штамповка, будучи более совершенным про-
цессом, чем облойная (в отношении расхода металла), не нашла
еще на прессах достаточно широкого применения из-за трудно-
стей, связанных с точной дозировкой объема заготовки. Штам-
повка в закрытом штампе на машине с жесткой связью между
приводом и инструментом может быть успешно осуществлена при
достаточно точной массе заготовки или при размещении в штампе
специального компенсатора для размещения излишка металла
отдельных особенно неточных заготовок.
Значение упругих деформаций пресса. Каким бы жестким ни
был пресс, его отдельные детали под влиянием усилий штамповки
упруго деформируются. Вал получает изгиб, шатун и ползун —
сжатие, станина на участке между столом и вырезами для колен-
чатого вала — растяжение. Если наладку штампа производить
без нагрузки, сблизив верхнюю и нижнюю его части на установ-
ленный расчетом размер облоя, при крайнем нижнем положении
ползуна, то высота поковки (и облоя) получится больше на вели-
чину упругой деформации пресса. Так как соударение частей
штампов прессов опасно, то штампы должны иметь открытый
магазин облойной канавки (см. рис. 220). Это позволяет при на-
ладке штампа изменять расстояние между его частями. Чтобы
получить в результате штамповки необходимый размер h облоя,
при наладке штампа между выступами канавки помещают про-
кладки толщиной, равной высоте облоя за вычетом соответствую-
щей величины упругой деформации пресса. Толщина прокладки
устанавливается предварительно при пробных штамповках. Про-
кладки после закрепления штампа убираются. В процессе штам-
повки вследствие упругой деформации деталей пресса получается
облой заданного размера.
373
Упругая деформация деталей данного пресса зависит от вели-
чины сопротивления деформации металла в штампе. Это сопротив-
ление зависит от температуры металла и объема заготовки. Избы-
ток металла (больше расчетного), пепрогрев или недогрев заготовок
приводят к возрастанию упругой деформации деталей пресса,
а следовательно, к увеличению размеров поковки и облоя по вы-
соте.
При остывании поковки получают усадку, и размеры их умень-
шаются. Величина усадки зависит от температуры конца штам-
повки. С возрастанием этой температуры сопротивление деформа-
ции металла понижается, а его усадка возрастает. Величина де-
формации деталей кривошипно-штамповочных прессов достигает
иногда 2 и более; усадка (1,2—1,5%) для поковок средних раз-
меров — 1 мм и более, т. е. эти величины соизмеримы. Оконча-
тельный размер поковок по высоте Нп после остывания может быть
найден следующим образом:
Нп - HT + M-at \-ga, (73)
где Нт — высота поковки, соответствующая холостому ходу пресса
(может быть получена при штамповке заготовки из
воска или пластмассы);
Д/— суммарная величина продольных упругих деформаций
деталей пресса при данном усилии; для одной и той же
поковки Д^ зависит от температуры штампуемого ме-
талла в соответствии с изменением его сопротивления
деформации (если объем заготовок одинаков);
at — величина линейной усадки по высоте поковки при осты-
вании от температуры конца штамповки (может быть
подсчитана или определена для данной стали дилато-
метрически);
ga — упругие деформации поковки (они весьма незначи-
тельны).
Если производить штамповку при различных фиксируемых
температурах металла, измерять фактическую высоту поковки и
знать расчетную величину at (величиной gn можно пренебречь),
то суммарную величину упругих деформаций деталей пресса можно
определить из выражения
Af _-:Нп + щ~Нт. (74)
Затем'следует построить график упругих деформаций деталей
пресса Д, а зависимости от температуры t деформируемого металла.
По этому графику можно осуществлять контроль температуры i
конца штамповки по высоте поковок Нп, так как Нп =- /(/). По
данной величине допуска на высоту поковки график позволяет
установить допустимые колебания температуры конца штамповки
или величину допуска при данном интервале температур конца
штамповки. Если протарировать пресс, то можно построить гра-
374
фик «упругая деформация д, — развиваемое усилие Р». По этому
графику можно определить впоследствии усилие штамповки для
любых поковок, фиксируя фактические упругие деформации прес-
са в процессе штамповки или получая величину д; по фор-
муле (74).
Абсолютная величина Д; упругой деформации деталей пресса
определяет величину наиболее тонкого облоя при штамповке
данной поковки. Дальнейшее
уменьшение толщины облоя при-
водит к соударению частей
штампа (и их поломке) на хо-
лостом ходу пресса, что, в свою
очередь, вызывает заклинива-
ние пресса. По этой же причине
на кривошипных прессах не
применяют отрезных ножей типа
молотовых. В тех случаях,
когда приходится отделять по-
ковки от прутка, применяют
ножи, движущиеся смежно от-
носительно друг друга (по типу
ножниц).
Для получения минималь-
ных отклонений размеров по
ковок необходимо, чтобы коле-
бания объемов поковок и тем-
пературы штамповки были воз-
можно меньшими. На практике
г
отклонения размеров поковок, Рис. 214. Клиновое устройство для ре-
получаемых на прессах, нахо- гулирования закрытой высоты пресса
дятся в пределах 0,2—0,5 мм.
Однако при изготовлении поковок необходимо рационально
использовать штампы, износ которых приводит к увеличению
допускаемых отклонений от заданных размеров поковок.
Допуски в плоскости, совпадающей с плоскостью разъема
штампов, не зависят от упругих деформаций пресса и определяются
возможностью относительного смещения половив штампа, а также
зависят от износа штампов и неравномерной усадки поковок,
т. е. от колебания температуры конца штамповки.
Устройство прессовых штампов. Для обеспечения точности
размеров поковок, перпендикулярных к разъему штампа, пресс
должен иметь регулирование штампового пространства по высоте
(закрытой высоте). С этой целью прессы снабжены столом особой
конструкции (рис. 214). Опорная часть станины 1 выполнена на-
клонной (в данном случае по; фр опту, а у некоторых прессов —
в глубь пресса). Подштамповая плита в^виде клина 2 имеет тот же
наклон, что и станина (для прессов средних размеров 12—14°).
375
Клин 2 имеет в середине овальное отверстие для прохода
стержня нижнего выталкивателя, а также выступающий в окне
станины пресса отросток (справа) для перемещения плиты уда-
рами кувалды (чтобы не портить клин) и клиновый скос (слева).
Вдоль клина 2 по его скосу горизонтально перемещается вспомо-
гательный клин 3 меныпих размеров, упирающийся прямой сто-
роной в станину 1 пресса. При установке клина 2 на стол пресса
оба клиновых скоса компенсируют друг друга и верхняя плоскость
подштамповой плиты устанавливается в горизонтальное положе-
ние. Перемещение клина 2 по наклонной опоре приводит к изме-
нению уровня горизонтальной поверхности и, таким образом,
к изменению закрытой высоты пресса, Для более легкого пере-
мещения клина 2 его наклонную поверхность тщательно смазы-
вают, например, смесью масла с графитом.
В случае заклинивания пресса необходимо, чтобы закрытая
высота могла быть легко увеличена, поэтому работать с макси-
мальной закрытой высотой не следует, так как при расклинивании
пресса перемещением клина нельзя будет воспользоваться.
В отличие от массивных цельноблочных молотовых штампов
на прессах применяются сборные штампы. Штамп монтируется
в так называемом пакете, состоящем из двух частей — нижней 1
(рис. 215) и верхней 2. Вставки 3~5 с ручьями устанавливаются
в соответствующем гнезде, причем для их крепления применяются
клиновые планки 6 и прижимы 7.
Наклонные боковые грани вставок позволяют прижать вставки
к местам посадки. Для регулирования положения вставок вдоль
фронта пресса и для последующего закрепления их положения
применяются болты 8. Регулирование положения вставок пер-
пендикулярно фронту пресса может быть осуществлено клино-
выми планками 6. Точность совпадения верхних и нижних вста-
вок обеспечивается направляющими ползуна пресса и колонками 9.
Две колонки 9 расположены в задней части штампа, они закреп-
ляются внизу стопорными болтами или прессовой посадкой.
Верхняя часть штампа имеет соответствующие отверстия и
втулки, в которые входят колонки 9. Для удобств демонтажа
каждой части штампа колонки могут выходить из втулок при
подъеме ползуна пресса в верхнее положение. Однако исходя
из условий техники безопасности и для большей стабильности
наладки пресса принимают меры, исключающие выход колонок
из втулок при работе пресса. Для уменьшения потерь на тре-
ние колонки смазываются, для этой цели на втулках предусмот-
рены канавки.
Прессовые штампы имеют одну-четыре вставки. Для круглых
в плане поковок применяются цилиндрические вставки с индиви-
дуальным креплением. Помимо описанного основного способа
крепления вставок, иногда применяются и другие — шпоночное,
клиновое и стопорным болтом в хвостовик.
376
Нижняя часть штампа устанавливается на подштамповую
плиту и закрепляется на столе пресса, для чего в станине пресса
имеются отверстия с нарезкой (см. рис. 214).
Штамповый пакет должен быть изготовлен отдельно для каж-
дого размера пресса, так как в его бортах имеются отверстия для
крепления, соответствующие отверстиям (см. рис. 214) в столе
пресса. Собранный нижний штамп опирается на клин 2 и вместе
с ним может быть поднят (выше или ниже), для этого необходимо
предварительно освободить крепежные болты. После установки
пакета последний жестко закрепляется на станине болтами.
Положение штампа регулируется с помощью болтов, проходящих
через специальный прилив в станине пресса.
Выталкивающие устройства. Возможность применения вытал-
кивателей в штампах кривошипных прессов позволяет применять
небольшие штамповочные уклоны. Система, выталкивающая по-
ковку, состоит из толкающих механизмов 10 пресса (самостоятель-
ных для верхней и нижней частей штампа) и выталкивателя
штампа, непосредственно удаляющего поковки из ручья.
жг
Ниже приведены данные, характеризующие количество отхо-
дов, вызываемых штамповочными уклонами, при штамповке по-
ковки диаметром 50 мм и высотой 100 мм в торец и с разъемом по-
средине высоты.
Величина уклона
в град ...... 0
Объем поковки в 196 350
Отходы в % .... 0
1 3 5 7 Ю
210 500 218 400 233 000 251 000 274 000
7 11,5 19 28 40
Потери металла значительно возрастают с увеличением штам-
повочных уклонов. Конструкция выталкивающих механизмов
Рис. 216. Различные положения поко-
вок при штамповке:
а — предпочтительное при штамповке на
молотах (без выталкивателя); б — при
штамповке из прессах (с выталкивателем)
у прессов не вызывает затруд-
нений, они обладают высокой
стойкостью в работе.
Согласно ГОСТу 7505—55
наибольшие внешние штампо-
вочные уклоны при штамповке
с выталкивателями не должны
быть больше 3°. Как говорилось
выше, сила трения, удержива-
ющая поковку в ручье, зависит,
в частности, от коэффициента
трения и напряжений сжатия
металла, принудительно запрес-
сованного в полость, т. е. от
удельной силы при штамповке.
Для уменьшения удельной силы
повышают температуру штам-
повки и вводят дополнительные
ручьи для более тщатель-
ного фасонирования заготовки,
уменьшения облоя и замены
деформации выдавливания осад-
кой при заполнении ручья.
Для уменьшения коэффициента
трения необходимо полости
штампов обработать как можно
тщательнее и производить смаз-
облегчает удаление
ку штампов. Применение смазки не только
поковок из ручьев, но, что еще более важно, улучшает качество
поверхности поковок и уменьшает износ штампов в тех местах,
относительно которых металл смещается в процессе формообра-
зования.
Наличие выталкивателя позволяет изменить весь технологи-
ческий процесс, например, заменить сложную поперечную штам-
повку более простой продольной (торцовой, рис. 216). При отсут-
ствии выталкивателей для уменьшения глубины полости ручья
и напусков приходится выбирать плоскость разъема штампа по
378
наибольшему габаритному размеру поковки (рис. 216, а). При
наличии выталкивателей в штампе для уменьшения потерь ме-
талла на облой можно рекомендовать разъем по наименьшим
габаритным размерам поковки (рис. 216, б). Лимитирующим
обстоятельством здесь будет высота заготовки, которая не должна
быть чрезмерно большой по условиям продольного изгиба. При
этом уклоны могут не превышать 3° для верхней поковки и 1°
для остальных. Применение продольной штамповки дает следую-
щие преимущества.
1. Уменьшается сложность гравировки основного штампа
и изготовления обрезного штампа (токарные работы вместо фре-
зерных и долбежных).
2. Упрощается форма исходной заготовки.
3. Упрощаются условия штамповки (штамповка в торец).
4. Уменьшается величина отходов на облой (в связи с умень-
шением периметра облоя). Возможна экономия металла в напу-
сках от уклонов и вследствие упрощения формы поковки.
5. Облегчается обрезка облоя; конструкция обрезного штампа
проще и долговечнее.
6. Уменьшается опасность получения брака по сдвигу и не-
заполнению углов.
7. Возрастает стойкость основного штампа.
8. Повышается качество изделий из-за более правильного
расположения волокон и большей равномерности деформации.
При расположении плоскости разъема перпендикулярно оси
поковки можно выполнять глубокие выемки со стороны торцовой
поверхности поковок (верхняя поковка на рис. 216, б). Это важно
для получения волокон стали определенного направления и улуч-
шения условий последующей калибровки поковок с целью повы-
шения точности их размеров. Если для указанных выемок предель-
ный диаметр полости у молотовых штампов составляет 30 мм, то
у прессов он равен 20 мм.
Кривошипный пресс можно использовать и без выталкивате-
лей, если при минимальном угле уклона поковка свободно осво-
бождается из ручья. Чаще всего это наблюдается для неглубоких
и широких полостей штампа. Если при штамповке удается ис-
пользовать естественные уклоны или овалы, то применение вытал-
кивателей не обязательно.
Конструкция выталкивателей штампа зависит от формы по-
ковки и способа штамповки. При продольной штамповке выталки-
ватель упирается либо в торец поковки, либо в пленку. Для по-
ковок с отверстием может быть выталкивание с упором в кольце-
вую поверхность торца поковки. При поперечной штамповке упор
может быть в головку, в стержень поковки и даже в облой. Если
применяется упор выталкивателя в пленку, то стержень выталки-
вателя может быть внутри знака (рис. 217, а) или заменять
деталь штампа (рис. 217, б); штамповочный .уклон ап в послед-
379
нем случае должен быть больше, чем уклон а(; это обеспечивает
свободное снятие поковки с выталкивателя, у которого уклон
должен быть равен 5—7°.
Если применение выталкивателя необходимо в нескольких
местах поковки большой длины (чтобы избежать ее искривления)
или в нескольких ручьях, то
используют конструктивное
решение, показанное на рис,
218, а. Толкатель 7 пресса
надавливает на два шарнир-
ных рычагаЗ (ось шарнира 3),
которые поднимают план-
ку 4 с опирающимися на нее
тремя стержнями 5 выталки-
вателя штампа. Другой ва-
риант подобного решения дан
на рис. 215 (см. позицию 10).
Рис. 217. Варианты выхода стержня вы-
талкивателя к телу поковки
Для преодоления сил трения, удерживающих поковку в ручье,
необходимо сдвинуть ее на ничтожно малое расстояние, при этом
соотношение плеч рычагов выталкивателя (рис. 218, б) подбирают
в соответствии с необходимой силой
Рис. 218. Рычажный выталкиватель
Для того чтобы представить различные возможности при кон-
струировании выталкивателей, рассмотрим конструкцию штампов
с нижним и верхним выталкивателями для поковки шестерни
(рис. 219). Вдоль оси нижней вставки 1 чистового ручья имеется
отверстие, равное диаметру ступицы поковки. Через это отверстие
проходит выталкиватель 2, верхняя часть которого является
380
Рис. 219. Штамп для штамповки шестерни
с нижнвм стержвевым и верхним кольце-
вым выталкивателями
элементом ручья (знаком). Нижний выталкиватель 2 упирается
в опорный диск 3, который находится в выточке башмака пакета.
В полости верхней вставки 4 размещен стержень 5 со знаком,
формующим полость поковки и не перемещающимся относительно
верхней вставки. Выталкиватель 6 верхней вставки имеет форму
кольца с заплечиками, на которые через пробку 7 и пальцы 8
надавливает верхний толкатель пресса (на рис. 219 эта деталь не
показана).
Для поковок со стерж-
нями и вообще для поко-
вок, штампуемых в очень
глубоких полостях, при-
меняют пневматические
выталкивающие механиз-
мы вместо обычных рычаж-
ных, которыми оборудова-
ны кривошипные прессы.
Ручьи прессовых штам-
пов. На кривошипных
прессах применяются от-
крытые и закрытые штам-
пы. Конструктивное офор-
мление чистовых ручьев
открытых штампов во мно-
гом совпадает с их офор-
млением при штамповке
на молотах. Отличия носят
количественный характер, поскольку размеры уклонов ручьев
и облойной канавки определяются иными зависимостями.
Ручьи закрытых прессовых и молотовых штампов имеют более
существенные отличия, так как при штамповке на кривошипных
прессах требования к точности дозировки заготовок из-за опас-
ности перегрузки прессов более жесткие, чем при штамповке на
молотах. В связи с этим в прессовых штампах получают приме-
нение специальные компенсаторы в виде дополнительных выемок
в полости штампа, устраняющие вредное влияние больших коле-
баний в объеме заготовок. Соответствующие штампы рассмотрены
ниже (см. рис. 229).
Размеры облойных канавок открытых штампов прессов, при-
веденные в табл. 43, изменяются в зависимости от степени подго-
товки заготовки до поступления ее в окончательный ручей глу-
биной h„ (рис. 220).
При штамповке на прессе размер h не должен быть меньше
упругой деформации пресса, величина которой зависит от усилия,
развиваемого в каждом отдельном случае прессом. При определен-
ной величине h и прочих равных условиях сопротивление дефор-
мации металла в окончательном ручье определяется шириной b
381
Таблица 43
Размеры облойных канавок штампов кривошипных прессов (97]
Усилие пресса Размеры в aiaj
В КН в т h h' b r
6 170 630 1—1,5 0.6 -1,0 4-5 5 15 0,5
9 800 1000 1,5—2,0 1,0-1,5 4—6 6 15 1,0
15 580 1600 2,0—2,5 1,2—1,6 5—6 6 20 1,5
19 600 2000 2,5—3,0 1.4—1,8 6 6—8 20 2,0
24 500 2500 2,5—3,0 1,6—2,0 6 6—8 20 3,0
30 870— 3150—4000 3,5—4,0 2,0—2,5 6-8 8 25 3,5
39 200
порога облойной канавки. Чем больше величина Ь, тем бодыле
сопротивление металла деформации.
Для обеспечения вытекания облоя в течение одного рабочего
хода пресса необходимо, чтобы
размер h перемычки канавки был
примерно в 2 раза больше
этого же размера канавки
Тип/ У молотового штампа. Так,
например, при штамповке
небольших поковок в молото-
вом штампе h~ 0,6ч-1,5 мм,
Тип 11 ПРИ штамповке аналогичных
поковок на эквивалентном
прессе h = 1,5 ч-2,5 мм,
Однако за счет более тща-
Типа/ тельного фасонирования за-
готовок (по сравнению с мо-
лотовой штамповкой) на
прессах штампуют с меньшим
Тип!У фактическим объемом облоя.
Выбор плоскости разъема
штампов при штамповке на
Рис. 220. Облоицые канавки штампов
кривошипных прессов:
I — форма, нашедшая наибольшее применение;
II — применяется для уменьшения объема
механической обработки; III — применяется
при большом объеме облоя; /1/ — приме-
няется при небольшом объеме облоя
кривошипных прессах подчи-
нен тем же условиям, что и
при штамповке на молотах
(см. рис. 161), однако при
наличии выталкивателей ис-
пользуют разъем ближе к
торцу поковки, так как это не вызывает значительного увеличения
напусков, но затрудняет образование большого объема облоя.
При штамповке на прессах нужно, чтобы воздух выходил из
глубоких полостей штампа через специальные выводные отвер-
стия. Чтобы избежать затекания металла в эти отверстия, диаметр
их не должен превышать 2—3 мм.
382
Величина штамповочных уклонов, как уже было сказано выше,
при наличии выталкивателей сокращается. Уклоны, равные 1—3°,
вызывают значительно меньшие потери металла в напуски, чем
при штамповке на молотах с уклонами 5—7°. Радиусы закругле-
ний в штампах выбираются исходя из тех же соображений, что
и при использовании молотовых штампов (см. рис, 171).
Подготовительные ручьи. Продольная и поперечная штам-
повка осуществляется при использовании различных подготови-
тельных ручьев. Чтобы обеспечить высокую производительность,
Рис. 221, Типы подготовительных ручьев при штамповке в торец
(ручьи а—з расположены в порядке возрастания степени фасонпровки
для различных типов поковок) [109]
в прессовом штампе должно быть не более двух-трех ручьев
Поэтому при использовании кривошипных прессов не применяют
сложного фасонирования, а применяют с этой целью специализи-
рованные методы подготовки заготовок, особенно при поперечной
штамповке длинноосных поковок (см. § 1 гл, VII). При продоль-
ной штамповке на прессе (штамповке в торец) технологический
процесс включает полузакрытую осадку или осадку с образова-
нием глухих наметок (рис. 221), штамповку в черновом ручье
(только для поковок сложной формы) и чистовую штамповку.
При штамповке на кривошипных прессах технологический про-
цесс более сложный, чем при штамповке па молотах, это объяс-
няется относительно большей степенью фасонирования заготовок.
По этой причине свободная осадка как подготовительная опера-
ция нецелесообразна и редко применяется.
Кроме указанных выше подготовительных ручьев в прессовых
штампах, широко применяются ручьи для выдавливания металла.
Поперечная штамповка сопровождается значительным перераспре-
делением Металла вдоль оси заготовки, У молотовых штампов эту
задачу обычно выполняют протяжной и подкатной подготовитель-
383
ные ручьи, в которых деформация происходит за несколько уда-
ров переменной силы. При штамповке на прессе каждая подкатка
или протяжка в одном ручье могут быть совершены лишь ходами
пресса одинаковой величины. В более сложных случаях потре-
бовалось бы вместо одного протяжного или подкатного ручья
несколько таких ручьев, так как ход у пресса в процессе штамповки
постоянный. Поскольку более четырех ручьев (включая и чисто-
вой) в прессовых штампах применять не целесообразно из-за низ-
кой производительности и громоздкости сборного инструмента,
протяжку и подкатку на прессах обычно не применяют. Вместо
этих операций используют прокатку периодического профиля
или подготовку фасонных заготовок на ковочных вальцах, уста-
навливаемых обычно вблизи пресса. По условиям прокатного
производства штамповка заготовок периодического профиля эко-
номически выгодна в массовом и крупносерийном производствах
поковок; штамповка вальцованных заготовок — при средней
серийности производства поковок. В настоящее время прокат
периодического профиля находит все большее применение; напри-
мер, на автомобильных заводах штампуют поковки балки перед-
ней оси автомобиля, шатуны и многие другие детали. Следует
заметить, что прокатка и вальцовка фасонных заготовок сопровож-
дается большей равномерностью деформации, чем протяжка и
подкатка фасонных заготовок в штампах.
Для длинноосных поковок, штампуемых на прессах поперек
оси заготовки, применяют следующие ручьи: а) пережимной,
в котором за один ход пресса высота заготовки уменьшается,
поперечные размеры увеличиваются, незначительно увеличи-
вается длина и происходит некоторое фасонирование за счет не-
большого перераспределения металла вдоль оси; б) формовочный —
для фасонирования несимметричных поковок. В этих ручьях
деформация заготовки может быть совершена за один ход пресса;
указанные ручьи не отличаются от им подобных при штамповке
на молотах. Прессовые штампы для поперечной штамповки
имеют ручьи для черновой штамповки; в отличие от молотовых
штампов они могут иметь не один, а даже два черновых
ручья. Расчет и построение указанных подготовительных ручьев
производятся так же, как и при штамповке на молотах с указан-
ными изменениями в отношении уклонов, облойных канавок и
степени фасонирования заготовок.
Ниже рассмотрены примеры переходов при штамповке на кри-
вошипных прессах.
При отсутствии на поковке высоких и тонких ребер штамповка
в торец возможна в окончательном ручье после однократной осадки,
сопровождающейся, как правило, фасонированием для облегче-
ния заполнения ручья при меньшем (чем при молотовой штамповке)
облое. Если в процессе нагрева металла не приняты меры по
предотвращению окалннообразования, то перед штамповкой за-
384
готовка должна быть тщательно очищена от окалины, чтобы избе-
жать ее заштамповки в тело поковки.
Штамповка поковки с двумя полостями на прессе в открытом
штампе происходит следующим образом (рис. 222). После полу-
Рис. 222. Переходы при штамповке поковок втулки на кривошипном прессе
в открытом штампе
закрытой осадки (рис. 222, а) с ограничением течения металла
вблизи торцов заготовки (для лучшего распределения металла
в остальных ручьях) она передается во второй подготовительный
ручей 5рис. 222, б), где образуется наметка верхней полости по-
ковки, а затем в окончательный ру-
чей (рис. 222, в).
При штамповке поковок для шес-
терни за три перехода в закрытом
штампе (рис. 223) должны приме-
няться заготовки с повышенной точ-
ностью по объему. После штамповки
в первом осадочном ручье, в кото-
ром образуется фиксирующая по-
лость, заготовка поворачивается на
180° и переносится во второй подго-
товительный ручей. Для последую-
щей чистовой штамповки образова-
ние полости и пережим диска шесте-
рни производится инструментом
скругленной формы; по периферии
заготовка может свободно деформи-
роваться и принимать естественную
бочкообразную форму.
Окончательная Штамповка про-
исходит В чистовом закрытом ручье, Рис. 223. Штамповка поковок
поэтому венец шестерни имеет одно- шестерни в закрытом штампе
сторонний уклон (под углом 3°).
Вариант поперечной штамповки применительно к среднесерий-
ному производству представлен совместной штамповкой двух
шатунов в открытом штампе (рис. 224); шатуны расположены
рядом одинаковыми головками в разные стороны (валетом). Про-
цесс штамповки начинается с пережима заготовки прямоуголfa-
25 Я. М. Охрименко 597
385
йога сечения выпуклым бойком под углом примерно 120° к про-
дольной оси квадратной заготовки. При этом недеформированные
части заготовки смещаются относительно продольной оси заго-
товки и обеспечивают некоторое начальное перераспределение
металла.
В черновом, а затем в чистовом ручьях поковки шатунов окон-
чательно оформляются. При удалении облоя оставляют небольшие
перемычки, которые позволяют упро-
стить обрезной инструмент; соеди-
ненные между собой шатуны попарно
калибруются, что увеличивает про-
Рис. 224. Переходы при штам- Рис. 225. Переходы при штамповке шатунов
повке одновременно двух шату- из заготовок периодического профиля:
НОВ ИЗ прокатной заготовки Про- д _ заг(УГ()вка Получена продольной прокаткой;
стого Профиля: Б — заготовка получена поперечной прокаткой
3 — пережатая заготовка; 2 — чер-
новая: 3 — чистовая и 4 — обре- „
ванная поковки ИЗВОДИТеЛЬНОСТЬ ЭТОЙ Операции. Пб-
ремычки удаляют только перед меха-
нической обработкой. Шатуны, соединенные перемычками, пред-
ставляют собой более жесткую систему и не нуждаются в по-
следующей правке. Преимущество такого технологического
варианта становится очевидным при сопоставлении эпюр диамет-
ров для одиночной и сдвоенной валетом фигур поковок.
На рис. 225 приведены переходы при крупносерийной штам-
повке шатунов из проката периодического профиля, полученного
продольной А и поперечной Б прокаткой.
При использовании заготовок, полученных специализирован-
ными методами фасонирования, отпадает необходимость в эконо-
мически невыгодных малопроизводительных процессах фасони-
рования на основном оборудовании. При использовании специа-
лизированных методов фасонирования и, в частности, проката
388
периодических профилей производительность работы возрастает
в 2—2,5 раза [9 J. Производство поковок из проката периоди-
ческого профиля, получаемого методом продольной прокатки
(с образованием и удалением облоя в прокатных цехах), обходится
дороже производства поковок из обычного проката. Поэтому
указанный прокат применя-
ют только в тех случаях,
когда в крупносерийном или
массовом производствах по-
ковок нет возможности или
экономически нецелесообраз-
но применять установки для
поперечной прокатки фасон-
ных заготовок. Эти установки
малогабаритны и могут быть
расположены непосредствен-
но в кузнечных цехах. При
среднесерийном производстве
фасонирование, как уже ука-
зывалось, осуществляют на
ковочных вальцах, устанав-
ливаемых вблизи пресса.
В этом случае появляется
возможность фасонировать и
штамповать заготовки с од-
ного нагрева.
На рис. 226 приведены
переходы для спаренной
штамповки поковок поворот-
ных кулаков автомобиля из
квадратной заготовки (7),
отфасопированной (2) на ко-
вочных вальцах. Сложная
форма поковок при объеди-
нении двух поковок в одну
Рис. 226. Переходы I, IlwIII при штам-
повке поворотных кулаков автомобиля
из мерной заготовки (/), отфасонирован-
ной (2) на ковочных вальцах
немного упрощена для сов-
местной штамповки, которая
Осуществляется за три пере-
хода (формовочный /, черно-
вой II и чистовой III).
Этот технологический проце-сс обеспе-
чивает производительность 250 поковок в час вместо 70—90
поковок в час при раздельной штамповке кулаков на молотах.
Более сложен технологический процесс штамповки поковок
кривошипа передней подвески автомобиля (рис. 227), форма кото-
рых характеризуется двойным углом изгиба. Для того чтобы полу-
чить профиль заготовки, соответствующий эпюре диаметров,
которая строится для поковки р распрямленном состоянии,
25*
587
Звгытокц
Рис. 227. Переходы при штамповке
кривошипа передней подвески автомо-
биля из заготовки, отфасонированнон
в штампах горизонтально-ковочных ма-
шин (ГКМ)
используется специализированное фасонирование заготовки вна-
чале на ковочных вальцах (оттяжка конца), а затем с того же на-
грева на горизонтально-ковочной машине (высаживается бобышка
диаметром 65 мм).
Первый переход при штамповке на прессе усилием 24 500 кн
(2500 т) происходит в гибочно-формовочном ручье, в котором,
кроме двойного изгиба, заготовка получает форму, имеющую
некоторое приближение к форме
поковки; стержневые части за-
готовки из круглых превраща-
ются в эллиптические (в сече-
нии). Второй переход осуществ-
ляется в черновом, а третий — в
чистовом ручьях; после этого
следует горячая обрезка облоя
[на прессе усилием 1960 кн
(200 т]. Нагрев заготовки осу-
ществляется в 'индукционном
нагревателе. Поскольку это
происходит после высадки, то
нагрев фасонной заготовки тре-
бует индуктора специальной
формы, обеспечивающего раз-
личный подвод тепла к более
толстым и тонким участкам
заготовки.
При штамповке небольших
поковок относительный объем
облоя очень большой, поэтому,
используя принцип смежного
расположения поковок для сов-
местной штамповки, приходят
к экономически целесообразной
многоштучной штамповке с общим периферийным облоем (рис. 228).
При таком способе штамповки, кроме того, увеличивается про-
изводительность, хотя штамповка происходит на более тихоход-
ном (более мощном) прессе, чем раздельная штамповка мелких
заготовок.
Штамповка на кривошипных прессах в закрытых штампах
заготовок недостаточной точности по массе сопровождается пере-
грузкой и заклиниванием прессов, а также снижением стойкости
штампов. Чтобы предотвратить это (в тех случаях, когда нет воз-
можности повысить точность заготовок), используют штампы
с компенсаторами. Принцип компенсации неточности объема
заготовок состоит в том, что переменный излишек металла, харак-
теризующий недостаточную точность объема отдельных заготовок,
вытесняется при штамповке в дополнительную полость или от-
Ж
верстие в ручье и затем удаляется. Требования, предъявляемые
к компенсаторам, сводятся к тому, чтобы металл вытеснялся в нега
после заполнения углов ручья, причем удаление выдавленного
в компенсатор металла должно быть относительно простым.
Лучше всего, если это удается выполнить в процессе изготовления
поковки. Менее эффективно, если этот металл удаляется на стан-
ках при изготовлении деталей из поковок. Если же его прихо-
дится удалять обточкой по сложному контуру поковки, то кон-
струкция компенсатора считается неудачной. На рис. 229 приве-
Рлс. 228. Многоштучная штамповка коромысла клапана
дены схемы четырех типов компенсаторов и их разновидностей
в зависимости от формы поковок. Эти компенсационные устройства
предусматривают свободное истечение избыточного металла за-
готовки за пределы ручья. Металл, компенсирующий переменный
в каждой мерной заготовке избыточный объем, на рис. 229 зачернен.
Существуют следующие типы компенсаторов. Тип I — торцовые
компенсаторы, при которых избыточный объем металла получается
в виде конического или цилиндрического отростка (рис. 229, а)
или кольцевого наплыва у дна полости (рис. 229, б). Тип II —
внутренний компенсатор (рис. 230, в), обеспечивающий удаление
избыточного объема в. карман увеличенного объема, в котором
расположена перемычка (пленка), образованная в предыдущем
подготовительном ручье. Этот тип компенсаторов появился раньше
других и получил наибольшее распространение так как позволяет
удалить компенсированный металл вместе с пленкой при просечке
поковки. Тип III — кольцевые компенсаторы, расположенные
между матрицей и пуансоном (рис. 229, г), и внутренний (рис.
229, д) — широко применяется в отдельных странах (в частности,
во Франции), но менее рационален, так как требует обточки, а не
отрезки компенсированного металла. Тип IV — наружный кольце-
389
вой компенсатор облойного типа более сложен в эксплуатации,
так как требует приспособлений для предварительной, перед
штамповкой, жесткой посадки фиксирующей обоймы 3 (рис. 229, ё).
Течение металла в такой компенсатор аналогично образованию
облоя в открытых штампах; разница состоит в том, что высота
щели компенсатора постоянна в течение всего периода штамповки.
При использовании штампов с фиксирующей обоймой па прессах
двойного действия (типа вытяжных листоштамповочных) при-
л $
Рис. 229. Схемы штампов с различного типа компенсаторами, применяемыми
в закрытых штампах кривошипных прессов:
1 — нижний выталкиватель; ? — верхний выталкиватель; Л — фиксирующая обойма
менение указанного компенсатора не встречает затруднений. Для
применения его на обычных прессах необходимо особое устройство
штампа (см. рис. 239 и 279, е). Этот штамп можно рассматривать
состоящим из матрицы и пуансона и имеющим двойной разъем.
В данном случае один разъем штампа проходит по компенсатору,
причем нижняя часть штампа и фиксирующая обойма, находя-
щаяся на верхней части штампа, являются матрицей; остальная
часть верхнего штампа представляет собой пуансон, входящий
в полость матрицы и обеспечивающий деформацию металла.
Преимущества и недостатки каждого типа компенсаторов раз-
личны и зависят от конфигурации поковок и вида предварительного
фасонирования заготовок. Наиболее рационально, чтобы компен-
сатор примыкал либо к зоне затрудненной деформации (на участке
прилипания), либо к глухой части полости, где металл течет с пре-
390
одолением контактных сил трения на боковой поверхности по-
лости. Более точное положение компенсатора можно определить
при построении сеток линий скольжения. При этом компенсатор
Рис. 230. Переходы при штамповке шестерни в закрытом штампе с внут-
ренним компенсатором
Перею&Ш
—ангр-
должен примыкать к любой жесткой области металла (область
пластического равновесия) и по возможности быть удаленным от
пластической зоны.
На рис. 230 приведены технологические
переходы при штамповке поковки шестерен
с внутренней компенсацией избыточного
металла заготовки.
Если вытекание металла в компенсатор
невозможно обеспечить после того, как за-
полняется полость штампа, то применяют
противодавление (рис. 231). При этом верх-
ний или нижний выталкиватели не представ-
ляют собой жестких упоров, а монтируются
в виде пружинящей системы. Штампы с про-
тиводавлением могут применяться при всех
типах выталкивателей (рычажных, гидрав-
лических и пневматических) и для всех раз-
новидностей поковок, выталкиваемых с упо-
ром в тело поковки.
На рис. 232 приведен трехручьевой
Рис. 231. Схема за-
крытого штампа с при-
менениел! противодав-
ления при штамповке
стержневой поковки
штамп с кольцевым верхним выталкивателем,
объединенным с системой противодавления,
обеспечиваемой группой тарельчатых пру-
жин. В первом переходе осуществляется
фасонирование заготовки с образованием
фиксирующей полости. Затем заготовку поворачивают на 180°
и устанавливают на нижний знак чистового ручья (второй пере-
ход). В третьем — просечном ручье от поковки отделяется пленка.
Поковка с просечного пуансона в третьем ручье снимается пру-
жинным съемником. Пленка, отделенная от поковки, по наклон-
391
ному каналу удаляется вправо за пределы штампа. В чистовом
ручье система противодавления связана с механизмом верхнего
выталкивателя. Кольцо /, выталкивающее поковку, упирается
в концы стержней 2 (в данном случае их четыре), которые другими
своими концами упираются в пластину 3 выталкивателя. Пла-
стина 3 находится в выемке муфты 4, заплечики которой нажимают
на тарельчатые пружины 5 системы противодавления.
Рис. 232. Закрытый штамп с рычажным верхним вы-
талкивателем и пружинной системой противодавления
(на рисунке показано положение в конце рабочего
хода). Условно все ручьи /, И, III заполнены ме-
таллом (штриховка сеткой)
В некоторый момент процесса штамповки (поковка заштрихо-
вана сеткой) металл входит в кольцевую полость ручья и упирается
в кольцо толкателя. В дальнейшем металл может выдавливаться
в кольцевую полость только после преодоления сопротивления
сжатия пружин. Это дополнительное сопротивление выдавлива-
нию металла обеспечивает заполнение ручья; лишь только после
этого избыток металла заготовки выдавливается, сжимая пружины
соответственно объему излишка металла данной заготовки.
При обратном ходе ползуна пресса пружины через механизм
выталкивателя преодолевают силу, удерживающую поковку в
ручье, и поковка освобождается. Большие естественные уклоны
нижней части поковки способствуют свободному ее отрыву от
нижнего знака ручья; выталкиватель здесь не нужен.
Противодавление в закрытых штампах применяется для уве-
личения сопротивления вытеснению металла в компенсаторы при
332
чрезмерно большой утечке металла из ручья. Это сопровождается
незаполненном полости (см. а, рис. 231), особенно при штамповке
поковок сложной конфигурации. Противодавление может быть
использовано для «подпора» заготовки из малопластнчного ме-
талла, ужесточающего всестороннее сжатие металла, что дает
возможность штамповать даже такие хрупкие сплавы, как чу-
гун и т. п.
Рис. 233. Штамп кривошипного пресса с двумя разъемами:
2 — фасонировочный ручей; 2 и <3 - нижняя и осрхняя части мат-
рицы; 4 — прижимные устройства; 5 — пуансон
При штамповке на кривошипных прессах можно применять
штампы с двумя поверхностями разъема. Такие штампы исполь-
зуются для поковок сложной формы, например, типа крестовин
(рис. 233).
Для выдавливания металла в четыре отростка крестовины
фасонную заготовку, полученную в ручье 1, помещают в нижнюю
часть 2 матрицы, укрепленную в нижней части пакета штампа.
Часть матрицы, находящаяся в верхней части пакета, переме-
щается с помощью пружинных прижимных устройств 4 по по-
верхности пуансона 5, закрепленного неподвижно относительно
верхней части штампа. При движении ползуна пресса вниз верх-
няя часть матрицы 3 также движется вниз до соприкосновения
с нижней частью матрицы 2. При этом фасонная заготовка оказы-
вается в цилиндрической части полости. При дальнейшем движе-
нии ползуна пресса пуансон 5 входит в соприкосновение с заготов-
кой и выдавливает в горизонтальном направлении (боковое вы-
давливание) все четыре отростка крестовины. Избыточный металл
393
заготовки вытекает в компенсатор, выполненный в виде кольце-
вой щели и размещенный по периметру поковки (см. рис. 229, е).
Штамповка на кривошипных прессах позволяет увеличить
точность формы поковок (рис. 234), например, по сравнению с мо-
лотовой штамповкой. Поковка, отштампованная на прессе, во
многих случаях может быть
обработана не по всей поверх- w
пости. При штамповке на лрес- 588
сах затрачивается меньше энер- ж>
гни (рис. 235). Для сравнения цд
штамповки одной и той же по-
ковки в открытых штампах
были выбраны тихоходный '
пресс .усилием 1000 н (100 т)
и молот двойного действия с Лг
массой падающих частей 300 кг.
Усилия измерялись масдозой
и записывались на осциллогра-
фе. Кривая 1 характеризует г
Лдамй tjdaea 0,0025Sc&t
Рис. 234. Сравнение паковки, отштам-
пованной на молоте (левая половина)
и на кривошипном прессу (правая по-
ловина)
Рис. 235. Сопоставление эксперимен-
тальных кривых изменения усилия на
деформацию при штамповке на молоте
(за 4 удара) и па прессе (за 1 ход)
изменение усилия и соответствует экспериментальным данным
при значительном понижении температуры металла в условиях
штамповки на тихоходном прессе. Кривая 2 соответствует мень-
шему падению температуры металла при штамповке на прессах
нормальной быстроходности. Остальные кривые относятся к штам-
повке на молоте. Если судить по величине площади, ограниченной
кривыми, относящимися к штамповке на молоте (за 4 удара) и пло-
щади, ограниченной кривой, относящейся к штамповке на прессе
(за 1 ход), то работа деформации в последнем случае меньше
в ~ 2 раза.
Штамповка на фрикционных прессах. Свободный ход фрикцион-
ных прессов, так же как и у молотов, позволяет деформировать
394
Таблица 44
Г руппы
П1ТДМПОВЯ я-
НЫХ ПОКОВОК
Примерная конфигурация штампованных
поковок, входящих в даниую группу
Характеристика группы
IV
Штампованные поковки
стержневые с утолщением на
одном конце, изготовляемые
методом высадки
Полые штампованные поков-
ки, изготовляемые методом вы-
давливания и раздачи
Штампованные поковки
простой формы, получаемые в
открытых штампах
Штампованные поковки
с отростками, буртами и поло-
стями, изготовляемые в закры-
тых штампах с разъемными ма-
трицами
Штампованные поковки,
изготовляемые в открытых ги-
бочных штампах
395
металл в каждом ручье штампов за несколько ударов. Достигаемая
при этом дробная деформация может быть в сумме даже большей,
чем деформация кривошипного пресса, по усилию одинакового
с фрикционным. С другой стороны, фрикционные прессы не могут
развить ту же энергию, что и молоты с одинаковой массой падаю-
щих частей, так как скорость удара фрикционных прессов примерно
в 2 раза меньше, чем молотов (3—4 м/сек вместо 5—7 м/сек),
а энергия удара, как известно, пропорциональна квадрату ско-
рости. Фрикционные прессы характеризуются не массой падаю-
щих частей, а силой давления на металл.
Так как фрикционные прессы для горячей штамповки относятся
к группе машин средней мощности [самые крупные из них имеют
усилие -< 9800 кн (—1000 т) ] и не могут работать с большим
эксцентрицитетом нагрузок, то их наиболее целесообразно при-
менять для штамповки мелких и средних поковок типа тел враще-
ния и им подобных. Наибольшее распространение нашла продоль-
ная штамповка в открытых штампах, но применяется поперечная
штамповка, гибка, штамповка в закрытых, в том числе в разъем-
ных штампах, а также в штампах для выдавливания, раздачи
и т. и. Некоторые типовые формы поковок, штампуемых на фрик-
ционных прессах, приведены в табл. 44. Наличие большого ра-
бочего хода у этих прессов позволяет штамповать поковки отно-
сительно большой высоты.
Возможность использования нижнего выталкивателя значи-
тельно расширяет номенклатуру штампуемых изделий и позво-
ляет работать с небольшими штамповочными уклонами, а в разъем-
ных матрицах — даже без уклонов для полостей, попадающих
в плоскость разъема. Фрикционные прессы могут быть применены
и в качестве оборудования для правки поковок.
Конструкции штампов фрикционных прессов очень разно-
образны, в какой-то степени схожи с молотовыми цельноблочными
штампами и имеют много общего со сборными прессовыми колоноч-
ными штампами со вставками.
На рис. 236 приведен штамп с призматическими вставками 1
и 2 и клиновым их креплением 3 и 4, а также с диагонально рас-
положенными колонками 5 и 6. Этот штамп может быть использо-
ван для изготовления поковок разнообразной формы. Ниже при-
ведены габаритные размеры указанных штампов.
Усилие пресса в мм в "м U В ММ Масса в кг
в vtrt В /п
2500 250 344 500 500 424
4000 400 410 630 560 770
6300 630 430 710 630 1081
395
На рис. 237 показан составной штамп фрикционного пресса
для безоблойной штамповки осесимметричной поковки с глухой
полостью. Пуансон 1 клиновыми разъемными колодками 2 и коль-
цом 3 укрепляется на верхней плите штампа. Аналогично крепится
на нижней плите штампа матрица 4. Матрица опирается на под-
кладку 5, охлаждаемую водой через впускной штуцер 7 и выпуск-
Рис. 236. Штамп (с призматиче-
скими вставками) фрикционного
пресса
Рис. 237. Составной закрытый штамп
(с круглыми вставками и внутренним
охлаждением) фрикционного пресса
ной штуцер 8. Эта система охлаждения штампов обеспечивает
их высокую стойкость в условиях напряженного режима работы.
Конструкция штампов, имеющих нижний выталкиватель 6, ближе
к прессовым штампам. На фрикционных прессах применяются
также штампы с двумя плоскостями разъема (рис. 238). Произво-
дительность работы на таком штампе небольшая из-за сложности
сборки и разборки, производимых после штамповки каждой по-
ковки .
Для точной штамповки на фрикционных прессах используются
те же средства, что и для штамповки на других прессах. На рис. 239
показан штамп для горячего выдавливания сложной поковки из
предварительно отфасонированной заготовки. Процесс осущест-
397
вляется по схеме, при которой используется кольцевой компенса-
тор (см. рис. 229, е). При опускании верхнего штампа 2 обойма 1
достигает своего нижнего положения и приходит в соприкоснове-
ние с нижним штампом 3 еще до конца рабочего хода. При этом
скосы на обойме упруго раздвигают стопоры-съемники 4, которые
удерживают обойму 1 в процессе штамповки в положении, показан-
ном на рис. 239. В части рабочего хода, равной происходит
выдавливание поковки из заранее отфасонированной заготовки
(фланец со стержнями по обеим его сторонам). Избыток металла
Рис. 239. Штамп с кольцевым ком-
пенсатором для выдавливания
Сложной поковки
Рис. 238. Закрытый штамп (с
разъемной матрицей) фрикцион-
ного пресса;
! — разъемная матрица; 2 — пуап*
сан; 3 обойма; 4 — выталкива-
тель матрицы; 5 — поковка
поступает в кольцевой компенсатор, напоминающий облойную
щель, но отличающийся от нее тем, что имеет постоянную высоту
в течение всего периода деформации металла в ручье.
На обратном ходу стопоры-съемники 4 удерживают в неподвиж-
ном состоянии обойму 1 и поковку, при этом штамп 2 поднимается
на величину \Н. Поковка отделяется от стенок полости верхнего
штампа, затем обойма 1 увлекается штампом 2 вверх, причем сто-
поры-съемники 4 упруго раздвигаются. Поковка, оставшаяся
в полости нижнего штампа, снимается клещами и передается
к обрезному прессу.
§ Б. ОБРЕЗНЫЕ И ПРОСЕЧНЫЕ ОПЕРАЦИИ
Появляющийся при штамповке в открытых штампах на моло-
тах и прессах облой удаляют обычно в обрезных штампах на кри-
вошипных прессах. При штамповке поковок деталей с отверстиями
получаются пленки, удаляемые одновременно с обрезкой облоя
или раздельно (последовательно).
398
Рабочий инструмент и схема процесса обрезки. Схемы обрезки
облоя и удаления пленок приводятся на рис. 240. Применяемые в
обоих случаях штампы состоят из пуансона 1 и матрицы 2, причем
каждый штамп обычно имеет только по одной режущей кромке с.
Инструмент для удаления облоя имеет режущую кромку на ма-
трице, а для удаления пленки — на пуансоне. Место среза па
поковке прилегает непосредственно к режущим кромкам соответ-
ствующей части инструмента. Части штампов, не имеющие режу-
щих кромок, выполняют роль толкающих или опорных деталей
и получают форму в соответствии с конфигурацией поковок по
месту соприкосновения с ними.
Рис. 240. Схемы обрезки заусенцев (а) и удаления пле-
нок (б) с поковок
На практике используют горячую и холодную обрезку. Горя-
чая обрезка осуществляется непосредственно после штамповки
на прессе, входящем в состав штамповочного агрегата. Это при-
водит к экономии энергии, расходуемой на обрезку. Хотя усилие
при горячей обрезке в 5-—6 раз меньше усилия при холодной об-
резке, все же этот способ имеет недостатки, связанные с менее
рациональным использованием площади основного цеха, тогда как
при холодной обрезке обрезные прессы можно установить в дру-
гом, вспомогательном помещении батарейным способом.
Значение операции обрезки в технологическом процессе неоди-
наково при штамповке на молотах и прессах.
Штамповка за несколько ударов в каждом из ручьев на молоте
требует в 2—3 раза больше времени, чем обрезка облоя за один
ход на кривошипном обрезном прессе, поэтому последний обычно
используется непроизводительно (на 40—50%). При штамповке
в многоручьевых штампах на прессах более быстроходных, чем
обрезные, узким местом иногда становятся обрезные прессы, по-
скольку время, необходимое на обрезку облоя и просечку пленки,
в отдельных случаях больше времени, необходимого для штам-
повки. Горячая обрезка необходима при штамповке поковок из ле-
гированных и высокоуглеродистых сталей, для того чтобы предот-
вратить появление трещин на поковках при холодной обрезке.
Поковки с большой площадью среза целесообразно обрезать
399
тельность при холодной оорезке
Рис. 241. Конструкция и крепление
простейшего обрезного штампа
в горячем состоянии, чтобы не устанавливать обрезные прессы
очень большой мощности. Поковки небольших размеров, но тонкие
подвержены короблению при горячей обрезке и поэтому подлежат
холодной обрезке, которая в таких случаях не требует больших
усилий и обычно не сопровождается последующей правкой по-
ковок.
При холодной обрезке можно использовать линии (батареи)
прессов, расположенных в невысоких помещениях. Производи-
на таких линиях прессов значи-
тельно выше, чем при горячей;
прессы используются более
рационально, в связи с чем
общее количество обрезных
прессов в цехе уменьшается.
При холодной обрезке короб-
ление поковок незначительно,
подгонка обрезного инструмен-
та проще, чем при горячей об-
резке. Для уменьшения усилия
холодной обрезки ее можно
производить после первичной
термической обработки поковок
(отжига). Однако термическая
обработка поковок, не подверг-
нутых обрезке, обходится до-
роже из-за снижения произ-
водительности термических
печей.
Конструкция простейшего обрезного штампа (рис. 241) следую-
щая. Пуансон 1, закрепленный клином в ползуне пресса, и
матрица 2, закрепленная клином в башмаке 3, составляют обрез-
ной инструмент. Крепление башмака к столу 4 пресса произво-
дится с помощью накладок (прихватов) 5 и болтов 6, головки кото-
рых проходят в пазах стола 4 пресса. Пазы имеют Т-образную
форму и в данном случае пересекают стол пресса по диагонали.
В некоторых конструкциях прессов эти пазы пересекаются под
прямым углом и параллельны сторонам стола. Башмак 3 имеет
выгребное а и провальное окна, последнее совпадает с рабочим
отверстием в матрице 2. Для обрезки поковку устанавливают так,
чтобы она опиралась на матрицу облоем, который после обрезки
остается на кромке матрицы, а поковка проваливается и выни-
мается через окно а.
Если стол пресса имеет отверстие, то применяются низкие
башмаки с провальным окном. Обрезанные поковки проваливаются
под стол пресса на транспортер или в ящик.
Матрицы. Обрезные матрицы бывают цельными или состав-
ными, что определяется в основном условиями их изготовления,
40D
восстановления и термической обработки (рис. 242). Составные
матрицы применяют для обрезки крупных поковок независимо
от их формы (рис. 242, а) и для поковок сложной конфигурации
в плоскости обрезки независимо от их размера (рис. 242, б). Цель-
ные матрицы (рис. 242, в) применяют преимущественно для мел-
ких и средних по размеру поковок типа тел вращения.
Рис. 242. Типы обрезных матриц:
I — отверстия для прижимных и 2 — для упорных болтов
При изготовлении составных матриц отковка и фрезерование
их частей значительно упрощаются. Рабочую часть сплошных
матриц с круглым отверстием подвергают токарной обработке.
На рис. 243 представлены формы режущих кромок К матриц. Режу-
щая кромка, выполненная под углом 90°—(ЗО'н-10), применяется
у составных матриц (рис. 243, п). Цельные матрицы (рис. 243, б)
имеют режущую кромку под прямым углом, но провальное от-
верстие и в этом случае имеет уклон, исключающий возможность
застревания поковки в матрице после обрезки облоя. Возвышение,
имеющееся на верхнем обрезе матриц, обеспечивает плотное
26 Я. М. Охрименко 697 401
прилеганиеоблоя к матрице, даже если облой был несколько искрив-
лен при передаче поковок от места штамповки к месту обрезки.
При наличии этого возвышения шлифование режущей кромки
значительно упрощается.
Износ матрицы заключается в затуплении их режущих кромок. Для увели-
чения срока службы матриц их режущие кромки восстанавливают. В промыш-
ленности для восстановления обрезного инструмента применяются обработка
резанием, наплавка слоя металла с последующим восстановлением формы режу-
щей кромки обработкой резанием или абразивной обработкой. По первому спо-
собу для восстановления составной матрицы (рис. 243, а) при затуплении режущей
кромки А можно снять слой металла толщиной и вдоль всей конической поверх-
ности провального отверстия матрицы. Для того чтобы размеры отверстия ма-
трицы не изменялись, необходимо также снять слой металла толщиной а с каждой
части матрицы в месте их стыка. При использовании сплошной матрицы
(рис. 243, б) в случае затупления режущей кромки А восстановление заключается
в шлифовании слоя металла толщиной а с торцовой поверхности матрицы. Для
того чтобы диаметр провального отверстия не увеличивался, некоторая часть
грани этого отверстия имеет вертикальные стенки (5—10 мм), переходящие затем
в наклонные. Для восстановления составных матриц можно сошлифовать их
с торца, если это не приведет к значительному увеличению диаметра отверстия
матрицы. Этим объясняется то, что уклон провального окна у них выполняется
под меньшим углом (30'—1° вместо 3—5°). Описанный способ восстановления
матриц осуществляют после их термической обработки.
Исправление обрезного инструмента наплавкой металла или твердого сплава
применяют в случае его капитального ремонта. Долговечность инструмента при
наплавке твердыми сплавами во много раз возрастает, но обработка наплавлен-
ных кромок до недавнего времени была затруднительной.
В настоящее время эту задачу успешно решают с помощью электроискровой,
алмазной и других видов обработки. Применяется также электронаплавка рабо-
чих кромок легированной сталью. Стойкость таких штампов ниже твердосплав-
ных, но обработка их легче. Более простой способ ремонта заключается в подсадке
обрезного инструмента ковкой и в по-
следующем образовании режущей
кромки (как при изготовлении новых
матриц).
Для уменьшения усилия
обрезки и обеспечения более
плавной нагрузки пресса при-
меняют матрицы со скошен-
ными режущими кромками
(рис. 243, в). Чтобы избежать
появления горизонтальных сил,
количество скосов может соот-
Рабочий жй?
Рис- 244. График «усилие—рабочий
ход» при обрезке облоя в матрице:
1 — с прямой и 2 — со скошенной режу-
щей кромками
ветствовать любому четному
числу. Уклон режущих кромок
выполняют под углом (X = 3-ь6°.
При обычной обрезке облоя
график «усилие—рабочий ход»
показан на рис. 244 (кривая 1).
При наличии скосов режущей кромки график (кривая 2) харак-
теризуется максимальным усилием обрезки меньшей величины,
т. е. Р2 < Pi, при этом рабочий ход увеличивается. Работа,
402
затрачиваемая на резку, в обоих случаях примерно одинакова.
При укладке поковки на матрицу с волнистой режущей кром-
кой облой прилегает к матрице только в тех местах, в которых
возвышается режущая кромка, все же это обеспечивает устойчи-
вое положение поковки в процессе ее обрезки.
Форма матриц, используемых для удаления пленок (перемычек)
с поковок, видна на рис. 240, б. Эти матрицы не имеют режущих
кромок и являются опорными — центрирующими деталями
штампа. Поэтому обычно
матрицы имеют полость, со-
ответствующую форме поков-
ки, и отверстие для прохода
пленок, отделенных от по-
ковок.
Пуансоны. В штампах
для обрезки облоя пуансоны
играют роль толкателя, пере-
дающего усилие на ПСКОВ- р^с. 245. Форма пуансона обрезного
ку, находящуюся на матрице. штампа для поковки ступенчатого валика
Обрезной пуансон должен
прилегать к поковке, чтобы избежать сосредоточения нагрузки
и местного смятия поковки. Так как износ основного и обрез-
ного штампов неодинаковый, размеры поковок имеют допуски,
и температура обрезки поковок колеблется в некоторых
пределах, необходимо принимать меры, обеспечивающие плот-
Рис, 246. Обрезные пуансоны различной формы
ное прилегание пуансона к поковке. Размеры пуансона в местах
его соприкосновения с цилиндрическими частями поковки выбира-
ются по ее номинальным размерам. Так как в переходных сече-
ниях поковки будут иметь место наибольшие отклонения размеров
(вследствие износа по радиусам закруглений выступов основного
штампа), то в этих местах на обрезном пуансоне следует пре-
дусмотреть зазоры Л, которые должны быть немного большими,
чем допуск на соответствующие размеры поковок (рис. 245).
Различные формы пуансонов приведены на рис. 246. В слу-
чаях /, II и III пуансон не погружается в отверстие матрицы и
требования к зазорам между матрицей и пуансоном опреде-
403
26*
ляются условиями плотного прилегания пуансона к поковкам.
Если штамповочный уклон поковки не превышает 15°, то пуансон
может иметь плоский торец с выемкой (рис. 246, 1а) или с высту-
пом (рис. 246, 16) в середине торца. В случае большего уклона и
при круглых сечениях поковки, чтобы избежать деформации по-
ковки, пуансон должен охватывать и боковую ее поверхность
{II и III). Если облой расположен у торца поковки, то обрезной
инструмент для обеспечения качественной обрезки должен иметь
две режущие кромки (на пуансоне и матрице — тип IV). В этом
случае пуансон входит в отверстие матрицы и величина зазора -|
должна быть равна 15% от толщины облоя h. Чтобы обеспечить
центральное расположение пуансона в процессе такой обрезки,
применяют штампы с направляющими колонками.
Просечные пуансоны выполняются с режущими кромками и
размерами, соответствующими номинальным размерам отверстия
в поковке. Торец пуансонов имеет обычно плоскую форму; исклю-
чение составляют пуансоны для просечки пленок с утолщениями
из-за наличия в штампах фиксаторов (см. рис. 230). При большом
диаметре пленок в середине торца пуансона целесообразно иметь
выемку, которая упрощает восстановление режущих кромок
за счет снятия некоторого слоя металла со стороны их торца. Для
уменьшения усилия, необходимого для удаления пленки, просеч-
ные пуансоны могут иметь скосы, так же как матрицы при об-
резке облоя.
Дефекты при обрезке облоя и пленок. При обрезке облоя сосед-
ние участки металла не должны подвергаться даже незначитель-
ным остаточным деформациям, в противном случае поковка полу-
чает искривление (и нуждается в добавочной операции — правке)
или смятию, приводящему к браку.
Большое количество дефектов поковок связано с неодинаковым
износом основного и обрезного штампов, что приводит к необходи-
мости производить наладку пресса для обрезки отдельно для каж-
дой партии штампуемых поковок. Неодинаковая усадка поковок
и недостаточная точность размеров инструмента еще более это
усугубляет. При чрезмерном увеличении размера поковки по
месту разъема штампа она не входит в провальное окно матрицы
и при проталкивании часть штамповочных уклонов срезается
вместе с заусенцем (в некоторых случаях этим методом пользуются
для удаления напусков). Напротив, при увеличенном зазоре между
матрицей и поковкой по контуру поковки остается часть облоя,
втянутого в зазор.
Остатки облоя и пленок в виде заусенцев по периметрам об-
резки должны быть небольшими. Наибольшая величина их ого-
ворена ГОСТом 7505—55 (табл. 45).
При обрезке облоя поковка может получить смятие, если пло-
щадь соприкосновения поковки с пуансоном окажется недоста-
404
точной и напряжения на контактной поверхности превзойдут
сопротивление деформации прежде, чем напряжения у облоя
достигнут сопротивления срезу.
Необходимая площадь контакта пуансона с поковкой Fti должна
удовлетворять следующему соотношению:
л /г
‘fl >
где иер — сопротивление
туре обрезки;
осм — сопротивление
срезу материала поковки при темпера-
смятию поковки при температуре об-
резки;
П — периметр обрезного
Таблица 45
отверстия матрицы;
h — толщина облоя.
Если поковка имеет форму,
неудобную для ее фиксации
в матрице, то при укладке обыч-
но получается смещение оси по-
ковки относительно оси ручья;
при большом смещении поковки
она с одной стороны срезается,
а с другой на ней остается часть
облоя. Этого часто удается из-
бежать, если в обрезном штампе
принято взаимно обратное рас-
положение пуансона и матри-
цы; при этом перед обрезкой
Допустимые размеры остатков облоя
и пленок в мм (на сторону)
после их удаления на поковках
с различной точностью размеров
Масса поковок в кс
Группы точ-
ности разме-
ров поковок
' II I 111
Свыше 0,25 до 0,63 0,5 0,6 1,5
» 0,63 » 1,60 0,8 0,8 2,0
» 1,60 » 2,50 1,0 1,0 2,5
» 2,50 » 4,00 1,2 1,2 2,7
» 4,00 » 6,30 1.3 1,5 3,0
» 6,30 » 10,00 1,5 1,6 3,5
поковку помещают на пуансон,
который находится внизу в неподвижном положении. При таком
расположении деталей штампа необходимо предусмотреть верх-
ний выталкиватель для поковок, застревающих после обрезки
внутри матрицы.
При обрезке поковок, имеющих двутавровое полотно (например,
стебель шатуна и др.), трудно добиться одновременного прилега-
ния пуансона к полкам и к перемычке таврового сечения. Это
явление усугубляется отклонениями размеров поковок после
штамповки, например, недоштамповкой поковок. При обрезке
таких поковок часто получается искривление полок. Для умень-
шения указанного влияния отклонения размеров поковок пуансон
следует изготовлять по номинальным размерам ручья, используя
для подгонки рабочей поверхности пуансона контрольную от-
ливку чистового ручья штампа.
Приведенные случаи относятся к наиболее простым, так как
рассматривались поковки, отштампованные в штампах с прямой
линией разъема. Много осложнений возникает в процессе обрезки
при ломаных и кривых линиях разъема штампа. Необходимо,
403
чтобы профиль облоя в плоскости линий разъема штампа не имел
углов, близких к прямому; чем больше этот угол, тем легче обре-
зать облой. Кроме того, обрезку облоя легче осуществить, если
он не проходит по торцу поковки.
Пример упрощения условий обрезки (рис. 247, а) относится
к поковке, имеющей Г-образное сечение. При штамповке в штампе
с линией разъема /—I качественной обрезки не получается;
поковки идут в брак по неровному срезу и смятию углов. При
увеличении угла между участками разъема (линия разъема II—II)
и одновременном перенесении облоя с ребра на грань поковки
обрезка получается качественной.
Рис. 247. Изменение линии разъема основного штампа для получе-
ния нормальной обрезки облоя
В другом случае при штамповке с одновременной гибкой и
формовкой поковка П-образного сечения имеет облой, расположен-
ный под прямым углом к линии разъема штампа I—I (рис. 247, б).
Обрезка облоя в этом случае затруднена, а при недостаточно
массивной поковке в процессе обрезки происходит искажение ее
формы. В подобных случаях целесообразнее, чтобы линия II—II
разъема была не под прямым углом, а под углом 110—120°. Окон-
чательная гибка при этом может быть осуществлена на обрезном
пресее (в специальном штампе) после обрезки облоя.
Упомянутые выше искривления поковок при горячей обрезке
во многих случаях происходят по той причине, что сопротивление
смятию или изгибу поковки, имеющей высокую температуру
(700—750эС), меньше, чем сопротивление срезу облоя, имеющего
более низкую температуру (ниже 600° С). Если в этих условиях
пуансон недостаточно плотно прилегает к поковке, то в начале
обрезки получается смятие или искривление поковки.
Дефекты, появляющиеся при обрезке, во многих случаях,
можно устранить правкой (для устранения изгиба) или обточ-
кой на наждачном станке (для удаления остатков облоя), но это
406
сопряжено с дополнительными затратами средств и времени.
Смятие поковок Вызывает их окончательный брак.
Для того чтобы избежать появления дефектов, необходима
тщательная подгонка рабочего инструмента перед штамповкой
каждой партии поковок.
При обрезке пленок могут также появиться дефекты; из них
наиболее часто встречающиеся — искривление и несоосность среза
пленки.
Обрезные штампы. Схема обрезного штампа была приведена
на рис. 241. В зависимости от размера закрытой высоты штампо-
вого пространства обрезного пресса и от теплового режима
процесса обрезки применяют высокие или низкие башмаки штампов;
для горячей обрезки — преимущественно высокие башмаки с вы-
гребным окном. В таком штампе поковка не получает забоин
при выпадении из провального окна. Конструкции обрезных
штампов различаются по крепежным деталям рабочего инстру-
мента, а также по наличию или отсутствию съемников, направляю-
щих колонок и некоторых других деталей.
Крепление пуансонов. Пуансоны обрезных штампов крепятся
непосредственно к ползуну пресса или через переходные плиты.
Существует много разновидностей крепления пуансонов, из них
наиболее широкое применение получили следующие конструкции.
Клиновое крепление (рис. 248, а), осуществляемое по типу крепле-
ния молотовых штампов, применяется для холодной и горячей
обрезки поковок удлиненной формы. Это крепление простое по
устройству и падежное в работе. Для поковок, штампуемых в торец,
применяется крепление пуансона к переходной плите (рис. 248, б)
с помощью кольцевого пуансонодержателя 1 болтами 2. Пуансон
при использовании такого крепления характеризуется простотой
конструкции и удобством в монтаже и демонтаже. Подобное кре-
пление применяется чаще всего для просечных пуансонов.
Конструкция крепления пуансонов с хвостовиками стопорными
винтами 3 (рис. 248, в), проходящими через съемную нажимную
колодку 4, закрепляемую, в свою очередь, сквозными болтами 5,
характеризуется простотой в изготовлении и надежностью в экс-
плуатации. В этом случае пуансон удерживается в гнезде силами
трения от нажимной колодки и стопорным винтом.
Для снижения стоимости пуансонов, трудных в изготовлении,
в случаях обрезки поковок сложной конфигурации (например,
поковок шатуна) применяют пуансоны, соответствующие форме
поковки, без специальной крепежной части (рис. 248, г). Для
крепления пуансона б служат зажимные колодки 7, которые одно-
временно используются для крепления пуансона к переходной
плите пресса. Такая конструкция пуансона удобна, так как по-
зволяет использовать его с двух сторон.
Крепежные гнезда ползунов рассчитаны на наибольшие воз-
можные габаритные размеры пуансонов для данного пресса,
407
поэтому в отдельных случаях для уменьшения размеров крепеж-
ных частей пуансонов применяются переходные детали из недо-
рогостоящей стали между ползуном и пуансоном.
Рис. 248. Различные способы крепления пуансонон
обрезных штампов
Крепление матриц, В большинстве конструкций обрезных
штампов применяются два основных способа крепления матриц.
Для цельных или состоящих из двух частей матриц У применяют
Рис. 249. Крепление обрезных матриц
крепление клином 2 в башмаке 3 (рис. 249, а). При этом поло-
жение матрицы регулируют с помощью прокладок.
Другая разновидность крепления (винтами, рис. 249, б) при-
меняется для матриц, состоящих из двух и более частей. Крепление
матрицы 4 к башмаку 6 осуществляется винтами 5. Стопорные
408
болты 7 служат для фиксации положения матриц при наладке
инструмента.
Если матрица имеет два или несколько разъемов во взаимно
перпендикулярных плоскостях, то для ее регулирования служат
стопорные болты 7, расположенные в двух взаимно перпендику-
лярных направлениях.
Для возможности регулирования отверстия в матрицах имеют
овальную форму (см. рис. 242).
Рис. 250. Конструкция съемников обрезных штампов
Крепление матриц штампов для удаления пленок аналогично
описанному выше. Кроме рассмотренных креплений матриц, при-
меняются и некоторые другие (см. рис. 250, д).
Съемники. При обрезке облоя в тех случаях, когда пуансон
погружается в матрицу, облой остается на пуансоне. Во всех
случаях при просечке пленок на пуансоне остаются поковки,
Для снятия с пуансонов облоя и поковок применяют специальные
съемники, по конструкции они разделяются на верхние и нижние,
жесткие и подвижные.
Простейший нижний съемник жесткой конструкции выполнен
в виде съемных Г-образных лап I, укрепленных на башмаке
штампа (рис. 250, а).
Лапы работают на изгиб в тот момент, когда застрявший облой
снимается с пуансона. Более совершенной является конструкция
нижнего жесткого съемника на распорных трубках (рис. 250, б).
Длинные болты 2 проходят через трубки 3, на которых укреп-
ляется плита (съемник 4) с отверстием для прохода пуансона.
409
При необходимости это отверстие может служить для пуансона
направляющим. Съемник может быть использован для поковок
большой и небольшой высоты при изменении расстояния hc между
съемником и матрицей. Для поковок большой высоты, но при малой
закрытой высоте пресса, приходится применять нижний жесткий
съемник на пружинах (рис. 250, е). Когда происходит рабочий ход,
то в какой-то момент ползун пресса встречает на своем пути съем-
ник и опускает его в процессе обрезки облоя; при этом пружины
сжимаются.
На обратном пути ползуна, прежде чем облой упрется в пла-
стину 5 съемника, последняя вернется в исходное положение
под действием пружин 6, после чего съемник начинает работать
как обычный — жесткий.
Если нижний съемник мешает установке поковок, то можно
использовать верхний съемник (рис. 250, г). Съем облоя происхо-
дит при обратном ходе ползуна. Съемная плита 7 передвигается
к торцу пуансона пружинами <?, снимая при этом застрявший
на нем облой.
Верхний пружинный съемник можно выполнить в виде компакт-
ных стержней 9, действующих от пружин 10 (рис. 250, 5). Три или
четыре стержня свободно сталкивают облой, при этом конструк-
ция штампа не усложняется, а штамповое пространство пресса
не загромождается. При холодной обрезке облоя вместо пружин
верхнего съемника можно использовать толстые резиновые под-
кладки (рис. 250, е).
Если облой сложного контура застревает на пуансоне, то
для облегчения удаления его разрезают ножами, укрепленными
на пуансоне. Для предотвращения затупления ножей при их со-
прикосновении с матрицей и для упрощения наладки режущая
кромка ножей поднята относительно режущей кромки пуансона
на величину, равную величине погружения пуансона в матрицу
плюс толщина облоя. Следовательно, каждый второй облой про-
двигается к ножу и рассекается им на части.
На одном заводе при штамповке коленчатых валов ножами
такой конструкции облой рассекался в восьми местах и удалялся
по частям.
Тилы обрезных штампов. Различают следующие разновид-
ности обрезных штампов: простые, последовательные и комбини-
рованные. Бывают также штампы с высокими (для горячей обрезки)
и низкими башмаками (для холодной обрезки), с колонками и
съемниками и без них.
Простые обрезные штампы предназначены только для удаления
облоя или пленки и были рассмотрены при описании обрезного
рабочего инструмента (см. рис. 241 и 250). Ниже рассмотрены неко-
торые специальные конструкции штампов.
Обычная конструкция штампа для горячей обрезки имеет
недостаток, связанный с тем, что при падении поковки после об-
410
резки тонкие ребра или выступы искажаются, что вызывает до-
полнительную операцию — правку. В некоторых случаях по-
ковка может иметь настолько тонкие части, примыкающие к об-
лою, что она изгибается в процессе обрезки. На рис. 251 показан
штамп для обрезки таких поковок. В башмаке 1 устанавливается
пружина 2, которая действует на выталкиватель 3 с полостью,
соответствующей форме поковки. Выталкиватель 3 смещается
Рис. 251. Обрезной штампе выталки-
вателем
относительно матрицы 4 при
сжатии пружины 2. Рабочая
часть 5 пуансона прикрепляется
болтами к крепежной его части 6.
После обрезки поковки 7
с очень тонким полотном облой
8 остается на пуансоне, в связи
с чем штамп должен быть снаб-
жен съемником (на рис. 251 не
показан). Поковка, опущенная
внутрь матрицы, поднимается
до ее верхнего уровня выталки-
вателем 3 при обратном ходе
пресса. Для того чтобы обеспе-
чить необходимые зазоры между
пуансонами и матрицами обрез-
ных штампов, необходимо точ-
ное направление движущихся частей штампов. Наиболее совер-
шенным в этом отношении являются штампы с колонками, ана-
логичные штампам, применяемым для штамповки на прессах.
Последовательные штампы. Если, кроме удаления облоя, не-
обходимо выполнить еще какие-либо операции над поковкой
(удаление пленки, правку, гибку), то они могут быть выполнены
последовательно на штампах, стоящих рядом, или в общем штампе
на одном и том же прессе. Обычно более двух операций на одном
обрезном прессе не совершают. Общий штамп, в котором пооче-
редно выполняются две операции, называют последовательным
штампом. Для удобства изготовления и наладки штампов рабочие
вставки для каждой операции крепятся и регулируются самостоя-
тельно. Указанные операции могут быть осуществлены одновре-
менно для двух поковок, размещенных в двух рабочих вставках.
Для одновременного совершения двух операций потребуется
пресс, развивающий большее усилие. При этом за каждый
ход пресса получается готовая поковка, обработанная за две опе-
рации.
Комбинированные штампы. Сущность комбинированного
штампа заключается в одновременном совершении нескольких
(обычно двух) операций — обрезки и просечки в одном ручье.
Если поковка имеет большую массу, то перекладка ее из обрезного
ручья в просечной требует значительной затраты физического
411
труда, устраняемого при применении комбинированных штампов.
Если необходимо ускорить обработку поковки, то следует также
использовать комбинированные штампы.
Комбинированный штамп для одновременной обрезки облоя
и удаления пленки показан на рис. 252. В башмаке / штампа,
кроме матрицы 2, установлен просечной пуансон 3 с режущей
Рис. 252. Комбинированный штамп для
обрезки облоя в удаления пленки (при-
меняется выталкиватель, действующий от
закрепленных тяг)
кромкой.
Обрезной пуансон 4 внут-
ри имеет полость, в которую
может свободно входить уда-
ляемая пленка. Поковка
(штриховка в клетку) уста-
навливается на матрицу 2
и опирается на просечной
пуансон 3. После обрезки
поковка проваливается и
попадает на седло 5, нахо-
дящееся на коромысле 6,
свободно охватывающем про-
сечной пуансон 3 (показано
внизу рисунка). Концы коро-
мысла 6 сопряжены с тягами
7, позволяющими ползуну
пресса опускаться при не-
подвижном положении коро-
мысла. При обратном ходе
пресса тяга 7 с коромыслом
6 выталкивает поковку за верхний обрез матрицы. Для прохода
кромысла в башмаке штампа имеется сквозной паз.
Описанная конструкция комбинированного обрезного штампа
неудобна из-за наличия громоздких тяг, уменьшающих доступ
в штамповое пространство при верхнем положении ползу-
на пресса. Ниже приведена конструкция комбинированного
обрезного штампа, в котором указанный недостаток исключен
(рис. 253).
В нижней плите / штампа закреплен пуансон 2 и пружинный
нижний съемник 3 облоя Б. В верхней плите 4 штампа размещены
обрезная матрица 5, противник 6 и толкающий съемник 7, за-
крепленный в траверсе 8. К основным деталям механизма вытал-
кивателя поковки относятся шарнирные тяги 9 (левая и правая),
закрепленные в петлях 10 и удерживаемые вертикально пружи-
нами 11, которые упираются в планки 12. Тяги 9 одним концом
упираются в рычаги 13 со скосами; эти рычаги закреплены в верх-
ней плите штампа винтами 14.
В данном случае показано нижнее положение штампа, когда
поковка А уже отделена от облоя Б и пленки В. Поковка устанав-
ливается на съемник 3 (при верхнем положении ползуна пресса),
4)2
удерживаемый в поднятом положении пружинами 15 и лапами 16,
При опускании плиты 4 происходит обрезка облоя Б между режу-
щими кромками матрицы 5 и пуансона 2 и просечка пленки В
между режущими кромками полого пуансона 2 и противника 6.
При этом рычаги 13 отодвигают нижними скосами тяги 9 и проска-
кивают в прорези этих тяг, которые возвращаются пружинами 11
в исходное положение. При подъеме плиты 4 съемник 3 извлекает
облой, а траверса 8, упирающаяся в выступ рычагов 13, снимает
Рис. 253. Комбинированный штамп для обрезки облоя и уда-
ления пленки (применяется выталкиватель, действующий
от разъединяемых тяг)
поковку А с противника 6 при помощи выталкивателя. Через не-
которое время рычаги 13 верхними скосами упираются в выступы
тяг 9 и, отклоняя их в стороны, проходят вверх. Основное преиму-
щество этого штампа заключается в том, что его работа не зависит
от величины хода ползуна, а сам штамп свободно регулируется
при свободном доступе к его деталям.
Обрезные операции часто совмещают в конце хода с правкой
поковок. Чтобы избежать перегрузки обрезных прессов при обжа-
тии поковок переменной (в пределах допусков) высоты, матрицу
для правки устанавливают на мощных тарельчатых пружинах.
§ 6. ШТАМПОВКА НА ГОРИЗОНТАЛЬНО-КОВОЧНЫХ МАШИНАХ
Особенности штамповки на горизонтально-ковочных машинах.
Штамповку на горизонтально-ковочных машинах осуществляют
в открытых и закрытых штампах. Типичным процессом для штам-
413
повки на горизонтально-ковочных машинах является многоручье-
вая высадка в закрытых штампах х.
Основным отличием штампов горизонтально-ковочных машин
является наличие двух взаимно перпендикулярных разъемов
(рис. 254). Основной разъем проходит между пуансоном, который
закреплен в блоке 1 пуансонов, и матрицей, расположенной в бло-
ках матриц, — неподвижном 2 и в подвижном 3. В начале процесса
пуансон и обе половины матрицы находятся в разомкнутом со-
стоянии (положение /, рис. 254). Пруток металла диаметром £)0
вкладывается в неподвижную часть матрицы до упора 4, положе-
ние которого отрегулировано так, что в полости матрицы оказы-
вается участок прутка необходимой длины Lu. Затем включают
машину на рабочий ход: при этом подвижные части штампов
приходят в движение в следующем порядке. Прежде всего в рабо-
чее положение становится подвижная часть матрицы, находящаяся
в блоке 3 (положение II). Это обеспечивает плотный зажим прутка
на длине после чего упор 4 отходит, а пуансон приходит в со-
прикосновение с прутком металла. При дальнейшем движении
пуансона производится высадка свободной длины Ьй прутка;
при этом заготовка приобретает форму полости ручья (положе-
ние III).
При обратном ходе машины из полости матрицы удаляется
пуансон с блоком I, затем отходит блок 3 с частью матрицы, после
1 Как и при ковке, операция высадки при штамповке состоит в осадке части
прутка независимо от места расположения деформируемого участка прутка
(на конце или на некотором расстоянии от него).
414
чего становится в исходное положение упор 4 и штамповщик может
вынуть ив ручья пруток с высаженным концом. Такой порядок
передвижения частей инструмента обеспечивается кривошипной си-
стемой главного хода и кулачковой системой бокового хода маши-
ны, которые схематически изображены на рис. 254. На рис. 255, а
показан рабочий инструмент и силы, действующие на заготовку.
Заготовка укладывается в ручей до упора (положение 1). В поло-
жении 11 в момент зажатия прутка возникают боковые силы N,
1 Ц 2
Рис. 255. Схема действующих сил (а) и график
«усилие — рабочий ход» при высадке (б):
1 — пуансон; 2 — неподвижная часть матрицы; j — под-
вижная часть матрицы; 4 — упор
которые вызывают силы трения Т, удерживающие пруток при
последующей высадке его конца усилием Р пуансона (Т = Р).
В положении III сила Р имеет максимальное значение, но это
не требует увеличения сил трения Т для удержания прутка в за-
жатом состоянии, так как образовавшееся утолщение на конце
прутка упирается в заднюю стенку ручья. График «усилие—рабо-
чий ход» при высадке (рис. 255, б) имеет ярко выраженный макси-
мум в конце хода пуансона. Штамповка обычно осуществляется
в нескольких ручьях штампа, расположенных вертикально по вы-
соте блоков. Высадочный штамп имеет два-три ручья и в исключи-
тельных случаях четыре-пять в зависимости от длины деформируе-
мой части прутка и сложности конфигурации поковки.
Штамповка от прутка является наиболее целесообразным
типовым процессом высадки без предварительной разделки прут-
415
ков па заготовки. При необходимости на горизонтально-ковочных
машинах можно штамповать и мерные заготовки с упором заднего
конца (задним упором). Наличие разъема у матриц позволяет не
применять штамповочные уклоны на стенках ее полости в тех слу-
чаях, когда глухая полость ручья попадает в разъем. Высаженные
поковки со сквозными отверстиями можно получить без особых
трудностей. Точность высаженных поковок более высокая, чем,
например, точность поковок при штамповке на молотах, за счет
лучшего направления движущихся частей штампов и постоянства
величины хода горизонтально-ковочных машин. Штампы с про-
странственным разъемом позволяют получать такие формы поко-
вок, которые невозможно получить в рассмотренных ранее штам-
пах (рис. 256, а).
Рис. 256. Поковка двубортного ролика, полученная в штампах с двумя плоско-
стями разъема (а), в открытом (б) и в закрытом (в) с одной плоскостью разъема
При сравнении потерь металла на механическую обработку,
в облой и на пленку при различных способах штамповки двуборт-
ного ролика (рис. 256) легко убедиться в преимуществах штампов
с пространственным разъемом (потери металла заштрихованы
в клетку). Однако этот вид штамповки имеет некоторые недостатки,
которые сводятся к следующему. При штамповке на горизон-
тально-ковочных машинах получаются отходы металла на зажим
прутков. Эта разновидность штамповки может быть применена
преимущественно для поковок, штампуемых в торец. Изменение
диаметра прутков при штамповке одной и той же поковки сопря-
жено с заменой штампа.
Условия высадки в один переход. Как и в других многоручье-
вых штампах, ручьи штампов горизонтально-ковочных машин
разделяются на подготовительные и окончательные. Форма окон-
чательных ручьев определяется формой поковки в соответствии
с ее чертежом. При торцовой штамповке на вертикальных маши-
нах предварительные операции заключались в осадке и в формовке
главным образом для придания заготовке устойчивости при обра-
ботке в последующих ручьях. При штамповке на горизонтально-
ковочных машинах вследствие плотного зажима прутка имеет
место большая устойчивость заготовок, чем у свободно осаживае-
мых заготовок. В лабораторных условиях зажатый в матрице
образец небольшого размера, имеющий перпендикулярно сре-
занный торец, может быть высажен в холодном состоянии в го-
ловку любого необходимого конечного диаметра при длине дефор-
мируемой части прутка Lo = 3,2 (рис. 257, а) *. Однако в произ-
водственных условиях при косом торце пруток такой длины не
удается высадить в симметричную головку. По нормали одного
из отечественных заводов при наличии косины торца не более 6°
наибольшая выступающая длина прутка, чтобы избежать продоль-
ного изгиба и образования складки, составляет Lo < 2 Do
(рис. 257, б). Угол косины, равный более 6°, при высадке нежела-
телен, так как если складка и не образуется, то волокнистость
Рис. 257, Условия высадки в один переход
металла получается несимметричной. При указанных условиях
высадки (см. рис. 257, й) можно получить поковку с конечным
диаметром любой величины, если только это допускает пластич-
ность металла. Эти условия остаются одинаковыми для прутков
различных диаметров и для любых температур штамповки. Если
пуансон имеет знак для образования полости, то длина высадки
за один ход машины принимается несколько меньшей, чем было
указано выше. Чтобы обеспечить симметричную деформацию,
применяют коэффициент однопереходной высадки п’ -- La: Do <
< 2,0-н 2,5. Для определения возможности высадки поковки
за один переход, согласно приведенному соотношению между дли-
ной и диаметром прутка, можно воспользоваться объемным соот-
ношением
* Величина La — 3,2JP0 экспериментально установлена Г. Н. Лотоцкнм
в кузнечной лаборатории Московского института стали и сплавов.
27 Я. М. Охрименко 5!)7 417
и» имея в виду, что Lo
n'D0, получим
(75)
Если принять во внимание, что масса поковки G равна произ-
ведению объема заготовки па плотность Уу, получим
- Р0-1Х^7.
u г пуп
(75')
На рис. 258 показан график, по которому можно определить,
какие диаметры прутка можно применить для поковок заданной
массы или объема при высад-
Рис. 258. Зависимость диаметра заготовки
от массы или объема покозки
ке за один ход. Чем меньше
коэффициент однопереходной
высадки п = тем боль-
ше диаметр прутка, из кото-
рого штампуется данная по-
ковка за один переход.
Кривые разделяют поле
графика на две области.
Область, лежащая выше кри-
вых, соответствует высадке
поковки за один переход.
Если в соответствии с разме-
рами поковки необходим
диаметр прутка меньшей ве-
личины, чем необходимо по
Ручьи для набора металла.
кривым, то перед формовкой
следует применить специаль-
ный ручей, называемый на-
борным.
Назначение наборных ручьев --
получить заготовку большего диаметра пригодную для после-
дующей высадки поковки за одну операцию. Продольный изгиб
заготовки ограничен стенками наборного ручья. В штампах гори-
зонтально-ковочных машин можно осуществлять набор металла
в пуансоне (рис. 259, а), в матрице (рис. 259, в), а также частично
и в пуансоне, и в матрице (рис. 259, б). Получающаяся форма
высадки соответствует форме ручья. Набор металла предпочти-
тельнее осуществлять в пуансоне, так как при наборе в матрице
может образоваться пепредусмагриваемый заусенец по месту
ее разъема и между пуансоном и матрицей.
Для набора металла общая длина заготовки может быть зна-
чительно больше n'D0, но чтобы избежать образования складок
при продольном изгибе заготовки, диаметр полости штампа не мо-
жет быть произвольно большим. Чем больше длина высадки, тем
418
меньше допустимый диаметр ручья для набора металла. При на-
боре металла в пуансоне для облегчения заполнения ручья и извле-
чения из него высаженной заготовки применяют полости пуансона
конической формы.
Экспериментально установлено, что больший диаметр кони-
ческой полости de, не может превышать диаметра заготовки Вп
более чем в 1,8 раза. На практике отношение d(5 : Do принимают
1,5 при меньших величинах La
равным 1,25 при £(1 ЮО0 и
(но при Ао ^>n'D0). Меньший
диаметр конической полости
dM, исходя из условий запол-
нения полости принимают не-
сколько большим номинального
размера прутка (dM — 1,050 u).
При увеличении dK объем ко-
нической полости возрастает,
но увеличивается и возможность
изгиба прутка. Поэтому величи-
ну dM можно принимать больше,
чем указано выше, при относи-
тельно малых значениях Lo:Do.
Например, при Lo : D0=4 dM =
= l,5D0t если db С 1,800.
Если конусная форма пере-
хода нужна не в связи с тре-
бующейся формой поковки, а
как средство набора металла,
то соотношение размеров d6 и dM
принимают исходя из макси-
мального объема полости с уче-
том изгиба прутка. Например,
при dM~ 1,25О0 и d6 = 1,5Оп
(см. рис. 259) объем конической
Рис. 259- Форма ручьев для набора
металла
полости глубиной /п составит
уп - (</б + £ + d6d*) - 1,48 (76)
Полагая, что объем заготовки равен объему поковки, а послед-
ний равен объему конической полости пуансона, получим
откуда
4 - 0,537.о. (77)
Экспериментально установлено, что при указанных соотноше-
ниях размеров свободная длина прутка LehK < 2,5D0 (во избе-
жание продольного изгиба и образования складок на поковке),
27* 419
поэтому Ln ~ ln — 2,5D0, или Lo — O,53Lo = 2,5D0, откуда
Lq = 5,3D o', при этом
/„ -2,8D(). (77')
Аналогичным путем при d6 = 1,5D0, dM = l,05Do и при
Lehli = 2,5D0 получим Ln = 6,4D0, откуда
/„ = 0,61Ln. (78)
Эти соотношения получены Н. В. Гусевым па основании экспе-
риментальных данных и могут быть использованы при построении
конических ручьев. Им же проверены условия высадки заготовок
длиной Lo > 10 Do, причем оказалось, что в этих случаях вели-
чина L^IC может достигнуть 3D0.
А. Д. Томленое показал, что условие осадки заготовки без обра-
зования складок заключается в том, что наибольший допустимый
Эксцентрицитет действующей силы не должен превышать некоторой
определенной величины Если иметь в виду, что направления
продольного изгиба различны, то возможно установить круг ра-
диусом г = Iq, через который должно проходить направление
силы при высадке прутка с допустимой величиной продольного
изгиба. Называя этот круг пластическим ядром сечения,ГА. Д. Том-
ленов установил, что радиус его г — /0 0,2 Do. Условия вы-
садки, допускаемой за одну операцию,'-установлены ."величиной
k < 1,2 + 0,2я,
но не более 3,
где k = — относительная длина высадки;
/Л»
л относительная длина всей заготовки, подлежащей
высадке.
Зная величину k, нетрудно установить относительную глубину
полости пуансона
i = ----- п — k.
Расчетную длину заготовки находят при делении объема по-
ковки на поперечное сечение прутка:
Чтобы избежать переполнения ручья из-за колебаний размеров
заготовки, объем ручья увеличивается на 5—6%.
Для упрощения расчетов при определении размеров ручья
построена диаграмма (рис. 260), на которой по оси абсцисс отло-
жена величина с = Если dM 1>D0, то с = если же
й-и Do
dM — -Ос, то с - По оси ординат отложена величина k —
= = ± n__i. Пучок кривых соответствует заготовкам
Da Uo
различных относительных длин п = 4ч-14 188].
Пример расчета конического ручья. По объему горячей поковки с учетом
увеличения объема ручья на 5—6% (во избежание его переполнения) определено
L 100 мм при Do 20 льи.
Рис. 260. Соотношения размеров при конической высадке
(по А. Д, Томленову)
Расчет, произведенный по формуле (78) при de = 1,5D, da= l,O5Do
, г, юо
и Lo : Da = = 5,0, дает
1п -= 0,61 Lu = 61 мм;
'mc = Ao — 1ц 100 — 61 — 39 мм;
dg = 1,5DO = 1,5-20 = 30 мм;
dM = 1,05-20 = 21 мм;
dCP = 25 5
Следующий ручей может быть окончательным, так как
/„ : dcp - 61,0 : 25,5 = 2,4,
т. е. меньше предельного п'. По А. Д. Томленову расчет производят:
1о ЮО
"“57 = -й- = 5'°'
По диаграмме (рис. 260) находим точку пересечения луча п. — 5 с граничной
кривой, которой соответствуют величины k = 2,2 и с = 1,65 (этот случай расчета
показан на диаграмме штрихпунктирными Лидиями),
421
Тогда при dj = cD0 = 1,65-20 = 33,0 находим
dM = l,05Do = 1,05-20 ~ 21 мм;
kDq — 2,2-20 -- 44 мм; in == Dq ^),
ln = (5 — 2,2)-20 - 56,0 мм; dcp = 33’°+ 21,0 = 27,0 мм;
Следующий ручей может быть окончательным, так как
Рис. 261. Различные положе-
ния поковки в штампах гори-
зонтально-ковочной машины (го-
ризонтальный разрез штампа
в плане):
1 — неподвижная часть матрицы;
2 — подвижная часть матрицы;
J — пуансон
in : dcP = 56,0 : 27,0 - 2,07,
т. е. меньше предельного п.
Расчет по методу А. Д. Томленова дает
возможность получить набор большей вели-
чины.
Если при расчете получается,
что после конической высадки /ге >
>/1'^, то необходимо для набора пре-
дусмотреть второй ручей, который
рассчитывается по средним размерам
конуса 1„ и dcp = . Количе-
ство наборных ручьев в отдельных
случаях может достигнуть четырех
(например, при высадке поковок кла-
панов).
Формовочные ручьи. В зависимс-
сти от объема поковки и выбранного
диаметра исходного прутка операция
формовки может быть осуществлена
непосредственно от прутка (при
£0 < n'Do) или с применением пред-
варительного набора металла (при
Lft'^>n'Da). Чем сложнее конфигу-
рация поковки, тем за большее число
операций происходит ее формовка.
Операции формовки осуществляются
в матрице (рис. 261, а), в пуансоне
(рис. 261, б) или частично в матрице
и в пуансоне (рис. 261, в).
Положение основной плоскости
разъема на рис. 261 обозначено
линией 7—7, а дополнительной пло-
скости разъема, проходящей через
матрицу, — линией — /7—77, Фор-
мовка в разъемной матрице (рис. 261, а) позволяет осуществлять
штамповку без уклонов. Но получаемая при этом точность
меньше, чем при штамповке в пуансоне (рис. 261, б), так как сме-
щение частей матрицы относительно друг друга приводит к иска-
жению формы поковки.
422
как на точность последних
Допуски на размеры поковки зависят от положения плоскостей
разъема штампа. Так, размеры ha и hs могут быть более точными,
чем размер he, граничащий с плоскостью разъема штампа /—/.
Допуск на общую высоту поковки Нк берется одинаковым во всех
трех случаях, показанных на рис. 261. Допуск на размер D6
меньше, чем на размеры Da и De, Tai
влияет смещение частей матриц по
плоскости разъема II—II.
Формовка в пуансоне обеспечи-
вает полное соответствие формы по-
ковки и полости, но при этом необхо-
димы штамповочные уклоны (I—2е),
приводящие к напускам металла.
В зависимости от необходимой
точности отдельных размеров и фор-
мы поковок применяют то или иное
расположение полости. На рис. 261, а
показана штамповка в закрытом
штампе, а на рис. 261, б, в—в
штампе открытого типа.
Штамповка в открытых штампах
поковок сложной формы из прутков
обычной точности без достаточной
подготовки в подготовительных ручь-
ях сопровождается появлением облоя
в плоскости I-—I. Этот облой уда-
ляется в обрезном ручье штампа (по
типу обычных обрезных) на этой же
машине.
Процесс формовки чрезвычайно
разнообразен в связи с большим
количеством различных поковок,
получаемых на горизонтально-ковоч-
ных машинах. В отдельных случаях
формовка сопровождается только вы-
садкой металла (рис. 262, а), высад-
кой и прошивкой с образованием
глухой полости (рис. 262, б) и высадкой с выдавливанием
(рис. 262, в) с образованием в полости пуансона выступа, диаметр
которого меньше диаметра исходного прутка (d£ -<D0).
Если форма поковки требует того, чтобы высадка (набор или
формовка) осуществлялась на некотором расстоянии I от конца
прутка, то для недеформируемой части прутка предусматривают
в пуансоне соответствующую полость А (рис. 262, е).
При необходимости высаживать пруток на большом расстоянии
от его конца деформируемая часть прутка не может быть разме-
щена в пуансоне. В этих случаях применяют скользящие матрицы
423
Рис. 262. Различные схемы вы-
садки:
/ — неподвижная и 2 — подвижная
части матрицы; 3 — пуансон
Рис. 263. Высадка в скользящих
матрицах:
а — начальная и б — конечная стадии
(разрез в плане)
(рис. 263). Задние части блоков матриц 1 и 2 зажимают пруток
силами N х на длине Ls. В передних частях этих блоков разме-
щаются скользящие ползушки 3 и 4 с полостями матриц и допол-
нительным зажимным ручьем на участке Д3. Таким образом, пру-
ток оказывается зажатым по обе
стороны подлежащего высадке
участка Lx. При нажатии пуансона
5 на пруток или на скользящие
части матриц они перемещаются
на величину 1\ при этом происхо-
дит деформация на участке прутка
Lt. При обратном ходе пуансона
после разжатия матриц скользя-
щие их части возвращаются в ис-
ходное положение с помощью
пружин 6. Одновременно с высад-
кой в скользящих матрицах можно
осуществлять высадку на конце
прутка (на длине La). В скользя-
щих матрицах можно также выса-
живать одновременно несколько
утолщений (рис. 264).
Если высадка находится не на
конце прутка и не может быть
выполнена за один переход, то
перед формовкой осуществляют набор металла в нескольких
скользящих матрицах. На рис. 265 приводится пример высадки
за четыре операции, из которых три первых наборные, а четвер-
V *
Рис. 264. Одновременная высадка четырех утолщений, три
из которых получаются в скользящих матрицах;
I — код скользящей матрицы; Lt, Lt, Ls — исходные длины вы-
садки; а —скользящие ласти матрицы (вид на правый блок матрицы)
тая — формовочная. Для лучшей центровки заготовки последу-
ющие ручьи размещены попеременно в скользящей и в несколь-
зящей частях матриц.
Операции формовки обеспечивают получение окончательных
размеров и формы поковок, поэтому объем и размеры полостей
424
формовочных ручьев соответствуют «горячим размерам» поковки.
На рис. 266 приведены кривые изменения усилий при высадке по-
ковки с фланцем и полостью в наборном и формовочном ручьях.
Так как объем полости наборного ручья больше объема металла,
предназначенного для высадки, то кривая усилия достигает в конце
хода пуансона всего 705 кн (72 т). При высадке конуса образуется
наметка полости, облегчающая ее образование в следующем фор-
мовочном ручье. Вследствие заполнения металлом формовочного
ручья усилие резко возра-
стает и достигает в конце
рабочего хода пуансона
4070 кн (415 т). При штам-
повке в закрытом штампе
с большим избытком объе-
ма металла конечное уси-
лие может превысить до-
пустимую величину, т. е.
произойдет перегрузка ма-
шины.
Прошивные ручьи. На-
значение прошивки состоит
в образовании полостей у
поковок с глухими или
сквозными отверстиями.
Прошивка называется глу-
бокой, если глубина про-
шиваемой полости значи-
тельно больше диаметра
заготовки. Для глубокой
Рис. 265. Набор и формовка металла в мно-
гопереходных скользящих матрицах:
я —скользящая часть матрицы (вид на неподвиж-
ный блок матриц); — ход скользящей матрицы;
М, L5h La и I-* — исходные длины высадки пе-
реходов J, 2, 3 и 4
прошивки применяются
пуансоны различной формы (рис. 267, а) в зависимости от тре-
буемой формы дна полости поковки, вида последующей операции
и соотношения размеров заготовки (Lo : £)0).
По мере внедрения рабочей части пуансона в металл усилие
прошивки возрастает (рис. 267, б) до положения I, на кривой соот-
ветствующего полному погружению рабочей части пуансона в ме-
талл. На некотором участке диаграммы до положения II усилие
примерно одинаковой величины. На конечном участке диа-
граммы до положения III наблюдается резкий подъем кривой
усилия, что соответствует формовке поковки в замкнутой полости
штампа.
Для нормального протекания процесса прошивки необходимо,
чтобы диаметр пуансона drl не был слишком большим по сравне-
нию с диаметром Во. Если d„ = £)0, то имеет место процесс осадки.
Прошивка осуществляется при dn : Dn < 0,75. На практике при-
нимается dn : Do < 0,5-е 0,6. Пои ап — 20 мм не обеспечивается
достаточная стойкость пуансона из-за быстрого его разогрева.
425
Рис. 266. График усилий при высадке (по В. И. Залесскому):
а — угол поворота кривошипа вала машины
Рис. 267. Форма прошивных пуансонов (а) и соответствующий
график «усилие—рабочий ход» при глубокой прошивке (б)
426
Осадка в процессе прошивки более вероятна вначале. Чем
больше величины dn : Do и Lo : Da, тем более вероятна осадка при
прошивке. При Lo :7?о >3 происходит продольный изгиб заго-
товки.
В результате осадки заготовка может оказаться настолько
низкой, что при дальнейшей прошивке в штампе начнется процесс
обратного выдавливания металла между пуансоном и матрицей.
Выдавливание металла при прошивке наблюдается и при отсут-
ствии осадки, если длина заготовки меньше длины поковки.
д — утнжина, косина торца к разностенность прошитой поковки;
б - прошивка заготовки с опорным утолщением; в — прошивки заго-
товки с компенсирующим утяжку утолщением и опорным буртом
При осадке заготовка укорачивается, при выдавливании удли-
няется, а при радиальной раздаче металла длина ее не изменяется.
Поэтому для прошивки может быть использована заготовка, длина
которой равна длине поковки, длиннее или короче ее. Осуществить
процесс прошивки путем радиальной раздачи металла удается
только в заготовках при небольших отношениях Lo : и : Do.
Если длина заготовки равна длине поковки, то при невыполнении
указанных условий сначала будет осадка заготовки, а затем вы-
давливание.
Плоский пуансон в конце хода обеспечивает обычно наимень-
шие усилия прошивки и создает благоприятные условия для по-
следующей просечки дна.
При глубокой прошивке имеет место «утяжка» металла
на участке, смежном с местом погружения в нее пуансона
(£, рис. 268, а). Утяжка появляется лишь в начале прошивки,
когда рабочая часть пуансона внедряется в металл. При даль-
нейшей прошивке утяжка остается постоянной.
Для устранения утяжки приходится осаживать поковку или
механически удалять некоторый слой металла со стороны торца
поковки, что усложняет и удорожает процесс. На рис. 268, а
427
показаны разностенность и косина поковки, появляющиеся вслед-
ствие смещения пуансона или заготовки в сторону. Это особенно
заметно при большой длине заготовки и наличии скоса на ее торце.
Чтобы обеспечить устойчивость заготовки в процессе прошивки, на
ней по диаметру ручья предварительно высаживают опорное
утолщение (рис. 268, б). Для устранения утяжипы, косины и раз-
ностенности на торце заготовки образуют бурт с компенсирую-
щей выпуклостью (Г на рис. 268, в). Этот бурт способствует
радиальной раздаче металла при прошивке. Если бурт не нужен
на детали, то его удаляют обрезкой подобно облою в обрезном
ручье.
При большой глубине прошивки вследствие значительной за-
траты работы маховик горизонтально-ковочной машины расхо-
дует много накопленной энергии, при этом резко падает число
оборотов, что может вызвать остановку машины. Поэтому глубо-
кую прошивку осуществляют в многоручьевом штампе, подразде-
ляя ее на несколько операций в соответствии с допустимой работой
за каждый ход машины.
Для расчета количества’ручьев приводим следующий пример. Для глубокой
прошивки поковки подсчитана необходимая работа (по площади графика «уси-
лие-рабочий ход»), равная 578 кдж (18 200 кГ-м).
По данным каталога работа, обеспечиваемая горизонтально-ков очной ма-
шиной, Р — 2940 кн (300 т) за один ход при 10%-ном торможении соответствует
88 кдж (9000 кГ-м). При высадке можно допустить уменьшение числа оборотов
маховика на 30%. Энергия, отдаваемая маховиком, может быть установлена из
следующего соотношения:
/lao ^-п%0 ’
где Д1о — работа маховика при 10%-ном торможении 88 кдж (9000 кГ-м)-,
Лзо— то же при 30%-ном торможении (искомая величина);
Пн— номинальное число оборотов маховика (950 об/л«ня);
Пц — число оборотов маховика в минуту при 10%-ном торможении; л10 =
— 950—0,1 -950 = 855 об/лш«;
пзо — то же ПРИ 30%-ном торможении;
/гю = 950 — 0,3-950 — 665 об!мин\
тогда
Л3(1 = -дэда —^55^ (950s — 055s) = 24 100 кГ -м (236 кйж).
С учетом к. и. д. шатунно-кривошипного механизма ц 0,4 получаем полез-
ную работу 24 100-0,4 = 9640 кГ-м. (94,6 кдж). При сравнении необходимой ра-
боты с той, которую может выполнить машина, находим число ручьев для глчбо-
„ 178 / 18 200 \ „
кой прошивки - 1 да - )<; 2; принимаем, что должно быть два ручья.
Практически глубина прошивки не превышает трех-четырех -
кратной величины диаметра полости. Обычно вначале прошивку
осуществляют более заостренными и тонкими пуансонами для
уменьшения утяжки и создания более благоприятных условий
для радиальной раздачи металла.
428
Если при прошивке используют пуансоны одинаковых разме-
ров, то в каждом последующем ручье применяют пуансоны с мень-
шим продольным уклоном для уменьшения потерь на трение.
Таким образом, па горизонтально-ковочных машинах штампуют
снарядные стаканы и подобные им поковки.
Если поковка должна иметь очень тонкие стенки, а отношение
Л0 : Do значительно меньше 3, то заготовку, прошитую в обычных
условиях, протягивают сквозь кольцо (рис. 269, а) или применяют
прямое выдавливание (рис. 269, б) в одном из ручьев горизонталь-
но-ковочной машины.
Рис. 269. Утонение стенки про-
шитых заготовок
Рис. 270. Просечка дна 'поковок и ва-
рианты этой операции (разрез в плане)
Просечной и обрезной ручьи. Для поковок со сквозными отвер-
стиями после формовки или глубокой прошивки полости необхо-
дима просечка донной части. Эта операция совершается в просеч-
ном ручье (рис. 270, а), в котором пруток свободно размещается
в матрице, упираясь высаженной частью (штриховка сеткой)
в нож с режущей кромкой 1. Поковка установлена в соответствую-
щей полости штампа матрицы, которая обеспечивает направление
пуансона с плоским торцом и режущей кромкой 2. В начале про-
цесса просечки под действием силы Р пуансон сминает все увеличи-
вающийся по мере своего продвижения кольцевой слой металла
(указан условной штрихпупктирной линией). В некоторый момент
сопротивление срезу по кольцу высотой ha и диаметром d0 стано-
вится меньше сопротивления смятию металла и происходит про-
сечка поковки. При этом
(4 — > ^d^iaacp.
График «усилие—рабочий ход» при просечке представляет
собой кривую с максимумом аналогично графику при резке ме-
талла на ножницах (см. рис. 10) или при обрезке облоя.
<129
Для обеспечения нормальной просечки поковок (рис. 270, б)
необходимо, чтобы диаметр прутка D' был меньше диаметра по-
лости dn на величину нормального зазора при резке металла но-
жами 5% от Л J. На практике не всегда удается выдержать
это соотношение, в связи с чем прибегают к следующим приемам.
Если формовку удобно осуществлять из прутка меньшего диаметра,
чем диаметр полости (Dq <Z dj, то применяют формовку с утолще-
нием прутка (рис. 270, в). Если необходимо штамповать поковку
из прутка большего диаметра, чем диаметр полости Di} dn (боль-
шой объем поковки и малый диаметр отверстия), то применяют
пережим прутка (рис. 270, г). Для отчетливого заполнения наруж-
ных радиусов полости штампа у дна поковки размер h0 стараются
получить по возможности небольшим, что уменьшает усилие про-
сечки. Просечной ручей аналогичен ручью для удаления пленок
(см. рис. 240, б).
Обрезной ручей. Если штамповка на горизонтально-ковочных
машинах происходит в открытом штампе, то для четкого заполне-
ния ручья приходится допускать образование облоя. Обрезку
облоя осуществляют в одном из ручьев штампа. Объем облоя,
получающегося при штамповке от прутка, меньше, чем при штам-
повке мерных заготовок за счет более значительного выдавлива-
ния металла в зажимной ручей. В штампах горизонтально-ковоч-
ных машин облойных канавок из-за малого объема облоя не при-
меняют. Образующийся плоский облой удаляют в обрезном ручье,
конструкция которого выполняется по схеме обычного обрезного
инструмента.
Ручьи для трубных заготовок. Горизонтально-ковочные ма-
шины удобны для обработки труб, особенно при большой их длине,
когда высадка на этих машинах является единственно возможным
способом получения фланцев и утолщений на конце труб. На прак-
тике широко применяют высадку труб для большого количества
разнообразных трубных поковок (рис. 271). Увеличение внутрен-
него и наружного диаметра трубы (рис. 271, а) можно получать
за счет утонения трубы и без него. При необходимости можно полу-
чить фланец (рис. 271, б), утолщение внутрь (рис. 271, в), а также
утолщение, выступающее наружу и внутрь трубы (рис. 271, а).
Инж. А. Н. Дунаев экспериментально установил допустимые
соотношения размеров у трубных заготовок, которые могут быть
использованы при расчете переходов высадки труб.
1. При высадке на концах трубы (рис. 273, б)
hp (0,25т-0,5) 6 (где 6 = "^e!i можно получить фланцы
диаметром = (2-ь2,5)
2. При hp с 0,75d„ и Dp < V + 0,75djw утолщения
на концах труб можно высаживать в две операции: первая —
430
высадка внутрь трубы до d„ > (рис. 273, в) и вторая —
увеличение внутреннего диаметра до исходного deti и наружного
диаметра до заданного размера Оф (рис. 273, б).
3. При кф >0,754 и °ф < V(Р 0,75d*K высадка трубы
должна осуществляться в три операции, две из которых наборные.
Уменьшение внутреннего и увеличение наружного диаметров
трубы можно осуществить одновременно. Однако последователе
пая высадка (сначала внутрь, а затем снаружи) протекает в более
благоприятных условиях. При необходимости конец трубы может
быть высажен и в коническом пуансоне (рис. 271, д).
Ручьи для операций, совершаемых подвижной матрицей. В рас-
смотренных выше ручьях деформации осуществлялись силой
основного кривошипного механизма машины. У горизонтально-
ковочных машин деформации осуществляются также силой, раз-
виваемой при боковом ходе подвижной матрицы. Рассмотрим соот-
ветствующие ручьи.
Пережимной ручей. Для уменьшения в каком-либо
месте поперечного сечения заготовки (например, для обеспечения
нормальных условий просечки поковок, см. рис. 270, а) служит
пережимной ручей. Пережим прутков осуществляют боковым
перемещением пережимных матриц. Механизм бокового хода
горизонтально-ковочных машин может быть использован только
для сравнительно небольших деформаций, которые достаточны
для пережима прутков. Чтобы избежать вытеснения металла между
вставками для пережимных матриц и последующего образования
зажимов на поковках, допускается пережим с круга на круг за
один ход машины не более чем на 5% по диаметру. Пережим боль-
шей величины осуществляется в двух или трех ручьях с кантовкой
431
? г
Пне. 272. Конструкция овального пере-
жимного ручья:
/ — неподвижная и 5 — подвижная части
матрицы
прутка на 90D. Эту операцию выполняют в овальных ручьях
(рис. 272), и только последний пережимной ручей имеет круглую
форму. Рядом с высадочной полостью матрицы диаметром dM
размещается пережимная часть ручья. Часть ручья диаметром d
относится к зажимному ручью. В месте пережима (малая ось
овала d3) металл перемещается частично вдоль оси прутка, а час-
тично вдоль большой оси овала в уширение, которое в этих усло-
виях не превышает 15%, поэтому большая ось овала ручья при-
нимается равной 1,15^.
При пережиме прутков
различных диаметров на одну
и ту же относительную вели-
чину объем металла, вытека-
ющего за пределы ручья и
образующего впоследствии
зажимы, больше для круп-
ных прутков. При использо-
вании прутков диаметром
20—80 мм получаемый пере-
жим на 10% больше, чем
при использовании прутков
диаметром более 80 мм. В
автотракторной промышлен-
ности пережим прутков на
45% по диаметру получают
в овальном ручье и в ручье
с круглым сечением. При
пережиме на 55% применяют
два овальных ручья и один
круглый. Очередной пережим
после кантовки прутка можно осуществлять за второй ход машины
в том же овальном ручье, но так как пережимные ручьи можно
сопрягать с другими, имеющимися в данном мпогоручьевом
штампе, то, чтобы не уменьшать производительности работы,
нецелесообразно применять пережим, требующий повторных ходов.
Необходимость кантовки прутков на 90° при пережиме приводит
к ограничению применения пережимных ручьев для поковок,
не являющихся телами вращения.
Отрезной ручей. Поковки без отверстий могут быть
отделены от прутка ножами, действующими от бокового хода.
Существуют две разновидности конструкции отрезных ручьев
(рис. 273). В одном случае (рис. 273, а) ножи пит расположены
так, что поковка (или часть прутка, предназначенная для высадки)
остается неподвижной, а пруток сдвигается под действием ножа т,
установленного на левом подвижном блоке матриц. В другом слу-
чае (рис, 273, б) поковка (или часть прутка, предназначенная для
высадки) сдвигается относительно неподвижного прутка с помощью
432
ножа /?, укрепленного на подвижной матрице. Чтобы избежать
смещения копна прутка при его разрезке, устанавливается скоба k,
которая поддерживает пруток в нужном положении.
При отрезке прутков ножами, действующими от бокового хода,
главный ход машины можно использовать для высадки отрезанной
заготовки, поскольку боковой ход заканчивается раньше, чем на-
чинается высадка прутка. В одном ручье отрезают прутки диамет-
ром до 30 мм. В двух ручьях за два
прутки диаметром до 80 мм. Если от-
резка не совмещается с высадкой, то
отрезной ручей устанавливают (из эко-
номии места) на зеркале блока между
какими-либо ручьями как можно ближе
к середине высоты блока. Форма ножей
аналогична применяемой для ножниц
(см, рис. 14, а).
Ручей для плющения.
При необходимости боковой ход маши-
ны можно использовать для расплющи-
вания высаженных головок. При плю-
щении можно также получить углубле-
ния, ось которых перпендикулярна
оси прутка. Для осуществления дефор-
мации поковки при использовании бо-
присма можно разрезать
Рис. 273. Отрезной ручей
штампов горизонтально-ко-
вочных машин:
1 пуансон; 2—пе&ая и 3 — пра-
вая части матрицы
нового хода следует иметь в виду срав-
нительно небольшую длину полезного
хода и небольшое усилие. Даже у гори-
зонтально-ковочных машин большой
мощности этот ход не более 10—J5.oz
при усилии, не превышающем 30% от номинального, разви-
ваемого машиной на пуансоне в конце рабочего хода.
Гибочный р у ч е й. На горизонталыю-ковочных маши-
нах можно выполнять гибочные операции. Однако гибка не яв-
ляется типичной операцией для горизонтально-ковочных машин
и бывает необходима при получении несимметричных головок
для предварительного перераспределения металла (рис. 274, а)
или изгиба заготовки в соответствии с требуемой формой поковки
(рис. 274, б). Гибку осуществляют при помощи поперечного или
главного ползуна машины.
Зажимные ручьи. Зажимные ручьи в отличие от всех
Других предназначены не для деформации прутка, а для его
удержания в процессе высадки.
На практике применяют гладкие зажимные ручьи (рис. 275, а)
или рифленые (рис, 275, б—г}.
Для зажима гладкими зажимными ручьями требуется участок
прутка большей длины L3; эти зажимы не оставляют следов на
прутке. Так как длиной зажима при штамповке от прутка опре-
28 Я. M. Ох римеики 597
433
делается длина концевого отхода, то необходимо, чтобы зажимной
ручей был как можно меныпей длины. С этой целью применяют
ручьи с канавками (рис. 275, б) или выступающими поясками
(рис. 275, в). Для еще большего укорочения зажимной матрицы
применяют ручьи с канавками, в промежутке'между которыми
наплавлены (например, автогеном) бугорки, возвышающиеся над
рабочей поверхностью матрицы. Зажимной ручей очень небольшой
длины выполняется сострыми зубцами, профиль которых имеет вид
Рис. 274. Гибка в штампах
горизонтально-ковочных машин
ерша (рис. 275, а). Металл при зажиме полностью не затекает
в острые углы этого ручья, зубцы же оставляют на прутке следы.
Ручей такой формы можно применять лишь в тех случаях, когда
нет опасности образования складок при последующей высадке
части прутка, находившейся в зажиме.
При наличии в штампе нескольких зажимных ручьев рифление
в виде канавок или выступающих поясков целесообразно распо-
лагать таким образом, чтобы следы его на прутке не совпадали
со следами от рифления при деформации прутка в следующем
ручье.
Профиль зажимных ручьев строят исходя из того, что матрица
в направлении зажима должна иметь минимальный размер
прутка а в плоскости разъема — максимальный размер
прутка D+% по холодным размерам. Для прутков повышенной
точности разница этих размеров не превышает D9 ± 1,2% от
диаметра. Расширение прутков при нагревании (примерно на
1,2% при 850—900° С) обеспечивает плотное зажатие всех их
434
размеров. Для размещения избыточного металла при наибольших
размерах прутков служит развал сечения ручья под углом а =
= 30-ь45 по месту разъема матриц. Для получения эллиптиче-
ского сечения зажимного ручья токарную обработку его осуще-
ствляют по наибольшему размеру прутка (с учетом допуска)
с прокладкой между половинами матрицы, толщина которой
равна допуску на пруток. После нанесения развала матрицы
получают необходимый эллип-
|——----р______—, тический профиль.
Рис. 276. Схема действующих сил
при зажиме прутка (разрез в плане)
Рис. 275, Зажимные ручьи штампов
горизонтально-ковочных машин:
п — вид на правую часть матрицы; б,
г — разрез в плане
Удержанию прутка в ручье способствуют образующиеся при
зажиме прутка заплечики (на границе между высаживаемой и
зажатой частями прутка), на которые опирается высаживаемая
часть прутка (рис. 276, а). В процессе высадки заплечики уве-
личиваются (рис. 276, б). Заплечики разгружают зажимной ручей,
так как при этом Т + R = Р или kT — Р, где k — коэффициент
больше единицы, учитывающий наличие у прутка опоры. В слу-
чае, когда контактная поверхность между прутком и ручьем соот-
ветствует боковой поверхности цилиндра диаметром Do и дли-
ной La, имеет место соотношение (для начального периода вы-
садки)
«О®
Руд*
435
откуда n
г lJ«Pyd
3 4Ap.<7^
где p — коэффициент трения;
Руд—удельная сила высадки, зависящая от температуры
конца прутка (обычно 1000—1200" С) и соотношения
размеров Da : Ln;
cfW( — сопротивление смятию металла при температуре за-
жи.ма (обычно 850—900" С). Эту величину можно пред-
ставить как среднее нормальное напряжение па боко-
вой поверхности заготовки.
Из выражения (79) видно, что длина зажима может быть
уменьшена при уменьшении диаметра прутка, а также сопротив-
ления деформации (т. е. с повышением температуры высаживае-
мого йонца прутка) и при возрастании роли заплечиков (коэффи-
циент k), коэффициента трения в зажимном ручье и сопротивления
смятию металла в нем (т. е. с понижением температуры зажимного
участка прутка). Расчет длины зажимного ручья усложняется
тем, что коэффициент k является величиной неодинаковой для
прутков с различными допусками и переменной в процессе вы-
садки. В случае пережима прутка (рис. 276, й) роль заплечиков
приобретает еще большее значение.
Величина поверхности контакта изменяется в зависимости от
изменения величины фактического допуска на диаметр прутка
и теплового расширения стали, которое, в свою очередь, зависит
от температуры металла в зажимном ручье. Нетрудно видеть,
что для формовочных ручьев с более низкой температурой высадки
(после набора металла) и при L„ : Da <7 3 потребуются зажимы
большей длины, чем для наборных ручьев с более высокой тем-
пературой высадки и величиной Lo : > 3 (вследствие меньшего
удельного усилия высадки).
Расчет силы трения для рифленого ручья затруднителен, по-
этому обычно пользуются практически установленными величи-
нами L3. Достигается это пробной штамповкой прутков неболь-
шой длины, насаженных на тонкие стержни. Если установить
наименьшую длину прутка, при которой он не выталкивается
из матриц, то эту длину можно принять за размер
В процессе высадки допускается небольшое выталкивание
прутка, при этом важно, чтобы оно было одинаковым во всех
случаях штамповки данного типа поковок; тогда можно отрегу-
лировать упор так, чтобы паковки получались в закрытых штам-
пах без заусенцев. В процессе высадки часть объема металла,
находящегося в полости матрицы, выталкивается в зажимной
ручей. Очевидно, в этом и состоит одна из причин, по которой
объем облоя в открытых штампах горизонтально-ковочных машин
меньше объема облоя в штампах аналогичного типа при штамповке
на молотах и прессах.
436
В действующих нормалях и во многих пособиях по штамповке
для расчета длины зажима рекомендуются эмпирические формулы
в функции диаметра заготовки. Например, для гладкого ручья
рекомендуют L3 = 2,5DO 50 мм, а для рифленого Ls 2,0До 4-
+ 30 мм. При этом имеется в виду, что чем больше типоразмер
машины, тем больший диаметр у высаживаемой заготовки, а также
у поковки. Это должно привести к большей силе зажима в соот-
ветствии с большим необходимым усилием на высадку. Правильнее
длину зажима L3 определять экспериментальным путем, что и
практикуется на заводах.
Задние упоры. Этот упор представляет собой приспо-
собление для упора мерной заготовки в процессе ее высадки
(рис. 277), Для того чтобы обеспечить высадку на длину Lo мерной
заготовки длиной Ьзаг, ее упирают в жесткий упор, находящийся
па расстоянии Ьзаг — Lo (рис. 277, а) от дна полости матрицы.
В начале деформации прутка сила Р передается па упор, вызывая
реакцию После образования высаженной головки появляется
437
дополнительная реакция со стороны дна полости матрицы
при этом задний упор не воспринимает всей силы Р. Следовательно,
задний упор заменяет передний упор и зажимной ручей. Часть
ручья, смежная с полостью матрицы, служит лишь для предотвра-
щения продольного изгиба заготовки.
Задний упор применяется в следующих случаях,
1, Если по условиям высадки заготовка не выступает за
передний обрез матрицы, передний упор применить нельзя.
2. Когда часть поковки представляет собой пруток, недоста-
точно качественная отрезка которого боковым ходом машины
недопустима по техническим условиям и необходима предвари-
тельная отрезка мерных заготовок, например, на пиле.
3. Если длина поковки, включая невысаженную часть, больше
длины матрицы,
4, Когда по условиям высадки длина мерной заготовки недо-
статочна для осуществления зажима.
Задние упоры подразделяются на типы в зависимости от их
расположения: в пределах матрицы; выступает из нее, но нахо-
дится в пределах станины или находится на большом расстоянии
от машины (рис, 277).
Простейший упор первого типа (рис. 277, б) представляет
собой выступ на неподвижном блоке матриц. Заготовка 1 закла-
дывается в ручей и удерживается в нем клещами, изогнутыми
под прямым углом. Для того чтобы установить клещи в блоках
матриц, предусмотрены соответствующие пазы.
Заготовка, нагретая до высокой температуры, имеет упор
не по всему торцу, поэтому на ней вследствие местного смятия
может образоваться нежелательный след от упора (ступенька).
При выполнении паза для заднего упора данной конструкции
заготовка опирается половиной своего торца и условия се смятия
будут следующими:
Руд^" Руд ~2^ем'
т. е. смятие возможно, если удельная сила для высадки достигает
половины сопротивления смятия прутка. Смятие особенно опасно
в начальный период высадки до образования в ручье заплечиков,
разгружающих упор. Для устранения смятия заготовки необхо-
димо увеличить площадь опоры, например, наваркой или другим
способом. Целесообразнее применять так называемый «упор
в клещи» (рис. 277, в). Этот тип упора наиболее распространен.
Второй тип упора представлен на рис. 277, г. Заготовка упирается
в торец регулируемого винта, ввернутого в планку, укрепленную
в рабочем вырезе станины машины. Клещи, изогнутые под прямым
углом, служат для удержания заготовки в процессе ее высадки.
При использовании мерных заготовок очень большой длины приме-
няют упор, смонтированный в виде рейки с выступами (рис. 277, 5),
438
которые удерживают упор. Точное регулирование длины упора
осуществляется болтом, в головку которого упирается заготовка.
Такие упоры могут быть использованы также для трубных
заготовок, длина которых достигает 9 ж. Тонкая трубная заго-
товка высаживается с задним упором во избежание смятия труб
в зажимных ручьях, а также потому, что они обычно имеют мер-
ную длину.
Задний упор, как и передний упор, применяется только в одном
ручье штампа (обычно в первом). При дальнейшей штамповке
положение заготовки фиксируется в ручьях с помощью выступов,
имеющихся на поковке.
Элементы конструкции штампов. Высадочные штампы состоят
из пуансонов и матриц. Пуансоны расположены в блоке пуансонов
(называемом также пуансонодержателем), а матрицы — в блоках
матриц.
Блоки пуансонов и их крепление. Наиболь-
шее распространение получил тип сплошного блока пуансонов
(рис. 278). В правой части блок имеет пазы для фланцевого за-
крепления хвостовиков пуансонов (в данном случае их три).
Закрепление блока в седле ползуна осуществляется планкой /,
которая прижимается к ползуну болтами 2. Болт 3, упираясь
в выступ блока, прижимает его к клипу 4, который осуществляет
регулирование положения блока (и соответственно положения
пуансонов). При подъеме клина (ввертыванием болта 5, упираю-
щегося в ползун) блок передвигается вправо. После установки
блока положение его фиксируется болтом 3. Для уменьшения
массы литой блок имеет в средней части выемку прямоугольной
формы, что уменьшает и облегчает обработку боковых поверх-
ностей блока.
Блоки данной конструкции надежны в работе и при наладке
штампов обеспечивают необходимую стабильность. Такие блоки
изготовляют в двух-, трех- и четырехручьевом исполнении. Раз-
меры h6, Ьб и 16 увязываются с габаритными размерами соот-
ветствующего паза в ползуне машины. Кроме фланцевого крепле-
ния, применяются блоки с винтовым креплением пуансонов,
а также со стяжным их креплением.
Крепление пуансонов. Требования, предъявляемые
к креплению пуансонов, заключатся в жесткости, возможности
регулирования положения пуансона, экономном расходовании
штамповой стали, простоте изготовления и удобстве монтажа и
демонтажа инструмента. Этим требованиям отвечает наиболее
распространенный вид крепления пуансонов с помощью фланцев,
закрепляемых болтами (рис. 279, а). Задний бурт пуансона служит
опорой при высадке, а заплечики k работают при обратном ходе
машины, когда пуансон отходит от поковки. Чтобы предотвратить
поворот пуансона (что важно при несимметричных поковках),
служит лыска s, в которую упирается выступ на блоках
439
(см. также рис. 278). Этот надежный тип крепления применяют на
машинах средних и больших размеров.
Другой распространенный тип крепления пуансонов, приме-
няемый на машинах небольших и средних размеров, показан на
рис. 279, б. В этом случае крепление осуществляется наклонным
Рис. 278. Блок пуансонов с фланцевым закреплением пуан-
сонов в трехручьевом исполнении:
hi', Л/, Ла — расстояния до осей пуансонов
стопорным винтом, который создает некоторый натяг, прижимая
пуансон к блоку.
Чтобы предотвратить поворот пуансона, используют шпильки с.
В целях более экономного расходования штамповой стали приме-
няются пуансоны составной конструкции. На рис. 279, в показан
составной пуансон, рабочая часть 7 которого прикреплена к кре-
пежной части 2 гайкой 3. Пуансоны (рис. 279, г) клинового типа
обеспечивают жесткое крепление рабочей части пуансона, но
демонтаж их сложен (деформируются клинья, и это затрудняет
их удаление). Крепление составного пуансона в данном случае
440
осуществляется сквозным болтом, привернутым гайкой сзади
блока, это приводит к необходимости съема всего блока при де-
монтаже пуансона. Крепление быстроизнашивающихся вставок
в полых пуансонах осуществляют так, как показано на рис. 279, д.
Наличие галтели на вставке обеспечивает легкое ее крепление
в гнезде (в обойме).
Основные требования, предъявляемые к конструкции состав-
ного инструмента, заключаются в экономном использовании
Рис. 279. Крепление пуансонов
стали и отсутствии трудновыполнимых и ненадежных в работе
деталей. По этой причине к резьбовым соединениям на пуансонах
прибегают лишь в исключительных случаях. Например, при
формовке в пуансонах относительно высоких поковок и образова-
нии в них глубоких полостей применяют скользящий пуансон,
предотвращающий вытекание металла в облой (рис. 279, е); рабо-
чая вставка пуансона имеет резьбовое крепление. В этом случае
пружина, предназначена для передвижения (па обратном ходу
ползуна) наружной рубашки пуансона, которая, упираясь при
прямом ходе в матрицу, предотвращает образование облоя во
время высадки поковок. Такая конструкция пуансона позволяет
использовать его как штамп с компенсатором (см. схему на
рис. 229, е).
Блоки матриц и их крепление. Блоки, в кото-
рых закрепляют части матриц, обычно изготовляют сплошными
из конструкционных сталей (например, из стали 45, рис. 280).
U1
Правый, неподвижный блок, находится в гнезде станины, а левый,
подвижный блок, -— в боковом ползуне. Так как в рабочем (сомкну-
том) положении блоки матриц с трех сторон ограничены опорными
поверхностями, то для их установки и крепления применяют
накладки 1 с нажимными болтами 2 и направляющие шпонки 3
(рис. 280, а).
Вставки матриц, изготовляемые из штамповых сталей, при-
меняются для всех описанных выше ручьев и имеют форму полу-
цилиндра с выемкой, соответствующей части рабочей полости
ручья. При соприкосновении двух вставок в конце бокового хода
машины образуется вся полость. Вставки крепятся сквозными
Рис. '280. Блоки матриц
9
болтами 4 с гайками, навинчиваемыми с тыльной стороны блоков.
Вставки для матриц могут быть использованы для части ручья,
для всего ручья или для двух ручьев в зависимости от стойкости
отдельных участков штампа и условий закрепления вставок на
блоках. Важно, чтобы можно было заменить наиболее изнашивае-
мую часть штампа. Однако не всегда на зеркале блоков удается
расположить большое количество вставок, поэтому приходится
несколько вставок объединить в одну общую. Небольшие вставки
крепят одной парой болтов, большие — двумя, а иногда и тремя
парами болтов. В виде исключения один болт может быть исполь-
зован одновременно для крепления двух соседних вставок
(рис. 280, а, верхние левые вставки). Наружный диаметр вставок
выбирается в зависимости от их прочности, при этом учитывается
возможность унификации крепежных гнезд в блоках. Для раз-
грузки крепежных болтов от напряжений среза необходимо, чтобы
вставки упирались непосредственно в блок матриц. Для этого
каждая последующая вставка в направлении усилия высадки
должна быть меньшего диаметра, это обеспечивает упор вставок
в стенку блоков. Блоки с ручьями, расположенными в них (без
вставок), используются относительно редко, при небольших сериях
442
выпуска поковок. Штампы без вставок изготовляют из менее
дорогих марок стали.
Известно крепление вставок одним болтом, ввинчивающимся
с тыльной стороны (рис. 280, б). Эта конструкция проще, но ее
недостатком является наличие резьбы во вставке.
Особенности регулирования штампов. Положение блоков ма-
триц и их вставок регулируется прокладками. В рабочем (сомкну-
том) положении блоки матриц плотно прижаты друг к другу,
обычно вставками, которые немного выступают по разъему над
зеркалом блоков. Чтобы избежать поломки штампов, пуансоны
Рис- 281. Регулирование штампов:
а,— закрытых; б — открытых
не Должны приходить в соприкосновение ни с блоками матриц,
ни с их вставками. Исключение составляют скользящие матрицы
и^пуансоны.
Регулирование и наладка штампов различны для открытых
и закрытых штампов. Для закрытых штампов (рис. 281, а) расчет
их долевых размеров производят по номинальным размерам
перехода без учета упругих деформаций машины, так как при
установке и наладке таких штампов можно регулировать в обе
стороны положение пуансона относительно матрицы (путем регу-
лировочного клина и прокладок). Для открытых штампов
(рис. 281, б) при расчете длины пуансонов и глубины ручьев
необходимо заранее учитывать величины возможных упругих де-
формаций, так как при регулировании штампов не следует при-
ближать пуансон к матрице во избежание удара их друг о друга
при холостом ходе машины, что может привести к разрушению
штампов.
По литературным данным величина упругих деформаций со-
ставляет 1 мм для машин усилием 2940—3920 кг (300—400 т)
и до 3,5 jhjw для машин усилием 19 600 кн ( -'2000 т). Эксперимен-
тально установленная величина упругих деформаций для машин
усилием 10 780 кн (<—1100 т) составляет 2,2 мм.
Особенности технологического процесса высадки. Схема по-
строения технологических процессов штамповки на горизонтально-
ковочных машинах аналогична общей схеме для всех типов штам-
повочных машин и будет рассмотрена в § 8 данной главы.
443
Специфические особенности технологического процесса вы-
садки описаны ниже.
Ввиду пространственного разъема штампов углы уклона при-
меняются только для глухих полостей в пуансонах и матрицах,
а напуски, упрощающие конфигурацию поковки, обычно не тре-
буются (см., например, рис. 256). В связи с этим, хотя максималь-
ные припуски у поковок, штампуе
машинах, предусматриваются по
у других штампованных поковок,
Таблица 46
Допускаемая высота заусенцев
у поковок при штамповке
в закрытых штампах (в мм)
мых на горизонталыю-ковочных
ГОСТу 7505—55 большими, чем
все же масса первых (для одно-
именных деталей) меньше.
При определении объема за-
готовки исходят из объема по-
ковки и типа штампа. Если
применяется обычный закрытый
Масса поковок в кг Группы точ- ности разме- ре» HQKQEOK
1-а | 2-я 3-я
Свыше 0,25 До 0,63 1,0 2,5 3,0
2 0,63 1,6 1,6 3,0 3,5
1,6 & 2,5 2,0 3,5 4,0
2.5 У 4 2,5 4,0 4,5
в 4 5> 6 3,2 4,5 5,0
» 6,3 £ 10 3,5 5,0 6,0
штамп, а в качестве заготовок
прокат повышенной точности,
то учитывается расход металла
на заусенец, равный 0,5—1,5%.
Этот расход металла можно
подсчитать и более точно по
табл. 46 с учетом допустимого
заусенца.
Толщина заусенцев опреде-
ляется полуразностыо р азмеров
матрицы и пуансона.
Чем сложнее и меньше по
объему поковка, тем больше
относительный объем образующегося заусенца. Если для данной
поковки применяется открытый штамп, то фактический объем
облоя зависит от типа применяемого упора. При наличии переднего
упора и зажимного ручья можно иметь сравнительно небольшой
облой, назначение которого заключается в том, чтобы препят-
ствовать значительному вытеканию металла по месту основного
разъема штампов. Остальной избыточный металл выталкивается
при некотором продвижении прутка вдоль зажимной матрицы
и вытекает в зажимную часть ручья, заполняя место «развалки»
ручья по дополнительной плоскости разъема (в направлении
большой оси сечения зажимного ручья), а также в канавки
рифленого зажимного ручья.
При наличии заднего упора применяются гладкие ручьи без
канавок, продвижение прутка вдоль матрицы исключается и
значительная часть избыточного металла вытекает по месту разъ-
ема штампа, образуя относительно больший облой.
Для успешного осуществления технологического процесса вы-
садки очень важно правильно выбрать исходную заготовку.
В подавляющем большинстве случаев применяются прутки с круг-
лым профилем сечения, но при необходимости может быть приме-
444
лен профильный прокат, если это оправдывается технико-эконо-
мическими соображениями.
При определении размеров заготовки исходят из следующих
соображений.
1. Если пруток данного диаметра является частью поковки
в виде стержня с головкой (болты, клапаны, валики с шестерен-
ками, оси с фланцами и т. п.), то его следует принять в качестве
исходной заготовки.
2. Для поковок с отверстием целесообразнее принимать диа-
метр прутка примерно равным диаметру отверстия (см. рис. 270).
3. Чем меньше диаметр прутка, тем больше колебания в объеме
заготовки за счет допусков при прокатке и тем вероятнее появле-
ние заусенца на некоторых поковках, штампуемых в закрытых
штампах.
4. Очень тонкие прутки (менее 15—20 мм) быстро остывают,
что приводит к повышению удельного усилия, увеличению не-
равномерности деформации и некоторому уменьшению пластич-
ности металла.
5. Чем больше диаметр прутка, тем меньше общая затрата
работы на деформацию (с учетом прокатки), что следует пред-
почесть .
6. Пруток чрезмерно большого диаметра приводит к малой
длине высадки (длина заготовки для высадки должна быть больше
высоты поковки).
7. Для большого диаметра прутка при работе «от прутка»
может-быть недостаточно имеющихся средств механизации; при-
менение прутков большой массы для высадки должно сопровож-
даться дополнительной механизацией рабочего места.
8. Если поковка отделяется от прутка при ходе поперечного
ползуна, то при большом диаметре прутка следует проверить,
можно ли осуществить этот процесс на данной машине.
9. Чем больше диаметр прутка, тем больше концевые отходы
(при использовании копцевых отходов указанное обстоятельство
не является отрицательным).
Применение прутка большого диаметра особенно предпочти-
тельно в тех случаях, когда это приводит к уменьшению числа
переходов при штамповке, т. е. к увеличению производительности
машины.
Тонкие, быстро стынущие части поковок целесообразно обра-
зовывать в первых ручьях, пока металл имеет более высокую
температуру.
Каждый предыдущий переход должен создавать в матрице
опорную поверхность для последующего перехода. Пуансоны
должны образовывать в переходах центрирующие углубления;
к моменту начала деформации пуансон должен находиться в ма-
трице для обеспечения точности его движения. Набор в пуансонах
следует предпочесть набору в матрице из-за отсутствия затекания
445
металла по месту разъема матриц, и возможности большей вели-
чины высадки за один ход.
Оценивая порядок расположения ручьев по высоте блоков,
следует иметь в виду, что упор осуществляется проще для верх-
него ручья. Наиболее нагруженный ручей лучше расположить
ближе к нижней части машины во избежание перекоса блоков.
Рассмотрим несколько примеров хорошо отработанных технологи-
ческих процессов.
Рис. 282. Технологические переходы (а) и штамп (б) для штамповки
поковки полуоси автомобиля
На рис. 282 показаны переходы при штамповке одного конца
полуоси автомашины в четыре операции (рис. 282, а). Два набор-
ных перехода 7 и 77 и два формовочных III и IV осуществляются
в штампе со вставками. В данном случае оба формовочных ручья
закрытого типа, что позволяет получать поковки из проката повы-
шенной точности практически без заусенцев.
Высадка поковки втулки с развитым фланцем производится
в четырехручьевом штампе (рис. 283). Ручей 7 предназначен
для набора металла в коническом пуансоне (с отверстием для
выхода газов, чтобы избежать незаполнения угла полости).
В этом же ручье производится пережим прутка диаметром Do
на эллиптическое сечение. В ручье 2 происходит высадка фланца
с наметкой будущего отверстия, причем для компенсации утяжины
при последующей прошивке торец фланца получается выпуклым.
В этом же ручье оформляется пережим прутка до диаметра, рав-
ного диаметру отверстия поковки, для чего при переносе прутка
из ручья 7 в ручей 2 производится поворот прутка на 90°. В ручье 3
Ш
447
оформляется фланец при прошивке с радиальной раздачей ме-
талла. Ручей 4 предназначен для просечки поковки.
Макроструктура высаженных поковок обеспечивает высокую
прочность деталей машин. На рис. 283 приводится макрострук-
тура поковки в виде стержня с головкой и поковки с отверстием
типа шестерни.
Штамповка на горизонталыю-ковочпых машинах с горизон-
тальным разъемом матриц в принципе не отличается от описанной
выше. У этих машин, выпускаемых отечественной промышлен-
ностью усилием 400, 630 и 800 т, легче осуществлять механизацию
передачи заготовок из ручья в ручей. Конструкция машин обеспе-
чивает больший рабочий ход при использо'вании подвижной
(верхней) пол у матрицы для штамповки. Штамп и переходы при
штамповке втулок с фасонным профилем отверстия, приведены
на рис. 284.
Слева на рис. 285, а дан вид блоков матриц (вверху — вид
спереди, внизу — вид сверху). Справа на этой же позиции дан
вид пуансонодержателя (вверху — вид сбоку, внизу — вид
сверху),
В парке кузнечно-штамповочных машин СССР количество
горизонтально-ковочных машин составляет 10%; на них штам-
пуется около V3 всех поковок, выпускаемых штамповочным обо-
рудованием [37].
§ 7. ШТАМПОВКА ВЫДАВЛИВАНИЕМ И ПРОШИВКОЙ
Схема процесса выдавливания поковок в общих чертах была
рассмотрена в § 2 данной главы (см. рис. 154 н текст к нему).
Рассмотрим ее более подробно. Этот процесс по схемам деформации
и действующих сил аналогичен прессованию прутков и профилей.
Основные различия этих процессов состоят в следующем. При
прессовании весь объем заготовки за исключением 5—8% отхода
(прессостатка) выпрессовывается через матрицу в' изделие в виде
длинного профиля. Прессование отличается весьма развитой
стадией установившегося процесса, которая составляет 92—95%
от всего хода пресса. При выдавливании поковок в течение зна-
чительной части хода пресса (60—80%) происходит заполнение
сложной полости штампа при одновременном относительно не-
большом выдавливании части металла в стержневую часть по-
ковки. Таким образом, выдавливание отличается весьма развитой
стадией неустановившегося процесса. Образование стержневой
части поковки относится к началу деформации металла и за-
канчивается после заполнения закрытой полости штампа ме
таллом.
Объем стержневой части/поковки может бытв различным,
но чаще всего он меньше объема корпуса поковки.
Для прессования необходим большой ход пресса с примерно
448
Одинаковым усилием па протяжении стадии установившегося
процесса и увеличением его к концу процесса. Таким требованиям
вполне отвечают гидравлические прессы. Для удобств манипу-
лирования и транспортирования прутков большой длины прессы
имеют горизонтальное направление хода. Для выдавливания по-
ковок небольшой длины, требующих силовой характеристики
машины в виде кривой, плавно возрастающей до максимума
в конце хода, может быть применен любой тип пресса (гидравли-
ческий, кривошипный, фрикционный). Наиболее удобными в экс-
плуатации для выдавливания являются гидравлические прессы,
которые в настоящее время усовершенствованы, компактны и
имеют достаточно высокие,
Кривошипные и фрик-
ционные прессы целесооб-
разно применять для вы-
давливания потому, что к
концу хода, когда скорость
истечения металла в стерж-
невую часть поковки мак-
симальная, скорость хода
машины постепенно убы-
вает, так что сопротивле-
ние деформированию не-
свободно регулируемые скорости хода.
Рис. 286Л Конфигурация покогсок, получае-
мых выдавливанием
талла не возрастает до
слишком больших вели-
ЧИН.
Штамповкой выдавливанием можно изготовлять с относи-
тельно короткими отростками поковки, которые в связи с этим
имеют значительную разницу в соседних поперечных сечениях
(рис. 286). Выдавливанием можно получать поковки с одним или
несколькими отростками, сплошные или полые, а также с боко-
выми отростками (типа крестовин, тройников и т. п.); в этом
случае необходимы штампы с двумя плоскостями разъема. Выдав-
ливание применяется и для фасонирования заготовок, используе-
мых при последующей штамповке.
Процесс выдавливания можно разделить на три стадии; осадка
до момента соприкосновения бочкообразной заготовки с боковыми
стенками полости; заполнение полости металлом; выдавливание
металла при заполненной полости.
Образование стержневой части поковки происходит на всех
трех стадиях процесса. На первой стадии выдавливание металла
в стержневую часть незначительно и зависит от высоты заго-
товки Но и соотношения - , где Do — диаметр заготовки, a d —
диаметр стержневого отверстия. На второй стадии выдавливание
увеличивается; это основная стадия процесса для образования
стержня. К началу третьей стадии стержень может быть уже
29 я, м, Охрименко 597
образован, и тогда выдавливание продолжается за счет избыточ-
ного металла из-за неточности дозировки заготовки. Однако встре-
чаются и такие случаи, когда вторая стадия слишком затягивается.
Это характерно для поковок со сложными формами корпуса или
для относительно небольшого отношения -ф-, где d„ — действи-
тельный или приведенный (для корпуса некруглых форм) диаметр
полости штампа, ad — диаметр стержневого отверстия. В этих
случаях металлу легче вытекать в стержневое отверстие, чем
воспроизвести рельеф полости в штампе для корпуса поковки.
Рис. 287. Основные схемы и действующие силы на третьей стадии
выдавливания:
I — прямое и II — обратное выдавливание
Для обеспечения третьей стадии процесса приходится применять
противодавление, подпирая стержень соответствующим устрой-
ством (см., например, рис. 231).
На рис. 287 представлены две основные схемы выдавливания
и действующие силы применительно к третьей стадии процесса
выдавливания грибовидной поковки. Инструмент для выдавли-
вания состоит из пуансона а и матрицы б. Матрица б с полостью,
в которой размещается корпус поковки, имеет входное отверстие
для пуансона и стержневое или выходное отверстие для выдавли-
вания металла. Полость матрицы можно рассматривать как
состоящую из двух частей: пассивной, образованной неподвиж-
ными относительно друг друга боковой стенкой и дном; активной,
образованной подвижными относительно друг друга боковой
стенкой и торцовой поверхностью пуансона. Если выходное
(стержневое) отверстие расположено в пассивной части полости
(рис. 287, /), то выдавливание называют прямым. Если же отвер-
стие расположено в активной части полости (рис. 287, II), то
О
выдавливание называют обратным. Схемы действующих сид при
прямом и обратном выдавливании неодинаковы. Основное отли-
чие касается сил трения на стенках инструмента, которые на-
правлены против движения металла. К.ак видно из рассмотрения
рис. 287, схемы выдавливания и усилие для осуществления про-
цессов не зависят от того, какая часть инструмента подвижна
и какая неподвижна. В общем случае могут перемещаться и обе
части инструмента. Имеет значение лишь местоположение выход-
ного отверстия (в активной или пассивной частях полости). В за-
Рис. 288. Искажение координатной сетки при прямом (а)
и обратном (б) выдавливании
висимости от подвижности той или иной части инструмента изме-
няется наименование сил 1 и 2; одна из них является внешней
силой, а другая ее реакцией. Боковые силы 3 являются реакцией
внутреннего давления сжатого металла на стенки матрицы. При
движении стержня поковки относительно боковой поверхности
выходного отверстия возникают силы трения 4, направленные
против движения стержня. Силы трения 5 возникают вследствие
перемещения металла по направлению к выходному отверстию.
На третьей стадии при обратном выдавливании никаких других
сил трения не возникает, так как заготовка находится в глухой
полости и неподвижна относительно ее стенок. Смещается лишь
металл, находящийся в активной части полости. Это подтвер-
ждается экспериментами при деформации образцов с предвари-
тельно нанесенной координатной сеткой в продольном сечении
(рис. 288).
При прямом выдавливании на третьей стадии процесса проис-
ходит смещение объема заготовки относительно всех стенок по-
лости, что видно по искажению координатной сетки на рис. 288, а.
22* 451
В связи с этим на боковой и торцовой стенках полости (рис. 287, /),
кроме сил трения 4 и 5, возникают силы трения 6 и 7. Силы тре-
ния 7 на торце пуансона направлены от его оси к периферии, что
согласуется с противоположным направлением соответствующего
потока металла (см. стрелки на рис. 288, а), который при прессо-
вании приводит к так называемой пресс-утяжине. Этот дефект
в виде воронкообразной выемки образуется в результате вытека-
ния нз полости значительного количества металла (более 90%)
и при выдавливании поковок обычно не встречается.
На второй стадии выдавливания действие сил подчинено
несколько иной схеме. Как уже отмечалось, эта стадия при вы-
Рис. 289. Вторая стадия выдавливания:
д — прямое и б — обратное выдавливание
давливании поковок очень развита и существенно влияет на весь
процесс формообразования, поэтому рассмотрим ее более под-
робно.
На рис. 289 представлены начало (левые части схем) и конец
(правые части схем) второй стадии выдавливания прямым и обрат-
ным методами.
В данном случае внешние силы Р передаются пуансонами 7,
которые подвижны относительно матриц 2. Для большей нагляд-
ности схемы расположены так, что выдавливание стержня про-
исходит в одном направлении (вниз).
Вследствие наличия выходного отверстия на одной из торцо-
вых поверхностей полости удельные силы с самого начала про-
цесса на дне матрицы и па пуансоне неодинаковы. На первой
стадии прямого и обратного процесса (свободная осадка заго-
товки) вследствие того, что Р = R, условия истечения металла
в отверстие также одинаковы. Образование стержня может на-
чаться при относительно большом диаметре выходного отверстия
по сравнению с диаметром заготовки.
С момента соприкосновения бочкообразной заготовки с боковой
стенкой полост (вторая стадия выдавливания) возникают боко-
452
вая реакция а затем СИла трения Т, направленная против
движения осаживаемой заготовки (остальные силы трения на
рис, 289 не даны).
Нетрудно видеть, что направление осадки заготовки в обоих
случаях происходит в сторону пассивной (глухой) части полости.
Это обусловливает действие боковых сил трения Т по направлению
от пассивной части полости к активной, т. е. от дна глухой по-
лости ио направлению к пуансону, В результате отклонение
равнодействующих от сил /?,- и Т происходит в разные стороны
по отношению к стержневому отверстию. Если сумма вертикальных
проекций сил равна нулю, то получим для обеих схем
Р - R + Т.
Отсюда можно заключить, что общее усилие, необходимое
для осуществления прямого и обратного выдавливания на второй
стадии процесса, так же как и на первой его стадии, одинаковое.
Однако удельное давление на поверхности F с отверстием составит
Р-Т
меньшую величину —j.— при прямом выдавливании
и большую величину ру$ = — при обратном выдавливании.
Естественно, что обратное выдавливание начнется раньше, в про-
цессе возрастания усилия на деформацию заготовки, и будет
происходить более интенсивно, чем прямое выдавливание. Боль-
шая интенсивность процесса на второй стадии обратного выдав-
ливания происходит при одинаковой деформации заготовки по
высоте при прямом и обратном выдавливании. Это предопределяет
относительно меньшее затекание металла в углы полости матрицы
и позволяет предположить увеличенную протяженность второй
стадии обратного выдавливания по сравнению со второй стадией
прямого выдавливания.
Меньшее общее усилие обратного выдавливания по сравнению
с прямым наблюдается лишь на третьей стадии процесса, когда
при обратном процессе исчезают боковые силы трения. При пря-
мом выдавливании эти силы действуют до конца процесса, что
обусловливает относительно большие усилия и работу деформа-
ции. Таким образом, чем больше развита вторая стадия процесса
выдавливания и чем, соответственно, меньше третья его стадия,
тем меньше разница между прямым и обратным методами выдав-
ливания с точки зрения величины действующих сил.
Существует несколько разновидностей процессов выдавлива-
ния (рис. 290).
На рис. 290, а представлена схема процесса комбинированного
(совмещенного) выдавливания. Пользуясь изложенными выше
признаками типа процесса, легко установить, что верхняя часть
полости штампа (со стороны пуансона 1) является активной;
здесь имеет место обратное выдавливание. У дна матрицы 2
453
в пассивной части полости происходит прямое выдавливание. Оче-
видно, что больший объем металла выдавливается в сторону пуан-
сона независимо от того, находится ли он внизу или вверху,
подвижен он или неподвижен. На рис. 290, б приведена схема
Рис. 290. Разновидности, процесса выдавливании
Рис. 291. Схемы бокового одностороннего
выдавливания («) и выдавливания в направ-
лении максимальных касательных напряже-
ний (б) (вторая плоскость разъема штампа —
в плоскости чертежа)
двухстороннего выдавливания обратным методом. Здесь обе части
полости относятся к активным. В штампе имеется два пуан-
сона 3, 4, движущихся навстречу друг другу, так что центр тя-
жести (и геометрический
центр) заготовки остается
в процессе выдавливания
неподвижным относитель-
но матрицы 5. Для осу-
ществления такого процес-
са применяются машины с
двухсторонним движением
рабочих органов.
Боковое выдавливание
(рис. 291, а) возможно
только через отверстие,
расположенное в пассив-
ной части полости. Этот
процесс имеет много об-
щего с прямым выдавли-
ва нием. Сложность кон-
струкции штампов с двумя
плоскостями разъема явля-
лась препятствием для широкого применения этого процесса. В на-
стоящее время для осуществления такого процесса применяются
много плунжерные гидравлические прессы с движением рабочих
органов под прямым углом. Боковое выдавливание может быть
осуществлено в нескольких направлениях одновременно. В этом
454
случае применяют разъем штампов в плоскости стержней. В разъ-
емном штампе может быть осуществлено выдавливание в направле-
нии наибольших касательных напряжений (рис. 293, б). Эта схема
обеспечивает воспроизведение заданной формы поковки, но может
быть применена и для прессования, поскольку опыты убеждают,
а/ в)
Рис. 292. Форма образцов,
деформированных в закрытом
штампе с щелью, проходящей
через весь периметр заготовки
в продольной плоскости се-
чения штампа .
что более легкое истечение металла из
закрытого штампа происходит под углом
-^45° к оси заготовки. Преимущество
этого способа прессования заключается
в том, что выходное отверстие проходит
через углы, в которых обычно обра-
зуются застойные (жесткие) зоны ме-
та лла.
Образующиеся в прямых углах
пассивной части полости штампа за-
стойные (жесткие) зоны металла приво-
дят к увеличению неравномерности
деформации. Дно полости целесообразно
изготовлять в виде воронки, если это
позволяет форма поковки (как на
рис. 288), когда указанные зоны метал-
ла не образуются.
На форму очага деформации оказы-
вают влияние многочисленные факторы.
При охлаждении периферийных слоев
заготовки очаг деформации при прямом
выдавливании сосредоточивается в сере-
дине заготовки. Смазка полости матри-
цы и тщательная ее обработка приводят
к уменьшению сил трения. При этом
очаг деформации приближается к выход-
ному отверстию. С уменьшением отно-
шения диаметра полости штампа к
диаметру стержневого отверстия (d„ : d)
очаг деформаций уменьшается [1001.
Обратное выдавливание характери-
зуется наличием очага деформации,
сосредоточенного у выходного отверстия. Значительное влияние
на распределение напряжений при выдавливании оказывает
отношение диаметра к высоте деформируемой заготовки. Ка-
чественную характеристику распределения напряжений можно
получить нз следующих опытов. Штамп с закрытой цилиндри-
ческой полостью имел узкую щель шириной Д//, в которую вы-
давливался металл из полости (рис. 292), Щель проходила через
пуансон и матрицу в плоскости продольного сечения штампа.
Свинцовые образцы, изготовленные по диаметру полости, сжи-
мались силой Рг пуансоном, который опускался сверху вниз,
выдавливая металл в щели (рис. 29$, а). Глубина затекания ме-
талла в щель пуансона больше, чем в щель дна матрицы, что
объясняется меньшим сопротивлением деформации при обратном
выдавливании, которое характерно для затекания металла в щель
пуансона.
В другом случае металл выдавливался в щели силой Р2 двумя
пуансонами, двигавшимися навстречу друг другу (рис. 292,6),
причем геометрический центр образца оставался на месте. В этом
случае металл в щели затекал симметрично. В зависимости от
отношения размеров образцов D : 11 изменяется глубина затека-
ния металла в щель но ее периметру. При D : Н ~ 4 (см. 1,6)
максимальные напряжения, если судить по глубине затекания
металла в щели пуансонов, больше вдоль оси образца. При
D : Н = 1 (см. II, б) напряжения одинаковы во всех направле-
ниях. .При D : Н = 0,3 (см. Ill, б) напряжения убывают на боко-
вой поверхности в направлении от торцов пуансонов.
Анализу процесса выдавливания-прессования посвящено зна-
чительное количество работ. Особенно плодотворными оказались
исследования с помощью метода линий скольжения, например,
работы Л. А. Шофмана [100), исследовавшего деформации и
напряжения тела, идеально пластического (т. е. нсупрочняюще-
гося) при плоской и осесимметричной деформации. Использование
графического метода построения полей скольжения применительно
к жесткопластической деформации дает возможность определить
напряжения и деформации в любой точке пластической зоны
деформируемого тела. На рис. 293 показаны поля линий скольже-
ния для третьей стадии прямого (а) и обратного (б) процессов
выдавливания в условиях плоской деформации. Плоская схема
деформации без значительных погрешностей может быть распро-
странена и на осесимметричную деформацию, применительно
к которой и даны обозначения на рисунках.
Для построения сеток и их анализа деформируемый объем
разделяют на: зоны больших пластических деформаций (очаг
деформации скольжения); упругие (жесткие) зоны, в которых
обычными экспериментальными средствами (например, по коор-
динатным сеткам) не обнаруживаются остаточные деформации;
промежуточные зоны, в которых обнаруживается деформация
лишь при весьма значительной общей деформации. Поскольку
теоретический анализ жестко пластического тела учитывает только
зоны больших пластических деформаций, наиболее достоверной
по этому методу является форма очага деформации скольжения.
Сопоставление сеток линий скольжения с координатными сет-
ками (см. рис. 288) показывает, что получаемые результаты в до-
статочной мере совпадают, согласно им форма очага деформации
описывается контуром полей линий скольжения АСЕ (рис. 293
при максимальном контактном трении, левые части схем) и А'СЕ'
(при отсутствии контактного трения). Поля линий скольжения
4W
при обратном выдавливании (рис. 293, а) подтверждают образо-
вание жестких зон в пассивных и активных частях полости даже
при отсутствии контактного трения. Роль контактного трения
в этом случае весьма существенна (сравните левую и правую
части схем)- При уменьшении коэффициентов трения очаг дефор-
мации значительно уменьшается в объеме и сосредоточивается
вблизи стержневого отверстия.
При обратном способе вы-
давливания (рис. 293, б) жесткие
зоны образуются при любых
Рис. 293. Поля линий скольжения для третьей стадии прямого (а) и обратного
(б) процессов выдавливания в условиях максимальных значений коэффициента
контактного трения р = 0,5 (левые части схем) и при отсутствии трения ц — 0
(правые части схем) [100]
контактных условиях тальков пассивных частях полости. Умень-
шение трения мало изменяет объем и форму очага деформации,
который сосредоточен вблизи стержневого отверстия.
По данным Л. А. Шофмана относительные высоты пластических
зон при прямом способе выдавливания на третьей стадии
процесса соответствуют: при р = 0,5 на боковой поверхности
полости =1,4; при р = 0 ^0,7. Соответственно для
обратного метода выдавливания при р = 0,5 -% 0,6 и при
р — О 0,5. Эти данные относятся к случаю выдавливания
л, *
в узкое прямоугольное стержневое отверстие, но, как и другие
данные но плоской задаче, при небольшой погрешности они могут
быть распространены и на осесимметричную задачу, т. е. па вы-
ходные отверстия диаметром 2г круглого сечения.
&
Деформация заготовок, у которых относительная высота больше
указанных для очага деформации, происходит в условиях стацио-
нарного процесса. Если относительная высота заготовок меньше,
чем относительная высота очага деформации, то пластическая зона
воздействиет непосредственно на пуансон и непрерывно умень-
шается по мере его продвижения. Этот процесс называется не-
стационарным. Графики «усилие—рабочий ход» при условии исте-
чения металла через очко имеют различную форму (рис. 294).
Начальный подъем кривых соответствует первой стадии процесса—
периоду осадки заготовок. Средняя часть кривых относится
к стационарному периоду выдавливания, а подъем кривых в конце
Рис. 294. Типовые кривые «усилие—рабочий jn-д»
при выдавливании металла [17]
процесса связан с возрастанием сопротивления трения па торцах
вследствие значительного уменьшения высоты заготовки Н <Л0.
Примерно постоянное усилие выдавливания (кривая /) бывает
в двух случаях; при относительно небольшой скорости прямого
истечения нагретого металла, когда уменьшение боковых сил
трения по мере укорочения заготовки сопровождается увеличе-
нием сопротивления деформации в связи с понижением темпера-
туры металла; при обратном выдавливании, когда температура
металла существенно не изменяется.
Падение усилия прямого выдавливания (кривая 2) наблю-
дается в связи с уменьшением сил трения, в то время как темпера-
тура металла заметно не изменяется. Штрихпунктирной линией
показан характер кривой при выдавливании сплавов, склонных
к проявлению хрупкости.
Возрастание усилия выдавливания (кривая .?) является след-
ствием большой скорости деформирования, при которой упрочне-
ние полностью не устраняется в процессе одновременно проте-
кающей рекристаллизации металла. По такой схеме совершается
обычно процесс выдавливания стальных поковок.
Деформация при выдавливании (как и при прессовании)
характеризуется ярко выраженной схемой трехосного сжатия,
осуществление которой сопровождается очень высокими удельными
458
усилиями течения. Эта обстоятельство препятствовало практи-
ческому использованию выдавливания стали из-за небольшого
срока службы инструмента. Применение прочных штамповых ста-
лей и соответствующих смазок позволяет в настоящее время
успешно деформировать различные стали не только в горячем,
но и в холодном состоянии. Значительному развитию процессов
выдавливания способствовало то обстоятельство, что трехосная
схема сжатия позволяет обрабатывать малопластичные сплавы,
деформация которых в обычных штампах сопровождается появле-
нием трещин и других дефектов. Удель-
ное усилие истечения интенсивно рас-
тет с увеличением степени деформации,
которая обычно характеризуется сле-
дующим выражением;
Рис. 295. Зависимость сред-
него удельного давления
течения при выдавливании
от степени деформации
(сталь 35, температура вы-
давливания 1150° С, по
Л. В. Прозорову)
где F и / — площади входного и выход-
ного отверстий.
Так, например, при выдавливании
(прессовании) стальных труб (рис. 295)
из заготовки D 0 124 мм и Н 0 — 150 мм
увеличение степени деформации с 88,5
до 98% сопровождается повышением
удельного усилия с 274 до 686 Мн/м*
(примерно с 28 до 70 кПмм?, т. е. более
чем в 2 раза. По данным Л. В. Прозо-
рова [67 ] удельное усилие при темпе-
ратуре прессования 1150° С стали марки
35 достигает 1176—1274 Мн/м^ (—120—130 кГ/мм2). Поэтому
инструмент для штамповки выдавливанием должен быть изго-
товлен из высокопрочной и износоустойчивой стали. Для повы-
шения срока службы инструмента применяют нитрирование его
рабочих частей. Решающее значение для успешного протека-
ния процесса выдавливания имеют применяемые смазки, которые
приводят к снижению удельных усилий и увеличению срока
службы штампов. В качестве смазок применяют коллоидные рас-
творы графита и специальные графитовые пасты, содержащие,
кроме графита, соли и минеральные масла. При выдавливании
жаропрочных марок стали в качестве смазок применяют смазки
на основе стекла, а также коллоидные растворы стекла с добавкой
спирта; эти смазки не только понижают коэффициент трения,
но и служат теплоизолирующим слоем, который разделяет заго-
товку и инструмент. Смазка предотвращает налипание деформи-
руемого металла на стенки штампа. Перед подачей металла в по-
лость штампа поверхность заготовки должна быть тщательно
очищена от окалины. На рис. 296 приведен график усилий
' О
при штамповке клапана (операция Ья). Из заготовки диамет-
ром 50 мм и высотой 60 мм в первом ручье выдавливается стержень
клапана. Затем заготовку штампуют в окончательном ручье закры-
того типа, в котором длина стержня практически не увеличивается.
В настоящее время клапаны выдавливают и за одни переход.
Экспериментальная кривая при горячем выдавливании кла-
пана на кривошипном прессе соответствует кривой 3 (рис. 294)
для истечения по прямому методу. Однако кривая на рис. 296
более типична для условий выдавливания поковок. По этой кри-
вой можно судить о том,
Рис. 296. График «усилие—рабочий ход» при
ютамионке клапана методом выдавливания
(по А. В. Ребельскому)
что большая часть хода
пуансона затрачивается
на заполнение полости и
только незначительная
часть при возрастании уси-
лия от 980 до 4300 ин
(—100 до 480 т) происхо-
дит при уже заполненной
полости матрицы, форма
которой близка к кониче-
ской. Это существенно от-
личает выдавливание по-
ковок от процесса прессо-
вания, при котором боль-
шая часть хода пуансона
относится к периоду дефор-
мации металла при запол-
ненной полости. В связи
с этим условия деформации
металла также неодинаковы. Для процесса прессования степень
/ _____________________________ г
деформации подсчитывают как - (она изменяется от 0 до 1),
Л
а коэффициент деформации как Кв -у (он изменяется от 1 до со).
Согласно этим показателям величина деформации нс зависит от
деформации по высоте заготовки и постоянна от начала и до конца
процесса прессования. Использовать эти показатели для процесса
выдавливания можно лишь в третьей стадии, которая, как было
сказано выше, относительно мала. Большая часть деформации
при выдавливании поковок происходит на первых двух стадиях
процесса, когда степень деформации не только зависит, по и опре-
деляется величиной деформации по высоте.
Следовательно, при выдавливании поковок степень деформации
определяется двумя видами показателей. До сих пор методика
определения суммарной степени деформации при выдавливании
не разработана. Поэтому отсутствует и количественная характе-
ристика неравномерности деформации при выдавливании. Про
46 и
цессы выдавливания Сопровождаются значительной неравномер-
ностью деформации, что особенно характерно для стержневой части
поковки, образуемой в основном при неустановившемся процессе.
Об этом можно судить по искажению координатной сетки на
рис. 288. Если судить по изменению твердости за счет наклепа
при холодном выдавливании поковок, то действительная местная
степень деформации увеличивается в поперечном сечении стержня
от его оси к периферии и по длине стержня — от его конца к месту
перехода в корпусную часть поковки. Для того чтобы раэграни-
Рис< 297. Неравномерность деформации в процессе
выдавливания:
1 -г- прямая расчетной деформации 2 — кривая измене-
ния деформации по длине стержня
чить степень деформации и соответственно ее неравномерность
в корпусной и стержневой частях поковки, следует образец (раз-
резанный по продольному сечению) с координатной сеткой па
одной его половине продеформировать до начала стадии заполне-
ния полости. По искажению сетки можно установить распределе-
ние деформации на первой и второй стадиях выдавливания.
После этого наносится координатная сетка на другой, уже обжа-
той половине образца; после окончания выдавливания стержня
можно установить неравномерность деформации и на третьей
стадии выдавливания. В качестве показателя неравномерности
деформации в стержневой части поковки может быть использован
угол у отклонения линий сетки от своего первоначального поло-
жения (рис. 297).
Более наглядно неравномерность деформации можеи быть
оценена величиной, учитывающей кривизну линий координатной
сетки ио длине стержня. Из рассмотрения расположения этих
линий можно заключить, что
“Ь ^Ti+i in н- й.л,
откуда
Ф1+1 Ц-i ~ If
Абсолютное приращение кривизны линий координатной сетки
по мере увеличения длины стержня может быть представлено как
Лй — iK ic,
где iK — расстояние между краями линий искаженной координат-
ной сетки;
ic — расстояние между серединами линий координатной сетки.
Величина Ла является характеристикой абсолютной продоль-
ной. неравномерности деформации между любыми двумя сосед-
ними поперечными линиями сетки в стержне поковки.
Относительной величиной неравномерности деформации яв-
Ла „ .
ляется-отношение —, где j0 — шаг координатной сетки (в дан-
ном случае — расстояние между параллельными линиями, нане-
сенными вдоль диаметра исходной цилиндрической заготовки в ее
продольном сечении).
Неравномерность деформации можно выразить также раз-
ностью или отношением величины деформации средней для всего
объема и местной для выбранной точки.
На рис, 297 приведено сопоставление расчетной (сред-
Р___________________________________________________t
ней) величины деформации, подсчитанной как е, = —~ (пря-
мая 1), где F — —и f — ——, с местной деформацией, под-
считанной как ‘ ~~ *- (кривая 2), где Г — расстояние между
линиями сетки. Это расстояние определяют исходя из того,
что местную деформацию можно подсчитать в любом месте
сечения стержня. Например, вдоль оси стержня ел -= --“5;
у поверхности продольная местная деформация составляет
к" — £«___Величины ея и е„ являются сопоставимыми, так
И ем
как обе изменяются в пределах от 0 до 1.
Конец стержня получает местную деформацию ед < в„, а его
противоположная часть еи > Точка 3 пересечения прямой 7
и кривой 2 соответствует равенству 8Л = ев. Левее этой точки
(область А) местные продольные деформации стержня меньше
расчетных, а правее (область 5) — больше расчетных. Разность
Дб = е9 — характеризует абсолютную продольную неравно-
мерность деформации (слева отрицательная или нижний предел,
справа положительная или верхний предел неравномерности).
Точка 3, определяемая по величине е.м, находится правее анало-
гичной точки, определяемой по величине ем. Таким образом
462
логарифмических коэффициентов: ем
равенство ем = ея вдоль диаметра стержня описывается некоторой
кривой. Неравномерность деформации можно выразить также
с помощью любого показателя деформации, например с помощью
= 1п ~ и ев = 1п тогда
*0 г
абсолютная продольная неравномерность деформации составит
л Ас
величину, равную Ае — ем — ев, а относительная — -—.
Си
Для определения неравномерности деформации в поперечных
направлениях (по диаметру стержня) можно воспользоваться
положениями о постоянстве объема и о связи продольных и по-
перечных деформаций (см. табл. 15). В каждом элементе объема
продольная деформация, выраженная логарифмическими коэф-
фициентами, равна сумме поперечных. Для круглого стержня
поперечные деформации равны между' собой, поэтому расчет их
еще более упрощается.
В реальных условиях процесса степень деформации при
выдавливании достигает 80—90%, что соответствует Ке = 5н-15.
Скорости истечения или выдавливания Wf пропорциональны
коэффициенту деформации Кв и скорости движения инструмента
Скорость истечения равна
Например, для гидравлического тихоходного пресса скорость
движения инструмента составляет 0,15 м/сек, что при Кд = 10
соответствует скорости выдавливания W? = 1,5 м/сек, Для более
быстроходных машин (кривошипных, фрикционных прессов) эта
скорость в несколько раз больше.
Чем пластичнее материал, тем с относительно большей сте-
пенью деформации и скоростью истечения можно осуществлять
штамповку выдавливанием. Прессы для удаления готовых изде-
лий из полости, имеющей незначительный штамповочный уклон,
должны быть снабжены выталкивателями (верхним и нижним).
На рис. 298 приведен штамп кривошипного пресса для ком-
бинированного двухстороннего прямого выдавливания поковки
с фланцем, по бокам которого находятся развитые ступенчатые
части. Поковка изготовляется из стали 35X. Заготовка диаметром
85 лш и длиной 182 мм отрезается на пресс-ножницах в холодном
состоянии. После нагрева до 1200° С заготовка немного подсажи-
вается (до высоты Нк = 80 льи), а затем укладывается в полость
матрицы для выдавливания за один ход пресса усилием 35 280 кн
(—3600 т). Излишек металла вследствие неточности дозировки
заготовки выдавливается в стержень, длина которого несколько
увеличивается по сравнению с расчетной по минимальному объему.
Выталкивание поковки из нижней полости обеспечивается вытал-
463
Рис. 298. Штамп для выдавливания
цапфы прицепа
кивателем /, а из верхней — выталкивателем 8. Нижняя часть
штампа, которая состоит из матрицы 4, закрепленной в бандаже 3,
горячей посадкой монтируется в пакете при помощи державки 2.
Верхняя часть штампа состоит из полого пуансона 6, опирающе-
гося на плиту 7, которая соединена с пуансонодержателем 5 и
хвостовиком 10. Внутри хвостовика помещается нажимной сухарь
верхнего выталкивателя 8. Сухарь 11 поддерживается в верхнем
положении пружиной 9. Штамп
имеет газоотводные каналы
в стержне выталкивателя 1 и
пуансоне 6.
На рис. 299 приведены пере-
ходы при штамповке поковки
со сквозным отверстием спо-
собом прямого в ы да вливания,
а парне. 300 — соответствующий
штамп. После осадки заготовки
(переход I, рис. 299) она по-
ступает в фасонировочный за-
крытый ручей, в котором обра-
зуется двухсторонняя наметка
отверстия поковки (переход II).
В следующем ручье (переход
III) пуансон входит в полость
поковки,просекает пленку и при
дальнейшем движении наруж-
ной обоймы осуществляет вы-
давливние трубчатого стержня
поковки. В последнем ручье,
расположенном в середине па-
кета штампа (переход IV), пуан-
сон входит в отверстие поковки
и служит в качестве оправки
(аналогично игле при прессова-
нии труб). Формующая обойма пуансона осуществляет штамповку
фланца поковки в закрытом ручье. Штамп имеет кольцевые ниж-
ние выталкиватели. Съем заготовки и поковки с пуансонов произ-
водится движением обойм пуансонов при возвращении ползуна
кривошипного пресса в исходное положение.
Штамповка с использованием бокового выдавливания (рис. 301)
применяется для поковок, требующих двойного разъема штапов.
Дополнительный разъем штампа проходит по матрице и может
быть осуществлен в двух вариантах. В одном случае разъем
матрицы перпендикулярен направлению движения пуансона
(рис. 301, а), в другом параллелен этому направлению движения
(рис. 301, б). Применение указанных штампов значительно рас-
ширяет номенклатуру штампуемых поковок.
464
Перевод/
Рис. 299. Технологические переходы штамповки выдав-
ливанием поковки со сквозным отверстием (цапфа
поворотного кулака)
Переход //
Рис. 300. Штамп для изготовления поковки поворотного кулака методом прямого
выдавливания иа кривошипном прессе
30 я. М. Охрименко
5Э7
465
Противодавление при штамповке выдавливанием применяется
для тех же целей, что и при штамповке в закрытых штампах
(см. § 4). Конструктивное оформление систем противодавления
также аналогично описанному ранее.
На рис. 302 приведена сложная гидравлическая система про-
тиводавления при обратном выдаливании поковок в штампе
с кольцевым выходным отверстием (а) и цилиндрическим выход-
ным отверстием (б). Этот штамп применяется для выдавливания
поковок из хрупких спавов, например из чугуна или жаропрочных
Рис. 301. Схема бокового выдавливания в разъемных матри-
цах (по А, В. Ребельскому). Стрелки указывают движение
пуансона и подвижной части матрицы
малопластичных сплавов, так как противодавление обеспечивается
на всем протяжении операции выдавливания. Верхняя часть /
штампа с пуансоном 2 смонтирована вместе с гидравлическим
устройством для противодавления, корпус 3 которого герметизи-
рован с помощью уплотнителей 4. В корпусе 3 перемещается пор-
шень 5, полый шток которого скользит по пуансону 2. Пружина 6,
работающая на сжатие, упирается в верхнюю часть 1 штампа
и выемку поршня 5, устанавливая его в исходное положение.
Камера 7 для жидкости над поршнем и подпоршневое простран-
ство 8 соединены между собой каналом 9, рабочее сечение которого
регулируется конусом 10. Когда жидкость поступает в камеру 7
(при возвращении поршня в нижнее исходное положение после
окончания выдавливания), шариковый клапан 11 открывается,
позволяя поршню 5 быстро принять исходное положение с по-
мощью пружины 6.
Рабочий ход пуансона, осуществляемый в направлении стрелки
А, сопровождается движением поршня в направлении стрелки Б
под действием на него металла, выдавливаемого из полости 12,
Работа системы противодавления происходит в следующем по-
466
рядке. После нагревания заготовка устанавливается в полость 12
нижней части 13 штампа. До начала деформации нижняя кольце-
вая часть поршня одновременно с торцом пуансона входит в со-
прикосновение с металлом. В начале выдавливания металла пуан-
соном поршень 5 перемещается вверх, вытесняя жидкость из ка-
меры 7 в подпоршяевое пространство 8 через отверстие, которое
регулируется конусом 10. Увеличением или уменьшением этого
отверстия можно добиться противодавления в широком диапазоне
Рис. 302. Схема противодавления штампа для обратного
выдавливания поковок из чугуна и других хрупких спла-
вов на гидравлическом прессе [112]
сил, тормозящих выдавливание. Система противодавления при
обратном выдавливании грибовидных поковок приведена на схеме
рис. 302, б. Действие системы аналогично предыдущей, устрой-
ство же штампа несколько проще. Отличие состоит в том, что
вместо конуса для регулирования величины противодавления
здесь применяется поворотный кран.
Величина противодавления при выдавливании поковок из
хрупких и малопластичных металлов составляет 98—245 Мн/м*
(10—25 кГУмм?). При выдавливании грибовидных поковок из
серого чугуна величина противодавления может составлять 29—
39 Мн/м2 (—3—4 кГ/мм2) [38]. Такое противодавление предотвра-
щает образование трещин, так как обеспечивает ярко выраженное
напряженное состояние трехосного сжатия.
Кроме того, штамповка выдавливанием обеспечивает большую
точность размеров, высокую чистоту поверхности поковок и почти
30* 467
Полностью устраняет обработку на металлорежущих станках. Так,
например, клапаны, полученные штамповкой этим способом,
подвергаются незначительной обработке в местах их посадки
в седло и на конус стержня.
Прошивка в штампах. Прошивка представляет собой процесс
вдаливания инструмента (пуансона) в заготовку, в результате
которого получаются поковки с углублениями (полостями) раз-
личной формы. Различают открытую или свободную прошивку
Рис. 303. Разновидности процесса^ а крытой прошивки
и закрытую прошивку в зависимости от того, имеет ли металл
возможность течь перпендикулярно направлению действующей
силы или нет.
Рассмотренные выше процессы прошивки представляли собой
либо промежуточный этап формирования (например, при запол-
нении ручья штампов молотов, см. § 3), либо самостоятельную
операцию штамповки на универсальном оборудовании (напри-
мер, при штамповке на горизонтально-ковочных машинах, § 6).
Здесь рассматривается специализированный процесс прошивки,
применяемый для получения поковок типа снарядных стаканов,
гильз, толстостенных баллонов, пустотелых детален и т. п. Для
глубокой прошивки требуется большая величина рабочего хода,
поэтому особенно широкое применение получила прошивка на
гидравлических прессах. Эти прессы обычно снабжены выталкива-
телями, что важно при штамповке с небольшим уклоном полости
штампов.
Разновидности процесса закрытой прошивки в основном ха-
рактеризуются формой и соотношением размеров заготовок
(рис. 303). Если диаметр цилиндрической заготовки (рис. 303, а)
468
меньше диаметра матрицы (£>0 < dM), то процесс прошивки со-
стоит из следующих стадий. Первая стадия — свободная про-
шивка, сопровождающаяся осадкой и радиальной раздачей за-
готовки. С момента соприкосновения бочкообразной боковой
поверхности заготовки со стенками матрицы начинается вторая
стадия прошивки. Когда полость матрицы в основном заполнится,
начинается обратное выдавливание металла (третья стадия про-
шивки).
В промышленности применяется также процесс прошивки
заготовок квадратного сечения в цилиндрической матрице
(рис. 303, б). Диагональ квадратной заготовки, взятой с поло-
жительным допуском, должна быть несколько меньше диаметра
матрицы. При этом сторона квадратной заготовки а должна удов-
летворять условию а+д < 0,7сД. В этом случае начальный период
процесса прошивки осуществляется в несколько иных условиях.
На первой стадии радиальная раздача металла происходит только
в направлениях, перпендикулярных к граням квадратной заго-
товки, так как по диагоналям поперечного сечения заготовка
упирается в боковые стенки штампа. После соприкосновения
заготовки по всему периметру с боковыми стенками штампа нач-
нутся, как и обычно, вторая и третья стадии процесса.
Если диаметр круглой заготовки с учетом положительного
допуска примерно равен диаметру матрицы (рис. 303, в) =^=
— dM, то образование полости в заготовке происходит за счет
выдавливания, т. е. третьей стадии прошивки, минуя две первые.
Первая стадия прошивки характеризуется различным напря-
женным и деформированным состояниями в разных местах заго-
товки [24]. Непосредственно под пуансоном наблюдается трех-
осное сжатие; во внешнем кольцевом участке возникают танген-
циальные положительные деформации и напряжения того же
знака. При штамповке недостаточно пластичных металлов и спла-
вов совпадение положительных напряжений и деформаций может
привести к появлению продольных трещин на боковой поверх-
ности заготовки. Чтобы избежать появления этих трещин, первую
стадию прошивки сокращают до возможного минимума, выбирая
диаметр заготовки, близкий к диаметру полости матрицы,
В период появления реактивных сил от боковых стенок полости
штампа тангенциальные положительные деформации исчезают,
растягивающие напряжения сменяются сжимающими и в любой
точке заготовки наблюдается трехосное сжатие. Высокая пластич-
ность, сопутствующая этой схеме напряжений, исключает появ-
ление трещин. * Деформация заготовки с увеличением размера
вдоль образующей полости матрицы не приводит к появлению
трещин, так как напряжения в этом направлении имеют противо-
положный знак (сжимающие).
На первой стадии процесса прошивки заготовок квадратного
сечения положительные тангенциальные деформации имеются
469
только на тех участках, Оде металл не соприкасается с боковыми
стенками штампа. При прошивке квадратных заготовок пуансо-
нами небольшого диаметра (dn : dx <0,4) металл не заполняет
полости матрицы и на поковке остаются фаски.
Большое влияние на усилие и характер течения металла при
прошивке оказывает форма рабочей поверхности пуансона. При
прошивке применяют пуансоны с коническими тупыми, сфери-
ческими и плоскими головками. Если форма пуансона не диктуется
конфигурацией дна полости поковки, то при разработке' техноло-
Рис. 304. Влияние формы рабочей части пуансона на усилие
прошивки:
1 ’— пуансон с плоской; 2 — еи сферической и .? — с конической
формой головки
гни прошивки следует учитывать данные о влиянии формы пуан-
сона на усилие прошивки (рис. 304). Эти данные свидетельствуют
о том, что вначале усилие прошивки при плоском пуансоне больше,
чем при сферической или конической форме пуансона. В конечной
стадии процесса наименьшее усилие требуется при прошивке
плоским пуансоном и наибольшее — при пуансоне конической
формы. Объяснить это явление можно следующим.
Конический пуансон внедряется в заготовку и подобно клину
раздвигает металл в радиальном направлении (рис. 305, а). Когда
в конце процесса имеет место обратное выдавливание металла,
то перемещение его вдоль оси конусной головки пуансопа проис-
ходит при одновременном уменьшении поперечного сечения (в про-
межутке между пуансоном и матрицей), т. е. происходит течение
в сужающуюся полость. Это вызывает повышение усилия про-
шивки. При свободном внедрении в заготовку пуансона с плоской
головкой (рис. 305, б) необходимо выдавить металл в стороны,
а не раздвигать его, как в случае использования конической го-
ловки пуансона. Это требует больших напряжений в начале про-
470
цесса, но зато обратное выдавливание металла в конце прошивки
облегчено, так как полость, в которой перемещается металл,
имеет постоянное сечение по высоте. Поэтому при перемещении
приходится преодолевать лишь силы трения между готовой
частью поковки и стенками штампа (за пределами очага дефор-
мации).
Па рис 305 показаны действующие при прошивке силы —
внешние и их реакции (левые половины схем) и силы трения
(правые половины схем). Для конического пуансона (рис. 305, а)
нормальная сила JV,
действующая со сторо-
ны пуансона на металл,
представлена двумя со-
ставляющими: силой
Nj, ответственной за ра-
диальную деформацию,
и силой JVj, обжатия
заготовки по высоте.
Соприкосновение метал-
ла с боковой стенкой
полости вызывает появ-
ление реакции /?. Силы
трения Т на пуансоне
представлены составля-
Рис. 305. Схемы действующих сил при прошивке
конусным и плоским пуансонами
(рис. 305, б) действует внешняя сила N.
ющей Тх, направленной
против вектора Nx, и со-
ставляющей Ту, направ-
ленной в сторону Ny.
При плоском пуансоне
С момента соприкосновения металла с боковой стенкой полости
возникает сила )V6 и ее реакция А*. Силы трения Т действуют на
всех контактных поверхностях (указаны стрелками). Вертикаль-
ные силы трения направлены против движения выдавливаемого
металла. Во всех случаях имеются в виду силы трения, действую-
щие на инструменте (на металле силы трения направлены в про-
тивоположные стороны).
На величину усилия прошивки влияет толщина стенки про-
шитого стакана. Наименьшие удельные усилия прн прошивке
соответствуют величине dn : d0 = 0,5-ь0,6 124].
Деформации металла при прошивке можно проследить по
искажениям прямоугольной координатной сетки (рис. 306). При
прошивке закругленным пуансоном зона наибольших деформаций
расположена непосредственно под ним. При плоском пуансоне
контактное трение на его торце приводит к образованию зоны
затрудненной деформации, перемещающейся при прошивке вместе
с пуансоном. Зона наибольших деформаций в этом случае рас-
положена на некотором расстоянии от торца пуансона. На рис. 307
471
Рис. 306. Изменение координатной сетки,
нанесенной в продольном сечении заготовки
перед прошивкой:
— закругленным; б — плоским пуансонами
Рис, 307. Изменение деформаций
по оси заготовки при прошивке:
/ — закругленный и 2 — плоский
пуансоны
Рис. 308* Переходы и штамп
для изготовления снарядного
стакана на гидравлическом
прессе
Рис. 309. График «усилие—рабочий ход» при прощипке снарядного
стакана (по Ф. И Гофману)
#2
рриведены результаты измеренйя степени деформации по осй
прошивки (по методу измерения шага винта, ввинченного в за-
готовку перед ее прошивкой), которые хорошо согласуются с рас-
пределением деформаций по координатной сетке.
На рис. 308 в качестве примера показан процесс изготовления
снарядных стаканов из квадратной заготовки прошивкой на вер-
тикальном гидравлическом прессе. Заготовка 1 вставляется вер-
тикально в матрицу 2 и поддерживается в ней с помощью центри-
рующего кольца 3 (рис. 308, а). Затем пуансон 4, имеющий пло-
ский торец и конусную боковую поверхность, за один ход про-
шивает заготовку. Прошитая заготовка удаляется из матрицы
при помощи выталкивателя 5. Для получения цилиндрического
стакана с тонкой стенкой применяют дополнительную опера-
цию — протяжку через несколько колец. Обычно протягивают
заготовку одновременно через два кольца (рис. 308, б). Прошитая
заготовка 6 вставляется в протяжное кольцо 7, за которым рас-
положено другое протяжное кольцо 8. Пуансон 9, надавливая
на дно прошитой заготовки, протягивает ее, утоняя стенку при
продвижении через оба кольца. На обратном пути съемник 10
снимает с пуансона протянутый стакан 11. Это происходит вслед-
ствие того, что диаметр стакана под действием упругих деформа-
ций немного увеличивается и не может пройти в обратном направ-
лении через отверстие съемника. График изменения усилий по
рабочему ходу при прошивке снарядной заготовки (рис. 309)
имеет следующие особенности. В начале процесса (до положе-
ния I па диаграмме) происходит осаживание заготовки. На
участке диаграммы между положениями I и I1 протекает радиаль-
ная раздача металла, которая сопровождается обратным выда-
вливанием металла. Подъем кривой за положением III объяс-
няется влиянием тонкого дна заготовки и ее охлаждением.
§ 8. СОДЕРЖАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ РАЗРАБОТКИ
И ВЫБОР ВАРИАНТА ШТАМПОВКИ
Особенность разработки технологического процесса штамповки
поковок состоит в том, что одновременно определяется конструк-
ция соответствующей оснастки.
Задачи технологической разработки, исходя из формы и раз-
меров детали по чертежу, в общем случае сводятся к определению
следующего:
Г Объема, формы и размеров заготовки.
2. Объема, формы и размеров поковки.
3. Способа и производительности при нагреве заготовки.
4. Способа штамповки поковок,
5. Количества и формы переходов.
6. Типа, конструкции и размеров инструмента.
7. Типа отделочных операций.
473
8. Экономической эффективности принятого технологического
решения.
Последовательность разработки технологического процесса и
конструирования инструмента следующая. По укрупненным дан-
ным устанавливается целесообразный способ штамповки и выби-
рается тип штампа (например, по величине критической серийности
и с учетом имеющегося оборудования). Затем разрабатывается
чертеж поковки и подбирается исходная заготовка; определяется
термомеханический режим деформации металла.
В соответствии с принятым способом штамповки и типом штампа
производится расчет переходов, определяются усилия (иногда
и работа) па деформацию, подбираются машины-орудия и средства
механизации и автоматизации. Затем разрабатываются рабочие
чертежи конструкций штанов и приспособлений. В заключение
определяют нормы времени и производительность работы, после
чего производят расчет технико-экономических показателей при-
нятого варианта и сопоставляют их с соответствующими показа-
телями, характерными для данной отрасли промышленности.
Отдельные вопросы технологической разработки были рассмо-
трены выше в соответствующих параграфах и главах, исключение
составляют вопросы нормирования, механизации, автоматизации
и организации производства, являющиеся предметом рассмотре-
ния других дисциплин.
В данном разделе приводятся дополнительные материалы для
руководства при разработке технологического процесса.
При разработке технологического процесса горячей штамповки
наибольшие трудности связаны с установлением оптимального
варианта общей схемы процесса. На рис. 310 приведена класси-
фикация разновидностей применяемых процессов х. Учитывая
тип производства, форму и габаритные размеры поковок, состав
стали, требуемую точность поковок и другие их характеристики;
выбирают один из вариантов схемы процесса (рис. 310).
Для установления типа штампа (открытый, закрытый, для
выдавливания) необходимо учитывать особенности конфигурации
поковки.
Для этого следует пользоваться классификацией поковок,
Известно большое количество классификаций и разработаны они
с учетом различных признаков, главными из которых являются
конфигурация, объем и химический состав стали для поковок.
Подобную классификацию предложил А. В. Ребельский [10].
Он же приводит соответствующие технологические рекомендации
для каждого типа поковок.
Более подробная классификация может быть построена на
основании соотношения размеров различных элементов поковок
[115, 109]. Все возможные формы поковок разделены на три класса
1 О штамповке жидкого металла в момент кристаллизации см. гл. VII.
4Н
в зависимости от соотношения их размеров, наличия ярко выра-
женной оси и отростков относительно большей или меньшей длины
(рис. 311). К классу 1 относятся поковки компактных форм с раз-
Горячая объемная
штамповка
Необработанного
металла
Предварительно обра-
бота иного ыетцЛЛ-а
Специализированное фасо-
ннривяпне заготовок
Фасонирование заготовок
на универсальном
оборудования
Отливка
аа готовок
Вальцовка
катаного
металла
Прокатка
с последующей
разделкой
на заготовки:
простого»
фасонного»
периодического
профилей
Ковка
заготовок
Штам-
повка
II НОДГОТО'
I вйтельпых
ручьях
Рис. 310. Классификация процессов горячей объемной штампееки
мерами Ln ^ Bn Нп. Эти поковки объединены в четыре под-
группы в зависимости от отсутствия или наличия придаточных
элементов в виде стержней, выступов и т. п. (101, 102, 103 и 104),
Класс 2 объединяет поковки типа шайб при £„ як Вп > Нп
двух групп и нескольких подгрупп: шайбы с односторонним при-
даточным элементом (группа 21 и пять подгрупп от 211 до 215)
И шайбы с двухсторонними придаточными элементами (группа 22
475
Классификация штампа® а я ных поковок
Класс Группа Под гру.ппа
1. Компактная форма т сь f7 Поковки типа шаров и кубиков 10). Без придаточных элементов 009 102. С односто- ронним придаточным заементом д&э 103. С прида- точным З/iементом по периметру Q |Ц^ 106. С двумя приди точными элементами: односторонним и по периметру
2. Шайбы Название группы Без прида- точного элемента £<? ступиц ей Со ступицей и отверстием С венцом (кольца) С 8енц$н и ступицей
0 й5 &п > Нп Поковки круглого, квадратного и подоб- ных очертаний. Крестообразные па- ковки с короткими отростками, выса- женные головки на удлиненных поковках (фланцы, вентильные тарвлк и и т. 3.) 2?. Шайбы с односто- ронним придаточным элементом 211 212 213 216 215 (2^
22. Шайбы с двухсто- ронним придаточным элементом 222 223 224 LLJ 225
1
3. Удлиненные формы 'bnt' Г/г > ~ На Поковки с ярко выраженной продольной осью Группы по длине: Короткие (1) ( я < ЗВп Долудлинные (2) / Ln=(35~8)Bn Длинные (3) L = (8т1б)В„ Очень длинные (4) L > 16В'п (Цифры, обозначающие группы по длине, ста- вятся через дробь, например 336/2) Название , группы ... Без придаточных элементов С симмет- ричным по отношению к главной оси придаточным элементом С открытой или замкнутой вилкой С несиммет- рично распо- ложенным (J придаточными элементами С двумя или более придаточными элементами разной формы и величины
31. Главный элемент формы с прямой осью 311 312 313 316 315
Ось главного элемента изогнута в одной плоскости- 321 322 323 /У 325
33. Ось изогнута 8 нескольких плоскостях 332 333 336 335
Рис. 311. Классификация илам по ванных поковок (115]
и четыре подгруппы от 222 до 225). В классе 3 поковок удлиненной
формы с Ln '> объединены поковки: короткие (Ln
< ЗВп), полудлинные (L (3->8) В), длинные lLn = (8-е 16) B,J
и весьма длинные (L„ > 16BJ. Этот класс содержит три группы
поковок: с прямой осью (группы 31 с пятью подгруппами от 311
до 315); с изогнутой осью в одной плоскости (группа 32 с пятью
подгруппами от 321 до 325) и с изогнутой осью в нескольких
плоскостях (группа 33 с пятью подгруппами от 331 до 335). Данная
классификация объединяет 28 подгрупп различных поковок
с указанной выше трехзначной нумерацией, при которой первая
цифра означает класс, вторая — группу и третья — подгруппу
поковок. Для более подробной иллюстрации разновидностей
форм поковок могут быть составлены альбомы поковок с кофигу-
рацией одинакового характера.
При выборе переходов штамповки для поковок по дайной
классификации используются указания, приведенные в каждой
главе книги в зависимости от выбранного типа штампа и обору-
дования, Анализ формообразования выполняется на основании
эпюр диаметров и сечений (см. § 3 гл. VI). Например, для поковок
с развилками (подгруппа 313) в эпюре сечений обе площади на
участке развилки объединяются в общую с учетом дополнитель-
ного внутреннего облоя. При очень большом расстоянии между
развилками применяют рассекатели. Для поковок с несимметрично
расположенными придаточными элементами (подгруппа 314) в слу-
чае значительного отклонения от симметричности формы требуется
несимметричное распределение металла с применением формовоч-
ного ручья. Для поковок с изогнутой осью (группы 32 и 33) при-
ходится решать вопрос о том, что будет подвергнуто гибке: заго-
товка или поковка. Решение этого и других подобных вопросов
позволяет установить форму поковки, а следовательно, и форму
полости окончательного ручья штампа. О форме поковки можно
судить по ее чертежу.
Составление чертежей поковок осуществляется в соответствии
с ГОСТом 7505—55. Наиболее распространена двухсторонняя
система допусков, но некоторые предприятия применяют и одно-
стороннюю систему, как более наглядную (см, § 4 гл. V). Оформ-
ление чертежей поковок имеет некоторые особенности. В промыш-
ленности распространены два способа вычерчивания чертежей
поковок. В одном случае чертежи поковок не отличаются от
обычных машиностроительных чертежей, но размеры в них про-
ставляются один над другим: верхние —для поковки, нижние —
для детали. В другом случае деталь вычерчивают внутри контура
поковки линиями наложенной проекции или более тонкими, чем
основные линии, что дает нагладное представление о припусках
и напусках. Допуски с соответствующими знаками (±) простав-
ляются более мелкими цифрами, расположенными справа, не-
сколько выше каждого размера на чертеже. Независимо от способа
478
6ып©.йнёнйя чертежа для штампованных поковок проставляют
размеры, соответствующие холодной или горячей поковке. Чертеж
холодной поковки необходим при ее приемке. Чертеж горячей
поковки используют при конструировании фигуры штампа, по-
скольку профиль полости чистового ручья должен соответствовать
сечению горячей поковки. Размеры на чертежах горячей и холод-
ной поковок отличаются между собой на величину тепловой
усадки металла с момента окончания штамповки. Размеры горячей
поковки можно рассчитать по известной формуле
= /й (1 + af),
где /1 — «горячий» размер;
/0 — «холодный» размер;
а — коэффициент линейного расширения стали;
t°—температура конца штамповки.
Различные условия остывания тонких и массивных частей
поковок требуют раздельного определения усадки для них. Для
ориентировочных расчетов температуру окончания штамповки
полагают равной 900—1000° С, что соответствует линейной усадке
стали примерно 1,2%. Для перевода «холодных» размеров в «го-
рячие» и наоборот используют «усадочные метры» — обычные
масштабные линейки, на которых нанесены линейные размеры
с учетом тепловой усадки стали.
На чертеже поковки (рис. 312) указываются ее наименование,
различные требования (например, твердость или величина неого-
воренных радиусов закруглений), а также материал поковки.
^Масштаб поковочных чертежей выбирается обычно 1:1.
Форма поковки для данной детали зависит от положения ее
оси в процессе штамповки (продольная или поперечная штам-
повка); типа штампа (открытый, закрытый, для выдавливания);
наличия или отсутствия компенсатора и уровня плоскости разъема
по высоте поковки (см. рис. 159).
В табл. 47 приведены разновидности штамповки в открытых
штампах. Наряду с типичным и наиболее распространенным ва-
риантом 1 штамповки с предусматриваемым облоем приведен
перспективный вариант 2 с непредусматриваемым облоем. Поковки
простые и компактные по форме (классов I и 2, рис. 311) при
условии высокой точности заготовок по объему и тщательного их
фасонирования можно штамповать на молотах и прессах с облоем,
образующимся за счет естественного избытка металла, который
не выполняет никакого технологического назначения и обуслов-
лен колебаниями размеров заготовки вследствие неточности про-
катки и разделки прутков. Штамповка по варианту 3 с уменьшен-
ным облоем возможна при переносе плоскости разъема к торцу
поковки. Такое решение часто принимают и для упрощения верх-
него штампа, в частности, при штамповке поковок неболь-
шой толщины (типа гаечных ключей, плоских спиц и т. п.).
479
Разновидности Штампевкй
। Варианты штамповки 1 . . Особенности полости штампа Характсристн ка процесса штамповки Стадии
и
1 С двухсторонним укло- ном относительно плоско' сти рааъсма (разъем в сред- ней части ручья) С предусматри- ваемым облоем С вобедная осадка Осадка с боко- вым подпором за- готовки до начала образования облоя
2 То же С непрсдусмат' риизамым облоем {с естественным мэ* быт ко м мс та л л а) То же То Же
3 С односторонним укло- ном относительно плоско- сти разъема (разъем в пло- скости дна ручья) С предусматри- ваемым облаем То же То Же
4 То же ; С не предусмат- риваемым облоем (с естественным из- бытком металлы) То же То же
480
Таблица 47
в открытых штампах
штамповки । Применение штампа Эскизы i
III IV
За пол не кие ут- лое ручья с од- новременным вытеснением предусмотрен- ного избытка металла Вытеснение остатки из- быточного металла после за- полнения углов ручья (до штам- пов ка) При универсаль- ном способе штам- повки заготовок обычной точности hJJ8
Заполнение уг- ,ло15 ручья с од- новременным вытеснением непредусмот- ренного из- бытка металла При точной заготовке стадия от- сутствует При тщательном фасонировании за- готовок повышен- ной точности
Заполнение уг- лов ручья с од- новременным вытеснением предусмотрен- ного избытка металла Доштам- повкы Для упрощения верхис го шта мпа. уменьшения объема облоя и для гонких поковок
Заполнение уг- лов ручья с од- новременным вытеснением не предусмот- ренного из- бытка металла При ТОЧНОЙ заготовке стадия от- сутствует Для поковок ти- па тел вращения, при асзможпостн разъма штампа по дну полости и по- вышенной точности аагстоэон 118 вш а) 5)
3J
Я- М. Охрименко 597
481
Варианты штамповки Особенности полости штампа X арактеристнка процесса штамповки Стадии
I 11
б С односторонним укло- ном относительно плоско- сти разъема (с комбиниро- ванной облойиой канлекой, обеспечивающей подпор облоя) С предусматри- ваемым облоем Свободна» осадка Осадка с боко- вым подпором за- готовки до начала образования облоя
6 С переменной Шириной порога облойной канав- ки То же То же То же
7 С внутренней облойиой нанавкей (или карманом) То же Свободная осадка То же
Примечание. Сеткой заштрихованы поковки при минимальном облое; аачер
482
Продолжение табл, 47
штамповки Применение штампа Эскизы
... IV
Заполнение уг- лов ручья с од* повременным вытеснением Предусмотрен* него избытка металла Доштам- повка Для улучшения условий заполне- ния сложной поло- сти и уменьшения объема облоя при обычной точности заготовок
То же То же Для затруднения образования облоя в отдельных местах поковок не круглых в плане при обыч- ной точности заго- товок «
То Же То же Для иизинх кру- пногабаритных по- ковок с отверстием, штампуемых с чер- новым ручьем при обычной точности заготовок III
иен добавочный облой при максимальном облое.
31*
483
Разновидности штамповки
Варианты и характеристика штампов Стадии штам
I II Ill
1. Закрытый штамп обыч- ной конструкции Свободная осадка Осадка с боковым подлором Заполнение углов ручья без вытеснения естествен- ного избытка металла, ко- торый увеличивает высоту поковки
2т Закрытый штамп усовер- шенствованной конструкции Го же То же Заполнение углов ручья при. одновременной ча- стичном вытеснении есте- ственного избытка металла в ггаа 1
3. Закрытый штамп с ком- пенсатором То же То же То же
4. Закрытый штамп с раз- дельными устройствами ком- пенсатора в протннодавлепия То же То же То же
5. Закрытый штамп с сов- местным устройством компен- сатора и противодавлвния Го же То же Заполнение углов ручья с одновременным вытесне- нием естественного избыт- ка металла
Примечания: 1. Сеткой аагптрихована поковка при минимальны* отклоие колебаний размеров заготовок. 2. Устройство для противодавления условно показано в виде пружины.
484
Таблица ч'8
в закрытых штампах
попки
IV
Применение штампа
Эскиз ручьев
Стадия отсутствует
Предпочти’ге.льиътй. способ штам-
повки беу дополнительных нэпу*
сков у поковки при за готовках
повышенной точности
Заполнение углов
ручья при одновремен-
ном частичном вытес-
нении естественного из-
бытка металла е паз 1
Для
ноет и
заготовок обычной точ-
Полное вытеснен ис
естественного избытка
металла после запол-
нения углов ручья
Для штамповки На мбЛйТДх,
фрикционных и гидравлических
прессах при обычной точности за-
готовок и ня крнвогциппых прес-
сах при повышенной точности
заготовок
То ясе
При штамповке, малопластпч-
иых материалов и обычной тсч-
иасти аи-готовок
Вытеснение остатка При шгамневке мялопластнч-
избытка м таяла- При ных материалов н обычной или
точной заготовке ста- повышенной точности; заготовок
дия отсутствует
Ниях размеров; зачорнен естественный избыток металла, получающийся вследствие
485
Для поковок более сложных форм и большого объема при штамповке
по варианту 4 без предусматриваемого облоя используют оба
указанных выше мероприятия: наряду с тщательным фасонирова-
нием плоскость разъема размещают у дна поковки. Чтобы избе-
жать торможения при вытеснении естественного избытка металла
из ручья, магазин канавки начинается непосредственно от гра-
ницы полости, при этом порог канавки отсутствует (эскиз а) [22 L
А—А
75S-7O7
Неугашм- gsdnyw ЗакуугаёнЛ
уК/№ИЫ 0°
Oman V) ГОСТ 10SQ-00
Рис. 3I2. Типовой чертеж поковки (размеры остывшей поковки)
-W7-
Описанный вариант штамповки используют в промышленности
и при обычной точности дозировки заготовок. При высадке колец
па горизонтально-ковочных машинах этот вариант штамповки
называют штамповкой в полости пуансона (эскиз б). Штамповка
прутков проката повышенной точности практически не сопрово-
ждается образованием облоя или осуществляется с незначитель-
ным облоем (—1,0%) у некоторой части поковок, который уда-
ляется обточкой на наждачных станках или резцом. Для поковок
сложной формы торможение облоя в пределах порога канавки
бывает недостаточным, и тогда прибегают к использованию боко-
вого подпора облоя в штампе по варианту 5. К переменной ширине
порога облой ной канавки прибегают при штамповке по варианту 6
поковок несимметричных в плане для получения торможения
облоя, неравномерного по периметру канавки. Это позволяет
уменьшить объем облоя. При штамповке крупногабаритных
486
поковок с углублением или отверстием в середине штамп
должен иметь карман в области пленки. Этот вариант штампа
применяется при наличии чернового ручья, чтобы избежать боль-
шой затраты энергии на значительное перемещение металла от
середины к краю полости штампа (см. вариант 7). При этом умень-
шается вероятность образования складок в углах поковок
(см. рис. 173).
В табл. 48 приведены разновидности штамповки в закрытых
штампах. Кроме обычных закрытых штампов (вариант 1), в таб-
лице даны конструкции усовершенствованных штампов, у кото-
рых предусмотрены соответствующие емкости для размещения
небольших заусенцев, обусловленных колебаниями размеров за-
готовок. При осуществлении штамповки по варианту 2 (эскиз а)
заусенцы снимаются при обточке поковки резцом или на наждач-
ных станках. При изготовлении по варианту 2 (эскиз б) заусенец
можно образать подобно облою при штамповке в открытых штам-
пах. Этот заусенец получается незначительным особенно у поко-
вок небольшой высоты, но большого объема. Ступенька на боко-
вой стенке полости штампа не приводит к изменению его типа,
так как в процессе штамповки имеет место боковой подпор металла,
как и в обычном закрытом штампе. Штамповка в штампах с компен-
сатором (вариант 3) обеспечивает вытеснение избытка металла после
заполнения углов ручья. Трудности конструирования штампов
этого типа состоят в отыскании в каждом отдельном случае удач-
ной конструкции компенсатора. Характеристика и разновидности
компенсаторов были даны в гл. VI (см. рис. 229). Там же подробно
даны условия применения компенсаторов в комбинации с устрой-
ствами для противодавления (варианты 4 и 5), которые обеспечи-
вают повышение пластичности хрупких металлов при штамповке
и способствуют лучшему заполнению углов сложной полости
штампа.
Для выбора сочетания и последовательности операций из
общего комплекса операций, применяемых в кузнечно-штамповоч-
ном производстве, дана табл 49.
Установление комплекса необходимых операций в известной
степени субъективно и зависит от опыта технолога и используе-
мых материалов, среди которых только ГОСТы и нормали маши-
ностроения являются обязательными. Поэтому встречаются слу-
чаи различных технологических решений для одинаковых поко-
вок и условий их производства. Унификация нормативных ма-
териалов, введенная с 1959 г. в виде нормалей машиностроения
(МН), обязательных для всех предприятий и организаций неза-
висимо от их ведомственного подчинения, является крупным
техническим достижением. Особенностью введенной нормали-
зации является ее комплексный характер, поскольку унифи-
цированы все виды оснащения технологических процессов
175].
487
Таблица 49
Характеристика операций кузнечио-штамповочного производства
Группа операций Наименование операций Назначение и область применения
а 1» Ж- ЙЭ о р 1 ГО; н в I с» с >—i 1. Правка исходных пруткон 2. Зачистка торцов прутков 3. Калибровка прут- ков — протяжка на волочильном стане через филь- еры 4. Разделка прутков / 5. Очистка поверх- ности заготовок перед нагревом 6. Нагрев заготовок 7. Очистка поверх- ности нагретых за- готовок Преимущественно при последую- щей штамповке на горизонтально-ко- вочных машинах для получения ров- ного стержня в пределах жесткого до- пуск а Для повышения точности отрезки заготовок и отмеривания длины при высадке прутка Для получения минимального при- пуска или стержня, точного по диа- метру без последующей обработки ре- занием, а также при высадке утолще- ния сложной формы без образования облоя Для получения мерных и других типов заготовок; для разделки на бо- лее короткие прутки, если торговая длина не позволяет штамповать от прутка Для удаления поверхностных оки- слов и загрязнений в условиях преци- зионной штамповки (например, при штамповке медицинского инструмен- та) в целях получения поковок с осо- бо чистой поверхностью Для снижения сопротивления де- формации и возможного увеличения пластичности; обеспечения опреде- ленного термомеханического режима деформации металла с целью полу- чения качественных поковок Для повышения точности поковок, увеличения стойкости штампов в слу- чае, если используемые средства на- грева заготовок не обеспечивают тре- буемой чистоты поверхности поковок
II Формоизменяющие операции I. Профилирование и фасонирование за- готовок 2. Предварительная штамповка 3. Окончательная штамповка Для перераспределения металла за- готовки в соответствии с величиной площадей поперечных сечений и объ- емов элементов поковки Для получения формы, близкой к окончательной, с целью уменьшения, объема облоя, повышения точности поковки и увеличения стойкости окончательного ручья штампа Для получения окончательной формы поковки или формы, приво- димой к окончательной посредством дополнительных формоизменяющих и отделочных операций
488
Продолжение табл. 49
Группа операций Наименование операций Назначение и область применения
III Охлаждение и тер- мическая обработка поковок 1. Методическое ох- лаждение 2. Нормализация 3. Отжиг 4. Высокий отпуск 5. Улучшение (за- калка-отпуск) Для снятия внутренних остаточ- ных напряжений и получения опта- мальяой макро- и микроструктуры, а также механических свойств (твер- дости, предела прочности, относи- тельного удлинения и сужения, удар- ной вязкости и пр.), В соответствии с техническими условиями
IV Обрезные и отделочные операции 1. Обрезные для об- лоя и просечные для пленок 2. Срезание напусков от штамповочных уклонов 3. Зачистка заусен- цев 4. Очистка поверх- ности поковок 5. Правка поковок S. Калибровка поко- вок (холодная и горячая) Для удаления облоя, пленок и пе- ремычек с целью получения поковок окончательной формы Для уменьшения объема механи- ческой обработки Для удаления (абразивной обра- боткой на наждачных станках) оста- точных заусенцев после обрезки об- лоя; торцового заусенца при безоб- лойной штамповке Для удаления дробеметттай обра- боткой, галтовкой и травлением ока- лины и получения чистой поверх- ности поковок Для устранения искажений (ис- кривлений, коробления, закрутки) формы поковок при обработке в пра- вочных штампах Для получения размеров или массы поковок в пределах относительно жестких допусков и поверхностей по- ковок повышенной чистоты
V Контроль качества и контрольные операции Контроль: 1. Исходного металла 2. Резки заготовок 3. Нагрева заготовок 4. Формоизменяющих операций 5. Отделочных опе- раций 6. Структуры и ме- ханических свойств поковок Для установления требований в со- ответствии с техническими условиями применяется па всех стадиях произ- водства поковок с установленными режимами
489
Ниже приведен перечень ГОСТов, нормалей и руководящих
материалов, необходимых при разработке технологического про-
цесса различных способов горячей штамповки.
Название ГОСТов, пор и а,лей (МН) л руководящих материалов (РТМ.) па технологическую оснастку для горячей штамповки ГОСТы, нормали и руководящие материалы
Допуски, припуски и кузнечные напуски на детали, изготовляемые горячей объемной штамповкой из черных металлов ГОСТ 7505—55
Заготовки стальные кованые для штампов горячей штамповки ГОСТ 7831-55
Элементы крепления бойков и штампов в бабе и по- душке ГОСТ 6039—51
Штампы для объемной горячей штамповки .... МН 4235—63-4 МН
Вставки для молотовых штампов . . 4249—63
Штампы для объемной, горячей штамповки на кри- вошипных прессах. Блоки, узлы и детали. Кон- струкция и исполнительные размеры МН 4808—634- МН 4812—63
Штампы для горизонтально-ковочных машин. Де- тали и узлы. Конструкция и исполнительные раз- меры МН 1277—60-4 МН 1290—60
Штампы для объемной горячей штамповки на вин- товых фрикционных прессах. Блоки и детали МН 4202—634-МН 4206—63
Штампы для обрезки облоя. Конструкция и испол- нительные размеры МН 1748—614-МН 1773—61
Штампы для калибровки на чеканочных прессах. Блоки, пакеты и их детали МН 4557—634-МН 4577—63
Штампы молотовые для объемной горячей штам- повки. Расчеты и конструирование РТМ 56—62
Штампы для горизонтально-ковочных машин. Рас- четы и конструирование РТМ 39—61
Штампы для объемной горячей штамповки на винто- вых фрикционных прессах. Расчеты и конструи- рование РТМ 93—63
Штампы для обрезки облоя. Конструирование . , . РТМ 29—61
Марки сталей и нормы твердости штампов для объемной горячей штамповки РТМ 104—63, РТМ 108—63
490
На рис. 313 (см. вклейку) приведена номограмма, по которой
можно подобрать соотношения размеров заготовки и увязать их
с допусками на поковку объемом до 10 000 слг'3, определить необ-
ходимость применения компенсатора при выбранной заготовке
и оценить возможную точность штамповки в закрытых штампах
для оборудования любого типа. Номограмма содержит четыре
поля. Поле 1 связывает номинальный объем поковки или заго-
товки (при штамповке в закрытом штампе они равны между со-
бой) с отношением , где /Д — диаметр поковки; —
11П Itu)
И V
средняя высота поковки, найденная как -7.- —----
0.78D;
Поле 11 связывает относительное колебание объема заготовки
-у-со средней высотой поковки На этом поле размещены
кривые с различными колебаниями размеров поковки в пределах
допуска Д по высоте от 0,5 до 5 мм.
ЛИ
Поле III связывает величину с диаметром заготовки Do;
ДР 2ДР -|- ALa/zx /Д .. т 11
при этом ~-----------г, —, где m = -г—. На поле 111
1 V Do Ln
по нормативным материалам простроены кривые точности объема
заготовок, разделанных иа пресс-ножиицах из проката нормаль-
ной точности (сплошные линии), и кривые для более точных
заготовок (штрихпунктирные линии), получаемых точной про-
каткой, прессованием, волочением и резкой на пилах.
Поле /V связывает объем заготовки V с диаметром заготовки D 0.
Пользование номограммой объясним на примере. Поковка объе-
мом 400 см3, Яя (,р) — 22 мм, Dn 146,6 мм. Допуск по высоте
поковки Д -- 2 мм. Тогда ц —— — -Дь— = 6,6. Заготовка раз-
lin (ср)
делывается на пресс-ножницах из прутков нормальной точности.
Для того чтобы подобрать наиболее выгодное соотношение разме-
ров заготовки, отыскиваем на ординате нижней половины номо-
граммы объем, равный 400 сж3, и проводим горизонтальную ли-
лию до встречи с кривой поля 1, соответствующей у,—— — 6,6
jtn[cp)
(точка Л); затем проводим вертикальную линию до встречи па
поле II с кривой, соответствующей Д = 2 мм (точка £). Горизон-
тальная линия на поле III пересекает кривые, соответствующие
различным соотношениям размеров заготовок, которые отвечают
требованиям задачи, Для выбора заготовок возвращаемся к исход-
ной точке (V =• 400 см3) и, проведя горизонтальную линию до
встречи с кривыми поля IV, устанавливаем значение m — .
Например, при m = 0,5 (точка В) вертикаль, проведенная к дан-
ной точке, пересекается в точке Г с горизонталью, проведенной
через точ ку А (на'поле 777). Это'показывает возможность удоЪле*
творения заданных условий штамповки в закрытом штампе без
компенсатора при размерах заготовки Do — 62,5 мм и //0 —
= 125 мм. ‘Нетрудно видеть, что данную поковку можно штампо-
вать и при меньшем допуске, например, при Д 1,5 мм. Для
получения поля допуска Д -- 1 мм необходима заготовка из
Проката повышенной точности или из калиброванной заготовки
(так как горизонталь от поля //к полю III пересекает штрихпунк-
тирные линии поля III).
Указанная номограмма не учитывает износа штампов и изменения соъема
поковки вследствие температурных колебаний. Учесть изменения объема в про-
цессе штамповки (при штамповке в
Точность процесса иоготовлония no/toSox
Рис. 314. Зависимость точности про-
цесса изготовления поковок от разме-
ров припускав и допусков на поковки
облойиых штампах и в штампах дли
выдавливания) довольно сложно-
Кузнечное производство ха-
рактеризуется несколькими по-
казателями точности. Отличают
точность размеров поковок,
характеризуемую полем допус-
ков, от точности приближения
формы поковок к форме детали,
которая определяется величи-
ной фактических припусков,
так как от них зависит степень
приближения формы и разме-
ров поковок к форме и разме-
рам детали. Фактический при-
пуск (характеризующий объем стружки и угар металла при тер-
мической обработке поковок) учитывает величины дефектного слоя
металла; напуски, упрощающие форму поковки и от штамповоч-
ных уклонов и слой металла за счет допусков.
Известно также понятие о точности процесса изготовления
поковок. Эта точность тем выше, чем ближе форма поковок к форме
деталей и чем меньше колебания размеров поковок. Таким обра-
зом, точность процесса объединяет в себе оба упомянутые выше
понятия точности. Высокая точность размеров поковок частично
уменьшает потери металла в стружку и упрощает автоматизирован-
ную обработку резанием. Однако наиболее полно отходы металла
характеризуются точностью процессов изготовления поковки.
На рис. 314 приведен график, характеризующий связь между
припусками, допусками и точностью процесса изготовления по-
ковок. Как видно из графика, припуски изменяются от некоторых
положительных величин до нуля, тогда как допуски всегда больше
нуля. Движение по оси абсцисс слева направо означает переход
от процесса низкой точности (например, от свободной ковки)
к процессу большей точности (например, к штамповке с чеканкой)
и, наконец, к процессу высокой точности (например, к выдавли-
492
йанию), при котором уровень допусков (по линии /—/) удовлетво-
ряет условиям сборки машины, а припуски отсутствуют.
Определение усилия пресса и массы падающих частей молота.
Одним из наиболее ответственных расчетов при разработке техно-
логических процессов штамповки является расчет необходимого
усилия пресса или массы падающих частей молота. От правиль-
ного выбора машины-орудия зависят расход энергии, производи-
тельность, точность получаемых изделий, износ инструмента и др.
Существующие методы определения типоразмеров оборудова-
ния могут быть разделены на три группы: эмпирические, экспе-
риментальные и теоретические.
Эмпирические методы основаны па практических
результатах при ковке и штамповке в различных отраслях про-
мышленности. Эмпирические формулы обычно не имеют физиче-
ского смысла, и во многих случаях они связывают величины, не
согласующиеся между собой по размерности. В качестве примера
для определения массы падающих частей молота рассмотрим
формулу, используемую часто на практике,
G = ^r-v (g = t-v)> («»
где h — высота падения бабы молота в м (ел*):
п — число ударов молота при штамповке в чистовом
ручье;
Рп •— поверхность поковки в м2 (елг2);
а' (а") — удельная работа на 1 xt2 (см2) площади поверхности
в дж/м2 (к-Г-м/см")-,
у — отношение предела прочности марки стали, из ко-
торой штампуется поковка при температуре конца
штамповки, к той же величине для стали с ofl —
= 491 Мн/м2 (50 кГ/'мм2').
Для расчетов рекомендуется принимать п — 4, а а' =
2,4 Мдж/м2 (а" — 24,5 кГ-м/см2) для стали с ов ~ 491 Л1н/№
(50 кГ/мм2).
При расчете массы падающих частей молота двойного действия
влияние верхнего пара учитывается введением в знаменатель
коэффициента, равного 1,8.
Для упрощения расчета по формуле (80) пользуются пример-
ным соотношением между поверхностью поковки и площадью
ее проекции:
Ftl 2,3Fnp.
При установлении массы падающих частей молота для штам-
повки следует исходить из наибольшей работы деформации, за-
трачиваемой при последнем ударе.
П. П. Еднерал на основании опыта штамповки 45 типов по-
ковок автомобильного завода имени Лихачева показал, что
493
работа одного удара Молота двойного действия, затрачиваемая
в чистовом ручье штампа и отнесенная к объему поковки, дает
значительно большие отклонения от средних значений, чем в слу-
чае отнесения ее к площади проекции поковки с включением
площади облоя.
Этим автором установлены следующие расчетные формулы:
А*) = P'Frt;i (4^ Л%>);
б = Ф^ (81)
где Ay$ — работа одного удара молота в дж (кГ-м);
G — фактическая масса падающих частей молота в кг‘,
Fnp — суммарная площадь горизонтальной проекции по-
ковки и облоя в конце штамповки в л2 (с.м2);
р' JtfV') — удельная работа одного удара молота в дж/м2
(кГ-м/см2)'
ф' (Ф") — удельная масса падающих частей молота в кПсм2.
Для конструкционных мало- и среднеуглеродистых, а также
для малолегированных сталей значения p' (fT) и ф' (ф") при
температуре конца штамповки приняты: р' (Р") -- 547 дж/м2
(5,7 кГ-м/см'1); ф' (ф") 399 дж/м'2 (4,0 кГ/см2).
Для определения приблизительного соотношения между уси-
лием пресса и массой падающих частей молота можно восполь-
зоваться выражением, предложенным Е. П. Уиксовым,
Р - (104-12) G Мн [Р = (10004-1200)6 ml,
где Р — усилие штамповки на прессе в Мн (щ);
G — масса падающих частей молота в т.
Большее значение коэффициента в скобках относится к более
крупному оборудованию.
Для подбора пресса и молота можно использовать одни и те
же эмпирические формулы с учетом указанного соотношения.
Экспериментальные методы определения уси-
лия с помощью месдоз используют в исследовательских целях,
поскольку в этом случае процесс штамповки уже осуществлен;
при разработке технологического процесса ориентируются на еще
неосуществленный процесс ковки, штамповки.
Экспериментальный метод, используемый для определения
типоразмера оборудования, основан на известном положении
о подобии. На модели небольшого размера воспроизводят процесс
штамповки. При этом с помощью приборов фиксируют необходи-
мые величины (работу, усилие для деформации), которые затем
пересчитывают с учетом масштабных коэффициентов для процес-
сов, совершаемых динамически в условиях высоких температур.
С учетом положения о подобии формула для определения
усилия, необходимого для деформации, имеет вид
Р = MpF, (82)
494
где р — удельное усилие при деформации модели в тех же
условиях, s которых протекает процесс в натуре в Мн/м2
(кГ/мм2)',
F — контактная площадь натуры в м2 (лл2);
М — масштабный коэффициент, значения которого по
С. И. Губкину приведены ниже в зависимости от массы
поковки Gn:
Объем поковки хМасси нековки G л в «г Масштабный коэффициент Л1
V В LM’
До 25 0,2
Свыше 25 до 100 0,2—0,8 1—0,9
» 100 » 1 000 0,8—7,8 0,9—0,8
» 1 000 » 5 000 7,8—39,5 0,8—0,7
5 000 » 10 000 39,5—78,5 0,7—0,6
10 000 » 15 000 78,5—118,0 0,5
15 000 » 25 000 118,0—196,5 0,5—0,4
25 000 Свыше 196,5 0,4
В более поздних работах было установлено, что в зависимости
от соотношения размеров —- заготовки поправочный коэффи-
циент не одинаков. Чем больше начальное отношение размеров
тем больше снижается удельное усилие на деформацию при
увеличении объема заготовки. Указанные выше данные относятся
к = 1-:~2.
ПО
Теоретические методы. В основу теоретических
методов расчета усилия при штамповке приняты положения теорий
пластических деформаций. Соответствующие методы излагаются
в курсе теории обработки металлов давлением. Ниже приводятся
некоторые формулы, рекомендуемые для практического исполь-
зования.
Формула М. В. Сторожева [81 1 приводится в упрощенном
виде; отклонения при расчете по ней не превышают 10—12% от
величин, полученных по более точной формуле, выведенной тем
же автором,
Р 2^тСср) (1 + (F + F), (83)
Шй р — коэффициент трения деформируемого металла
о стенки штампа;
Ъ и h — размеры облоя (см. рис. 158);
F и F' — площади проекции поковки и облоя;
стг{гр) —среднее значение передела текучести металла по-
ковки и облоя с учетом их неодинаковой темпера-
туры.
Величины, учитывающие масштабный коэффициент и скорость
деформации, в формуле (83) отсутствуют, поэтому от{£р) необ-
ходимо принимать с учетом и этих величин.
Формула Е. П. Унксова [901 для штамповки в закрытом штампе
поковки диаметром Dn и полостью диаметром d, глубиной I имеет
вид
1 -Е 2l^-d) (1 + V + (F - f) ,
\ / J
(84)
где
h#— толщина дна поковки;
и — коэффициент трения.
Для перехода от усилия к массе падающих частей молота
используется известный метод, согласно которому запас энергии
одного удара молота составляет
Ауд eVруд,
(85)
где е — деформация за последний удар (обычно принимается
из расчета 3—5% по условиям рекристаллизации ме-
талла до мелкого зерна);
V — объем поковки в лг3 (лии3);
руо1 — удельное усилие течения в конце штамповки с учетом
скоростного коэффициента в ЛТя/л3 (кГ/мм'2-).
Как известно,
где т] — к. п. д. удара, равный примерно 0,8;
w — скорость штампа в момент соприкосновения с поковкой
(иу — 6,5 м/сек)-,
G — масса падающих частей молота в кг.
Число ударов молота п при штамповке можно определить из
выражения
М пАРд.
(86)
Работа при штамповке может быть определена, например,
по формуле
А ^VI"WP-
(87)
496
Рис. 313. Номограмма для расчета ручьев закрытых штампов (по Б. Д. Копыскому)
Я- М. Охрименко 5Q7
где р..п — среднее удельное усилие течения при штамповке по
Е. П. Унксову [901;
Рср “ ~5~ Н ~) » (8®)
Н — начальная высота заготовки;
Нср — средняя высота поковки, полученная делением объема
поковки на площадь проекции поковки.
Определение усилия пресса для обрезных операций. Необхо-
димое усилие пресса зависит от сопротивления среза стали данной
марки, температуры, при которой производится обрезка, пери-
метра среза и толщины облоя.
При выборе оборудования для горячей обрезки облоя на прак-
тике используют следующее примерное соотношение: 1 Мн (100 т)
усилия обрезного пресса на каждую тонну (1000 кг) массы падаю-
щих частей молота или на каждые 10 Мн (1000 т) усилия штам-
повочного пресса. При расчете требуемого усилия па обрезку
облоя данной поковки и для выбора обрезного пресса исходят
из следующих соображений.
Усилие среза может быть подсчитано по формуле
где Рер — площадь среза облоя или пленки в м3 (мм3);
вср — предел прочности при срезе в н)м3 (кГ/мм3).
При этом учитывается следующее:
1. Площадь среза Fcp, подсчитываемая как произведение
периметра П среза на толщину облоя h или толщину пленки hnx,
увеличивается при затуплении режущих кромок инструмента
и износе порога облойной канавки.
2. Действительная толщина облоя может оказаться значительно
больше расчетной при недоштамповке поковок.
Указанное заставляет внести поправочный коэффициент в фор-
мулу, по которой определяется усилие при чистом срезе. При
самых неблагоприятных условиях усилие резки возрастает на
70 %, поэтому
Р,;р = i,loc;inh.
Обычно при расчете вместо используют значения ов, ко-
торые указаны в справочниках для различных марок стали.
При 0,8аЛ получим
Рср 1,4creZ7ft,
где II — периметр места реза в лиг;
h — толщина облоя в м (лл).
Если одновременно с обрезкой облоя удаляется пленка, то
усилия этих операций суммируются. Однако для уменьшения
расчетного усилия можно предусмотреть определенную последо-
32 Я. М. 0*ОИМ<?НЦ9 597 497
вательность обрезки и просечки. Величину ов следует принимать
с учетом температуры, при которой производят обрезку поковок.
В последнее время делаются попытки применить для техно-
логических расчетов счетно-решающие устройства. Это можно
осуществить, поскольку все технологические параметры опреде-
ляются по нормативным или стандартизованным данным. Задача
сводится к составлению соответствующего алгоритма, тогда тех-
нологическая разработка может осуществляться за несколько
минут.
Конструирование штампов сводится к определению расчетных
размеров всех элементов ручьев применительно к нормализован-
ным вставкам и пакетам или блокам для каждого типоразмера
оборудования, установленного при расчете.
Экономические расчеты (себестоимость, эффективность) обычно
являются завершающими при разработке технологических про-
цессов штамповки. Результаты всех расчетов заносятся в так
называемую карту технологического процесса.1
1 Более подробно о разработке технологического процесса и конструиро-
вании штампов см. в работе flOJ, а также А. В. Ребельский, Основы проек-
тирования процессов горячей штамповки, М. A'lanjH построение, 1965.
ГЛАВА VH
СПЕЦИАЛИЗИРОВАННОЕ ПРОИЗВОДСТВО
ФАСОННЫХ ЗАГОТОВОК И ПОКОВОК
(ТЕХНОЛОГИЯ КРУПНОСЕРИЙНОГО И МАССОВОГО
ПРОИЗВОДСТВА ПОКОВОК)
При достаточно больших сериях производства поковок ста-
новится целесообразным фасонирование заготовок и даже изго-
товление поковок специализированными или узкоспециализиро-
ванными методами, С этой целью вместо универсальных машин
используются машины специального назначения1; при этом тех-
нико-экономические показатели их производства значительно по-
вышаются,
К таким машинам относятся прокатные станы, ковочные
вальцы, ковочпо-обжимпые (вертикальные и горизонтальные),
гибочные (бульдозеры), раскаточные, электровысадочные и дру-
гие машины для производства цепей, рессор, пружин и тому
подобных массовых деталей. В данной главе рассматриваются
специализированные технологические процессы изготовления по-
ковок мелких и средних размеров, которые при неспециализиро-
ванном производстве получают обычными способами горячей
штамповки.
Эффективность специализированного и узкоспециализирован-
ного производств тем выше, чем проще технологический процесс,
который в известной степени определяется конфигурацией поковок.
Для упрощения способов производства сложных поковок можно
использовать некоторые технологические приемы, которые также
описаны в данной главе. Возможности увеличения серийности
производства поковок за счет кооперирования и централизации
производства, унификации поковок, групповых технологических
процессов, применения сборных штампов и т. и. были рассмотрены
в предыдущих главах.
1 Исключение Составляет крупносерийное и массовое производство отно-
сительно крупных поковок, которые получают ковкой на универсальном обору-
довании (например, массовое производство железнодорожных осей па молотах).
32* 499
При узкоспециализированном производстве целесообразнс
процесс доводить до готовой детали. Если это осуществить не
удается (например, при значительной разнородности смежных опе-
раций или невозможности ограничиться обработкой давлением
при производстве деталей), то специализированный или узкоспе-
циализированный процесс используется для производства по-
ковок.
Если такими методами нельзя получить поковки (например,
при очень сложной их конфигурации), то ограничиваются специа-
лизированным фасонированием заготовок с последующей их штам-
повкой на универсальных машинах, обеспечивающих высокие
производительность и качество продукции.
Специализация производства фасонных заготовок или поковок
на базе упрощенной технологии создает условия для высокой ме-
ханизации и автоматизации производственных процессов. Осуще-
ствление технологических процессов при использовании последних
достижений науки и техники требует применения системы совер-
шенных механизмов и автоматов. К последним относятся авто-
маты-двигатели, автоматы-орудия и управляющие автоматы \
Применение системы вспомогательных механизмов и автоматов
обеспечивает непрерывность процесса производства поковок или
деталей машин. Анализ работы кузнечных агрегатов свидетель-
ствует о наличии больших резервов увеличения производительно-
сти действующего оборудования за счет повышения коэффициента
использования оборудования. Чтобы производить быстро и боль-
шое количество высококачественных поковок, нужно обеспечить
непрерывность технологического процесса, каждая стадия которого
должна совершаться с оптимальной скоростью. Это обстоятельство
является главным при разработке специализированных процессов
совершаемых па высоком техническом уровне.
Непрерывность процесса производства поковок (деталей) в со-
четании с их высокой технологичностью и тщательно подобран-
ными переходами составляют условия для построения оптималь-
ного варианта кузнечной технологии. При этом обеспечивается
Высокий уровень трех основных показателей любого производ-
ства: производительности, экономичности и качества продукции.
Кроме того, должны быть обеспечены требуемые санитарно-гигие-
нические условия труда и условия техники безопасности.
Возможность осуществления непрерывного технологического
процесса производства поковок не встречает затруднений, так
как он отличается малооперационностью; отдельные операции его
легко сочетаются между собой и обычно согласуются по затрачи-
1 Подробно вопросы механизации и автоматизации рассматриваются в курсе
«Механизация и автоматизация кузнечно-штамповочного производства». В дан-
ной главе приводятся лишь сведения об особенностях технологии, совершаемой
на высоком техническом уровне.
ЙМ
Маемому йа них времени. Здесь основные трудности связаны с из-
менением условий работы инструмента, невысокая стойкость
которого еще больше снижается при непрерывной работе. Однако
эти трудности можно устранить за счет применения новых штампо-
вых материалов и правильной эксплуатации штампов (см. гл. X).
Ниже приводятся отдельные наиболее типичные приемы, по-
могающие упростить технологический процесс и создать условия
для организации специализированного производства поковок.
§ 1. СПЕЦИАЛИЗАЦИЯ И РАЦИОНАЛИЗАЦИЯ
ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫХ ОПЕРАЦИЙ
Как уже известно, к подготовительным операциям относятся
разделка прутков торговой длины на мерные заготовки и фасони-
рование последних.
Непрерывность технологического процесса в условиях работы
машин с возвратно-поступательным циклом рабочего хода состоит
в использовании для деформации всего номинального количества
ходов данной машины в единицу времени. При нормальном нагру-
жении машины это возможно за счет совершения вспомогательных
операций (по перекладке заготовки из ручья в ручей или укладке
в ручей новой очередной заготовки) в промежутке между опера-
циями, совершаемыми машиной. Несмотря на то, что полезная
часть хода в 3—4 раза меньше всей величины хода машины, вре-
мени для совершения вспомогательных операций бывает недоста-
точно и технологический процесс совершается с большой прерыв-
ностью.
Штамповка от прутка. Одним из способов, обеспечивающих
упрощение вспомогательных операций и непрерывность процесса,
является штамповка от прутка, широко используемая при высадке
на горизонтально-ковочных машинах (см. гл. VI, § 6), а также на
молотах и прессах (рис. 315). При этом способе, особенно целесооб-
разном для небольших поковок, отпадает необходимость в пред-
варительной разрезке прутков на отдельные заготовки; для осу-
ществления вспомогательных операций могут быть использованы
простые и дешевые средства механизации и автоматизации. На-
пример, в подшипниковой промышленности горизонтально-ко-
вочные машины, оборудованные подъемными столами, обеспечи-
вают с одного нагрева прутка последовательное изготовление до
25 поковок.
Для упрощения не только вспомогательных, но и технологи-
ческих операций применяются различные приемы специализиро-
ванного фасонирования заготовок.
Применение профильного проката. При выборе круглых и ква-
дратных заготовок исходят из целесообразности применения этих
профилей с экономической точки зрения. Однако при использова-
нии производительных и недорогих способов разрезки металла
501
На заготовки экономически выгодно применять такие ттрофили, после
разрезки которых заготовки не требуют дополнительного фасониро-
вания и могут быть подвергнуты штамповке непосредственно в чи-
стовом (или предварительно в черновом) ручье штампа (рис. 316).
Рис. 316. Использование профилиро-
ванного проката для штамповки без
предварительного фасонирования за-
готовок:
Рис. 315. Штамповка «от прутка» длин-
ноосных поковок (а) и поковок типа
тел вращения (б)
1 — пруток (профиль); 2 — отрезанная
11ри штамповке круглых заготовка; 3 — поковка
изделий с отверстиями успеш-
но применяются трубные заготовки (цельнотянутые трубы).
Из таких заготовок можно получать поковки, имеющие форму
фасонного кольца, штамповкой в одном ручье за один-два рабочих
хода машины (рис. 316, а). Головка торцового гаечного ключа при
изготовлении его из трубы оформляется в двух ручьях горизон-
тально-ковочной машины (рис. 316, б). При штамповке махович-
ков целесообразно использовать фасонный прокат крестообразной
формы (рис. 316, в). На рис. 317 приведены изделия, получаемые
502
из профилированного проката горячей штамповкой в открытых или
в закрытых штампах, а также точной горячей калибровкой. Успеш-
ное применение подобной штамповки зависит от того, насколько
производителен способ разрезки профильного проката на заго-
товки, В массовом производстве штамповка с отрезкой заготовок
от прутков профильного проката дает значительное сокращение
отходов при одновременном увеличении производительности.
Однако прокат имеет характерное расположение волокон, кото-
рое, исходя из назначения готового изделия, не всегда является
оптимальным в прокатной заготовке. Наличие отходов при раз-
Рис. 317. Варианты штамповки заготовок из профилирован-
ного проката:
1 — профиль; 2 — мерная заготовка; 3 — локовка
резке дорогостоящих прутков профильного проката также яв-
ляется недостатком указанного способа штамповки.
Вырезка заготовок. Для получения фасонных заготовок при-
меняется также операция вырезки их из полосового материала.
Вырезка на прессе фасонных заготовок из полосы позволяет штам-
повать их непосредственно в чистовом ручье. Однако при таком
технологическом процессе во избежание значительных потерь
металла необходимо применять малоотходную резку заготовок.
На рис. 318 показан упрощенный способ фасонирования заго-
товки для шатунов. Вырезка из полосы по сложному контуру обес-
печивает безотходный раскрой металла. Фасонная заготовка 1
формуется в подготовительном ручье 2 и штампуется сначала
в черновом 3, а затем в чистовом 4 ручьях. Поковку шатуна 5 полу-
чают с незначительными отходами при относительно простом тех-
нологическом процессе.
Пример рациональной разрезки фасонного проката на отдель-
ные заготовки для штамповки показан на рис. 319. Двутавровое
еечение фасонного проката по линиям /—/ разрезается на равные
части. Затем каждая из этих частей разрезается по линии II—II.
503
Таким образом, получают одинаковые заготовки 1, 2, 3, 4 и т. д.
таврового сечения, которые затем штампуются до окончательных
размеров.
Горячая штамповка заготовок, вырезанных из листа полосы,
позволяет получать поковки с размерами высокой точности. Холод-
ная калибровка обеспечивает еще большую точность размеров из-
делий, качество же получаемой поверхности в отдельных случаях
не уступает шлифованной. Преимущества приведенных способов
заключаются';также в умень-
шении затрат труда и эконо-
мии энергии. При штамповке
на молоте изделия получа-
ются за один-два удара, а
производительность при этом
увеличивается в 2—2,5 раза.
Рис. 318. Технологические переходы
при штамповке шатунов из вырезан-
ных заготовок
Рис. 319. Получение фасонных заго-
товок из двутаврового профиля [101 ]:
а — фасонная заготовка; б — поковка
Применение проката периодического профиля. Для штамповки
применяется также прокат периодического профиля (см. рис. 5).
Увеличение производительности и экономия металла в крупносе-
рийном и массовом производстве компенсируют сложность полу-
чения проката периодического профиля. Если обычный прокат
применяется для продольной и поперечной штамповки в открытых
и закрытых штампах, то периодический прокат — только для по-
перечной штамповки преимущественно в открытых штампах.
На заводах СССР осуществляется производство периодических
профилей продольной и поперечной прокаткой. Так, например,
из профилей, полученных продольной прокаткой, штампуются
балки передней оси автомобиля. Недостатки продольной прокатки
связаны с образованием облоя, который понижает выход годного,
и сложностью получения относительно небольших серий загото-
вок. В последнее время все более широкое распространение нахо-
304
дит периодический профиль, изготовляемый поперечной прокат*
кой, Станы для поперечной прокатки могут быть установлены
даже вблизи штамповочных агрегатов, ввиду простоты перена-
ладки они могут обеспечивать выпуск относительно небольших
серий фасонных заготовок. На рис. 225 приведены фасонные заго-
товки, полученные продольной и поперечной прокаткой. Штам-
повка таких заготовок осуществляется в чистовом ручье. В настоя-
щее время освоепы и применяются для штамповки пустотелые пе-
риодические профили.
Вальцовкой фасонных заготовок на консольных вальцах полу-
чают мерные фасонные заготовки; из-за простоты смены инстру-
мента вальцы обычно работают в агрегате с оборудованием для
штамповки. Например, заготовка для двух поворотных кулаков
автомашины вальцуется за два включения вальцев (см. рис. 226).
§2. СПЕЦИАЛИЗАЦИЯ И РАЦИОНАЛИЗАЦИЯ
ОКОНЧАТЕЛЬНЫХ ОПЕРАЦИЙ
Для упрощения переходов штамповки применяются различные
приемы, например, изменяется форма поковки на предваритель-
ных операциях. В тех случаях когда поковка имеет форму, услож-
няющую процесс штамповки, в частности длинные боковые от-
Рис. 320. Упрощение формы поковки за счет прибли-
жения отростков к основному стержню поковки:
1, II. Ill — переходы штамповки
ростки, используется способ «складывания». Он заключается в том,
что при штамповке отростки поковки пригибаются к стержню. Это
упрощает фасонирование и процесс штамповки (рис. 320, а).
После штамповки отростки необходимо отогнуть. Аналогично
штампуется вагонный тормозной валик (рис. 320, б). Операция
отгибки отростков в обоих случаях существенно не усложняет
технологический процесс и обычно осуществляется после обрезки
облоя на том же прессе. ,
505
Во многих случаях из-за конфигурации поковки ее удобнее
штамповать в развернутом виде, затем обрезать облой и сгибать
поковку соответственно с требуемой формой (рис. 321). При таком
способе штамповки повышается стойкость штампов, так как исклю-
чается тяжелая операция рассекания металла (при образовании
вилки).
Рис. 321. Штамповка вилки в развернутом положении:
а — лежанка до обрезки облоя; б — обрезанная поковка; в — поковка
после гибки
Сращивание частей поковки. В некоторых случаях упрощение
технологического процесса штамповки может быть достигнуто
штамповкой отдельных частей поковки, затем сращиванием их и
обжатием в специальном ручье или непосредственно в чистовом
ручье. Например, при изготовлении судовых цепей применяют
заштамповку предварительно отштампованных частей звена, этим
упрощают технологический процесс производства цепей.
Совмещение штамповки нескольких поковок. С целью упроще-
ния процесса могут быть применены различные варианты совме-
щенной штамповки поковок. Например, можно производить после-
довательную штамповку двух поковок удлиненной формы с пово-
ротом заготовки. Сначала штампуют одну поковку, а затем, после
поворота заготовки, вторую. В этом случае отсутствует клещевина
(и соответствующий отход), необходимая для удержания заго-
товки в процессе штамповки единичной поковки.
Возможны различные варианты совместной штамповки не-
скольких поковок с последующей их разрезкой (рис. 322). Напри-
мер, трудноштампуемые поковки (рис. 322, а и б) заменяют по-
ковкой более простой конфигурации в случае их штамповки по
2 шт. Таким образом часто объединяют в общую поковку так назы-
ваемые «правые и «левые» детали машин. Рукоятки ручных фона-
рей (рис. 322, в), имеющие Г-образную форму, получить гибкой
затруднительно из-за небольшой длины заготовки, Объединение
указанных деталей по 5 шт. позволяет получать их в виде круглой
506
поковки, при этом упрощается их штамповка. На рис. 322, г пока-
зано подобное объединение четырех одинаковых деталей в одну
общую поковку. Во всех приведенных случаях упрощается не
только штамповка, но и подготовительные операции; однако при
этом необходима разрезка поковок (по линии к).
Совмещение штамповки часто диктуется упрощением эпюры
диаметров, в связи с чем устраняется необходимость в применении
сложных подготовительных ручьев. Например, при штамповке
поковок удлиненной формы с бобышками на концах применена
спаренная штамповка с расположением их «валетом» (см. рис. 224).
При таком расположении устраняется протяжка и подкатка заго-
товки. После пережима заготовки за один удар следует черновая
и чистовая штамповка. После обрезки облоя и термической обра-
ботки поковок, а также удаления перемычек между ними поковки
отделяются друг от друга.
Совмещенная штамповка применяется также для разгрузки
штампа от горизонтальных сил. В рассмотренных случаях при
совмещенной штамповке объединяются одинаковые поковки.
Практикуют также совмещенную штамповку различных поковок.
Особенно благоприятны условия для совмещенной штамповки
нескольких круглых поковок с отверстиями (рис. 323). В этих слу-
чаях можно получить поковки за счет металла, идущего при дру-
гом способе штамповки в отход. Такой способ может быть приме-
нен в тех случаях, когда объединяемые для совместной штамповки
поковки могут быть изготовлены из одной стали. На рис. 228 при-
веден пример многоштучной штамповки в случае расположения
поковок цепочкоц.
507
Уменьшение габаритных размеров поковки. Во многих случаях
препятствием для осуществления штамповки являются большие
габаритные размеры поковки (например, различные стержневые
тяги с фасонными головками или законцовками). Штамповка таких
поковок возможна при сокращенной длине их стержневой части и
соответствующем удлинении ее после штамповки.
Штамповка по частям (секционная штамповка). В тех случаях,
когда изделие не удается штамповать целиком, применяют штам-
повку по частям. Этот способ может применяться в тех случаях,
когда необходимо уменьшить габаритные размеры штампов и обо-
Рис. 323. Совмещенная штамповка
поковок:
о — поковки, штампуемые раздельно» б — совмещенная штамповка; / — основная
поковка; 2 — поковка, дополняющая основную; 3 — облой; 4 — пленка
рудования. Например, так штампуют балки передних осей авто-
мобиля из проката периодического профиля (вначале штампуется
один нагретый конец заготовки, а затем другой в том же ручье
штампа).
Рассмотрим технологический процесс штамповки шестиколен-
чатого вала массой 1100 кг и длиной 3 мм. Для этого необходим
пресс усилием 196 000 кн (20 000 т). Штамповка вала по частям
может быть осуществлена на прессе, усилие которого меньше во
столько раз, на сколько частей разделена поковка при штамповке.
В рассматриваемом случае поковка штампуется за два или три
приема па гидравлическом прессе усилием 98 000 кн (10 000 т).
Технологическая схема изготовления коленчатого вала состоит
из отдельных операций. В подготовительном штампе после пере-
распределения металла вдоль оси и подкатки с набором бобышек
получается фасонная заготовка. Предварительная штамповка
фасонной заготовки выполняется за один ход пресса в открытом
штампе. В том же штампе, разделенном на три секции (рис. 324),
осуществляется штамповка поковки по частям: вначале средней,
а затем крайних за два или три хода пресса. После штамповки
следует обрезка облоя в обрезном штампе и правка-калибровка
ад
Б окончательном ручье основного штампа. Следовательно, в рас-
сматриваемом случае используются три штампа: подготовительный,
окончательный и обрезной. Особый интерес представляет оконча-
тельный трехсекционный штамп (рис, 324). Нижняя часть штампа
размещается в башмаке /, который служит направляющей для
верхней части штампа. Верхняя и нижняя части штампа разде-
лены на три секции (/, //, II Г). Включение в работу отдельных
секций штампа осуществляется при помощи передвижных под-
кладок (на рис. 324 не показаны), которые вводят в действие
среднюю часть штампа, а затем крайние части. При тщательной
Рис 324. Трехсекциониый штамп для штамповки по-
ковки шести колени этого вала
отработке процесса штамповка по частям не сопровождается обра-
зованием складок или перерезыванием волокон по месту стыка
смежных секций штампа.
Устройство для специализированной поочередной штамповки
колен крупных валов (массой 400—10 000 кг) на гидравлическом
прессе усилием 58 800 Кн (6000 т) показано на рис. 325. Нижняя
часть устройства, установленная на столе пресса, состоит из двух
рам 1 и 2, передвигающихся навстречу Друг другу при надавлива-
нии на их скосы 3 и 4 соответствующими наклонными планками.
Последние укреплены на верхней части 5 устройства, которое,
в свою очередь, закреплено на траверсе пресса. Каждая часть
штампа 6 и 7 состоит из двух половин: нижние укреплены на ра-
мах / и 2, а верхние — на верхней части 5 устройства. Круглая
заготовка предварительно обтачивается в местах будущих цапф
вала до соответствующих размеров. Процесс штамповки начи-
нается с образования фланца вала высадкой его (рис. 325, а); за-
тем инструмент заменяется и осуществляется штамповка первого
колена вала (рис. 325, б); при этом опорной базой служит фланец
вала. Вначале при штамповке высаживаются щеки колена; это
происходит при сближении частей штампа 6 и 7; затем пуансон 8
с подвижной опорной частью 9 опускается вниз и смещает цапфу
509
колена в нужное положение при одновременном дальнейшем сбли-
жении частей штампа б и 7, Штамповка следующих колен осуще-
ствляется аналогично. За один нагрев можно отштамповать два—
четыре колена вала. Путем перестановки опорных колец 10 воз-
можно штамповать валы при расположении соседних колен под
любым углом относительно друг друга (без выкрутки).
Рис, 325. Штамп для поочередной штамповки элементов крупных коленчатых
валов:
cz — начальное (вверху) и конечные (внизу) положений штампа при штамповке фланца
цаЯсГ, 6 — начальное (вверху) и конечные (внизу) положения штампа при штамповке
первого колена вала
Способом секционной штамповки можно изготовлять также
поковки круглые в плане. На рис. 141 и 142 рассмотрен такой
процесс, являющийся в данном случае переходным между ковкой
и штамповкой.
Комбинированная штамповка. Получение высоких технико-
экономических показателей штамповки в значительной степени
зависит от правильного расчленения технологического процесса
на отдельные элементы и стадии, а также от способа их
осуществления.
Штамповка разнообразных поковок на универсальном оборудо-
вании по мере укрупнения серийности производства уступает ме-
сто такому специализированному производству по-
ковок, при котором каждая операция совершается в оптимальных
условиях па оборудовании, приспособленном только для данных
целей. Одним из наиболее простых приемов специализации всего
процесса штамповки является комбинированная штам-
повка, сущность которой заключается в том, что отдельные эле-
519
менты или стадии технологического процесса осуществляются
иа различных машинах или в различных штампах более рацио-
нальными способами.
Существует много способов рационализации технологического
процесса за счет применения комбинированной штамповки. В за-
висимости от сложности технологического процесса можно ис-
пользовать комбинирование различных машин для отделения ста-
дии фасонирования от стадии непосредственной штамповки поко-
вок. При этом можно применить комбинации из одинаковых
.машин различной мощности и из машин различных типов. К много-
численным примерам такого вида специализации относятся раз-
дельное фасонирование и штамповка на двух молотах или на
молоте и прессе, на горизонтально-ковочной машине и прессе,
на вальцах и прессе и т. п.
Способы специализации производства поковок на стадии их
оформления из фасонных заготовок еще более многообразны, так
как, кроме различных машин, для комбинированной штамповки
могут быть использованы различные типы штампов (открытые,
закрытые и для выдавливания). При ориентировании только на
основные пять типов машин-орудий (молоты, горизонтально-ко-
вочные машины и прессы —, кривошипные, гидравлические, фрик-
ционные) и па три типа штампов можно составить большое коли-
чество вариантов комбинированной штамповки. Число этих ва-
риантов возрастает при наличии более двух переходов при штам-
повке, а также при изменении последовательности штамповки
в различных ручьях. Например, вариант комбинирования откры-
того штампа с закрытым служит для уточнения объема заготовки
(за счет переменного объема облоя) перед точной штамповкой в за-
крытом штампе. Обратная последовательность штамповки при
данной комбинации штампов целесообразна для упрощения фасо-
нирования заготовки при сложной форме поковки.
В общем штамповочном агрегате могут быть использованы не
только различные универсальные машины, но и машины узкого
назначения. При расчленении процесса на отдельные элементы
учитывают особенности оборудования, включаемого в общий агре-
гат. Наиболее просто осуществляется штамповка при разделении
заготовительных и окончательных операций. Например, выполне-
ние протяжных и подкатных операций на кривошипных прессах
нецелесообразно, поэтому последние используют в сочетании с ко-
вочными вальцами, обеспечивающими необходимое перераспреде-
ление металла перед штамповкой. На практике часто применяют
обрезные прессы, входящие в агрегат как вспомогательное обору-
дование для правки и гибки поковок и т. п. Рассмотрим примеры
комбинированной штамповки. При изготовлении обычным спосо-
бом цепного (грузового) колеса (рис. 32G, а) приходится преду-
сматривать большой напуск 1 по месту расположения желоба, что
приводит к значительным потерям металла. Комбинированная
&I1
штамповка заключается в получении колеса с ребордой, форма
которой указана штрихпунктирной линией. Под прессом в штампе
с разъемной матрицей реборда отгибается до получения колеса
нормальной формы. При этом процессе, помимо экономии металла,
значительно сокращается объем механической обработки поковки.
Штамповку трубного трой-
Рис. 326. Примеры комбинированной
штамповки на универсальном оборудо-
вании
ника (рис. 326, б) можно осу-
ществить комбинированным
процессом сначала на молоте
в открытом штампе, в затем
на горизонтально-ковочной
машине в закрытом штампе,
в котором образуются флан-
Рис. 327. Примеры комбинированной
штамповки с использованием спе-
циального оборудования
ЦЫ 2 тройника. Поковки с расширяющейся к дну полостью
(рис. 327, а) можно получить при использовании следующего ком-
бинированного процесса. После штамповки из цилиндрической
заготовки 1 поковки в виде тарелки 2 ее протягивают сквозь
кольцо и получают поковку в виде обечайки 3. Затем обкаткой
кромки обечайки внутрь 'получают поковку заданной формы 4.
Комбинированный процесс штамповки железнодорожных колес
показан на рис. 327, б. Осаженная и прошитая литая заготовка 5
подвергается штамповке в открытом штампе на молоте или прессе;
полуфабрикат 6 — раскатке на раскаточной машине. В результате
этого образуется реборда 7. Для придания колесу 8 большей
устойчивости полотно его выгибается на прессе.
На рис. 328 приведен пример комбинированной штамповки
коленчатого вала. Для облегчения штамповки в открытом штампе
на прессе длину поковки коленчатого вала получают большего
512
размера (за счет большего расстояния между щеками колен), чем
предусмотрено чертежом поковки. Доштамповка вала осуще-
ствляется на горизонтально-ковочной машине в одноручьевом
штампе со скользящими матрицами. За один ход поковка укора-
Рис, 328. Комбинированный процесс штамповки коленчатого
вала на прессе и доштамттовки в скользящих матрицах
горизонтально-ковочпой машины:
д — коленчатый вял после штамповки ма прессе; б — колончатый
вал после доштаигговки на горизонтально-ковочной машине; я- сколь-
зящая матрица с ручьем для доштамповкн вала
чивается на величину Л, одновременно обжимаются штамповочные
уклоны и поковка получает размеры, близкие к размерам детали.
При таком процессе расположение волокон в металле соответствует
очертанию поковки, несмотря на незначительное расстояние
между щеками колен.
33 М. Охрименко 597 313
Штампосварные изделия. При комбинировании штамповки со
сваркой можно получить изделия сложной формы и больших габа-
ритных размеров. В промышленности применяется значительное
количество штампосварных изделий [51]. На рис. 329 представ-
лено несколько примеров штампосварных изделий. Получение
Рис. 329. Штампосварные изделия
глухих фланцев на концах
труб 1 или длинных стерж-
ней 2 обеспечивается при-
варкой к ним поковок со-
ответствующей формы.
Сваркой двух несложных
поковок получают блок
шестерен 3 сложной фор-
мы. Кронштейн 4 полу-
чается после гибки предва-
рительно высаженной по-
ковки и приварки ее к
плоскому фланцу. В про-
мышленности применяют
сварные штампованные паровозные дышла, штампованные ру-
коятки с приваренными ручками, штампосварные тяги и много
других частей машин. Очень крупные части, а также части слож-
ной формы могут быть составлены из трех и более отдельных
штампованных поковок. При необходимости штампосварные изде-
лия подвергают механической обработке, как и обычные поковки.
ГЛАВК (ТО
ШТАМПОВНА НА ОБОРУДОВАНИИ
УЗКОГО НАЗНАЧЕНИЯ
§ 1. ГИБКА НА БУЛЬДОЗЕРАХ
Для гибки металла в горячем состоянии применяются средние
и крупные модели бульдозеров, представляющих собой кривошип-
ные машины с горизонтальным перемещением ползуна. Харак-
терные особенности бульдозера заключаются в относительно боль-
шой величине рабочего хода и возможности применения крупно-
габаритных штампов, что позволяет осуществлять гибку загото-
вок, размеры которых превосходят обычные размеры поковок,
получаемых горячей штамповкой. При гибке не требуется больших
усилий, в связи с чем усилия, развиваемые бульдозерами, не пре-
вышают 4900 кн (500 tn). Гибкой на бульдозерах получают готовые
детали или полуфабрикаты, подвергающиеся затем дополнитель-
ной обработке на прессах, молотах и т. п. Гибка может быть также
завершающей операцией для поковок, полученных ковкой или
штамповкой. Прн гибке на бульдозерах заготовка свободно раз-
мещается в штампах или закрепляется в них с помощью специаль-
ных устройств.
После изгиба заготовки обычно необходима операция правки,
так как участки заготовки, смежные с очагом деформации, искрив-
ляются, а поперечное сечение ее в месте изгиба искажается
(рис. 330). В зоне 1 действия растягивающих напряжений
(рис. 330, а) размеры сечения заготовки уменьшаются (смотри
вогнутость слева в сечении квадратной заготовки). В зоне сжатия 2
сечение увеличивается. Отрезок АВ касательной, проведенной
к контуру изогнутой заготовки, делится примерно пополам в точке
пересечения с осью OY (рис. 330, б). Это обстоятельство послужило
основанием для Рейте считать линию внешнего контура изогнутой
части заготовки параболой, уравнение которой имеет вид
К3 2qX,
где q — радиус кривой: в ее вершине.
33* 515
Если радиус изгиба очень мал, то при большом угле изгиба
могут образоваться в зонах сжатия нежелательные складки.
С точки зрения пластичности металла для среднеуглеродистой
стали при горячей гибке не существует ограничений по величине
минимального радиуса изгиба. Между толщиной изгибаемой заго-
товки Но, радиусом изгиба г и поперечным сужением i|j известна
следующая зависимость:
^2<7^J.r <»)
Из этой формулы видно,
что при г = 0 (изгиб до со-
прикосновения между собой
концов заготовок) ф — 0,5.
При изгибе такое условие
может быть выдержано без
разрушения для стали, имею-
щей сужение в шейке при
растяжении более 50%. Чаще
всего внутренний радиус
гибки составляет
Рис. 330. Искажения профиля заготовки
при гибке:
а — квадратное сечение (штрих-пунктирной
линией показан профиль при отсутствии иска-
жений); б — круглое сечение
2 '
При этом согласно форму-
ле г(90) поперечное сжатие
равно 0,33 (т. е. 33%). При
проектировании оснастки сле-
дует проверять соответствие
заданной величины радиуса и поперечного сжатия данной стали
при растяжении, причем должно быть выдержано соотношение
z/o U — 2ф)
2ф
(90')
(91)
При определении усилий, необходимых для гибки, исходят из
положения, что изгибающий момент, создаваемый внешними си-
лами, уравновешивается моментом внутренних сил
Л/ — М
Момент внешних сил, как известно, равен произведению внеш-
ней силы на соответствующее плечо. Момент внутренних сил можно
определить исходя из распределения напряжений по сечению изги-
баемой заготовки. На первой стадии, при упругом изгибе, распре-
деление напряжений имеет вид, показанный на рис. 331, а.
Из курса сопротивления материалов известно, что изгибающий
516
момент для заготовки круглого сечения равен
О шах 32 ^тэх^у’
где IFj, — момент сопротивления сечения изгибаемой заготовки.
На следующих стадиях изгиба, когда оя|ах = от , начнется
пластическая деформация, причем в первую очередь остаточные
деформации появляются в зонах наибольших напряжений
(рис. 331, б).
3wu раашжя
Рас. 331. Схемы напряженного состояния при изгибе;
д — упругий и вгиб; б — упруго-пласг-кческий тигиб; в — пластический изгиб при от*
сутствим наклепа металла (осевые напряжения); — схемы напряженного и деформи-
рованного состояния црк изгибе широкого брусл; д — схема напряженного и деформи-
рованного состояния при изгибе узкого бруса
При этом
М„-<тЖ Ш
где Wy — доля момента сопротивления для части сечения, нахо-
дящейся в упругом состоянии;
W — то же для пластически деформирующейся части сече-
ния.
517
При малом радиусе изгиба пластическая зона охватывает почт!
все сечение заготовки. При гибке нагретой заготовки наклеп ме-
талла устраняется протекающими процессами возврата и рекри-
сталлизации. В этом случае эпюру напряжений с некоторым при-
ближением можно представить так, как показано на рис. 331, в.
При этом
В действительности эпюра напряжений имеет несколько иную
форму из-за объемного напряженного состояния и искажения по-
перечного сечения заготовки. В результате этого по мере уменьше-
ния радиуса изгиба нейтральная линия все больше сдвигается
в сторону сжатых волокон.
Из теории пластической деформации известно, что пластиче-
ский момент сопротивления равен удвоенному статическому мо-
менту половины площади сечения относительно оси, проходящей
через- центр тяжести сечения и перпендикулярной к плоскости
изгиба [87]:
Fo = 2S.
Чтобы определить момент сопротивления при пластическом
изгибе заготовки круглого сечения, выделяют элементарный уча-
сток сечения площадью dF (рис. 331, в}.
Пластический момент сопротивления сечения определяется
из следующего выражения:
y=R y=R
= 2 J dF± = fy2dx.
jf=O /7=0
После подстановки
i/3 - R2 — xB
получим
-f-Я x=
J (R2-x2)dx = | <93)
*=— f? x=— R
При сопоставлении величины и ITq для круглого сечения
можно видеть, что при переходе упругого изгиба в пластический
сопротивление изгибу возрастает почти на 70% [87]:
1ГВ _ 32D3 __ . „„
Ws ~ 6лО3 “ 1,0У‘
Если изгибу подвергается брус прямоугольного сечения с по-
перечными размерами, значительно большими, чем размер по вы-
соте сечения, то напряженное состояние имеет объемный характер
в растянутой и сжатой зонах бруса (рис. 331, г). Осевые нормаль-
ные напряжения сг,, действующие по оси изогнутого бруса, за-
даются внешней силой. Радиальные напряжения возникают
518
вследствие наличия кривизны бруса к моменту появления пласти-
ческого изгиба; продольные слои бруса нажимают друг на друга
и вызывают эти напряжения, причем максимальное значение они
имеют на нейтральной оси бруса. Вследствие большой ширины
бруса деформации по его ширине затруднены и это вызывает на-
пряжения <т2. По указанной причине схема деформаций будет
иметь плоский характер (ба = 0).
При изгибе узкого бруса напряжения и сг2 имеют то же про-
исхождение. Вследствие свободы деформации по ширине бруса
напряжения <т2 0, но >0, следовательно, напряженное со-
Рис. 332. График «усилие—рабочий ход» при гибке:
а — свободная гибка; б — гибка в штампах; 1 — конец упругого изгиба;
2 — пластический изгиб; 3— начало калибровки (64,6 л/'/лл<2),
no PL И, Гиршу]
направлении; обратные по знаку деформации появляются в попе-
речном сечении как следствие осевых. Вдоль отдельных слоев
действуют касательные напряжения.
Типовая диаграмма изменения усилия при горячей свободной
гибке показана на рис. 332, а. Для того чтобы уменьшить искаже-
ние сечения заготовки, получающееся в результате изгиба, и для
увеличения точности угла загиба в конце гибки в штампах произ-
водят обжатие заготовки по толщине. При этом требуется прило-
жить значительные удельные давления: кривая «усилие — рабо-
чий ход» достигает максимума в конце хода (рис. 332, б). Усилие,
необходимое для гибки, значительно меньше усилия, требуемого
для доштамповки (калибровки по толщине). Поэтому при опреде-
лении типоразмера бульдозера исходят обычно из величины удель-
ного усилия калибровки рк и фактической площади F, подлежащей
калибровке:
Р = pj-
519
На рис. 333 показано поперечное сечение заготовки по месту ее
гибки в момент конца изгиба и начала калибровки по толщине
заготовки И. Этому моменту соответствует точка 3 на рис. 332, б.
Рис. 333. Попе-
речное сечение
заготовки, изо-
гнутой в штам-
пе:
1 — пуансон;
2 — патриц;!
В некоторых случаях не применяют калибровочного обжатия,
а исправляют искажения согнутых изделий правкой.
Рис. 334. Разношщаасти гибочных операций на бульдозере:
I — пуансон; 2 — матрица
В литературе рекомендуются следующие формулы для опреде-
ления усилия Р 1в /Ин(к7’)1 11 Рн горячей гибке [10]:
при гибке по дуге или на угол с обжатием (рис. 334, а)
(94)
при гибке в двух углах (рис. 334, б)
'>=[°'7Ж + (1.5 I
(95)
520
где Во — ширина полосы в м (дш);
Но — толщина полосы в м (лш);
/ — расстояние между центрами радиусов опор при гибке
в лс (льи);
г — внутренний радиус гибки или радиус пуансона в м (.и.м);
F — площадь проекции обжимаемой части изделия на плос-
кость, перпендикулярную к движению ползуна, в
ж2 (мм2),
При гибке нескольких углов (рис. 334, в) усилия соответственно
суммируются. Величина оу (() [в Мн!м2 (кГ/мм2) ] выбирается
в соответствии с температурой конца гибки.
Так как операция гибки не трубет больших усилий, а продол-
жительность гибки небольшая, то стальные заготовки чаще всего
нагревают до 900—1000” С с тем, чтобы окончание гибки совпало
с обычно рекомендуемым нижним пределом штамповочных темпе-
ратур (800—850° С).
При таком режиме образование окалины относительно неве-
лико. В отдельных случаях для уменьшения усилия может быть
применен нагрев стали до более высокой температуры, но в преде-
лах, допустимых для штамповки. Последующая термическая обра-
ботка изделий устраняет недостатки, связанные с ростом зерна
при высокой температуре окончания гибки.
Для уменьшения расхода топлива на нагрев и для ограничения
очага деформации заготовку при гибке нагревают не всю (по длине),
а лишь отдельные ее участки, находящиеся в зоне изгиба и в смеж-
ных с ними зонах.
Ширина и толщина заготовки обычно принимается равной ши-
рине и толщине изделия, причем номинальные размеры и допуски
па них определяются ГОСТом на материал заготовок, исключение
составляют места, подвергаемые гибке. В этих местах устанавли-
ваются'допуск и с учетом характера деформации (свободная гибка,
гибка с правкой или калибровкой изделия). Длина заготовки Lo
определяется по чертежу изделия
= + (96)
где Lnp — суммарная длина прямолинейных участков;
V LKf) — суммарная’-длина криволинейных участков.
Длины прямолинейных участков определяются непосред-
ственно по чертежу изделия.
Если внутренний радиус при гибке больше половины толщины
полосы ( г ) ’ то вытяжку не принимают во внимание и расчет
длины криволинейных участков ведут по средней линии:
(97)
где у — центральный угол закругленного участка в град.
521
Если г = (0,2-5-0,5), то расчет длины ведут по линии, проходя-
щей на расстоянии 2/3 Нй от выпуклого угла. Тогда
LKP = Y
(97')
Внутренний радиус меньше г <0,2/Уо применять не рекомен-
дуется из-за трудности получения правильного контура изгиба.
В производственных условиях путем пробной гибки можно скор-
ректировать расчетную длину заготовки. Если допуск на длину
изделия меньше, чем допуск на резку заготовок, то предусматри-
вается припуск на отрезку —
Рис. 335. Одно ручьевой гибоч-
ный штамп
концов изделий. При отрезке конца
изделия пилой минимальный при-
пуск может быть в пределах несколь-
ких миллиметров (нов 1,5 раза боль-
ше, чем толщина диска пилы). При
отрезке конца изделия па ножницах
необходимо оставлять участок, рав-
ный 1,5—2 толщины полосы.
При гибке полосы на ребро мини-
мальный радиус гибки определяют
по следующей эмпирической формуле:
0.05Я2
(98)
rmin
где Во — ширина полосы в мм;
Но — толщина полосы в лл.
Штамп наиболее простой конструкции для одноручьевой гибки
изделия 1 (z-образной формы) имеет следующее устройство
(рис. 335). Матрица 2 прикреплена к башмаку 3. Пуансон 4 закреп-
лен болтами па башмаке 5. Для определения положения заготовки
перед гибкой служит упор 6, который выполнен в виде лапы, изог-
нутой в двух плоскостях, и фиксирует конец заготовки на некото-
ром расстоянии от штампа (чтобы избежать увеличения габарит-
ных размеров штампа).
При конструировании гибочного инструмента необходимо обес-
печить отсутствие сил, смещающих заготовку относительно уста-
новленного положения. В Описанном примере особенно нежела-
тельны силы, направленные справа налево, так как они могут
вызвать перемещение заготовки относительно упора. По той же
причине положение заготовки в рассматриваемом случае перпен-
дикулярно направлению движения пуансона. На практике широко
используются фиксаторы, препятствующие сдвигу заготовок отно-
сительно их положения, зафиксированного упором.
На рис. 336 показан двухручьевой штамп для гибки крон-
штейна. В ручье / полосовая заготовка приобретает П-образную
форму. Затем заготовка изгибается в ручье II и устанавливается
522
в нем после поворота на 90°. Для получения правильного профиля
внутри заготовки помещается вкладыш, который фиксируется
направляющими колонками. После гибки изделие извлекается из
штампа вместе со вкладышем и затем освобождается от него.
Вкладыш нужно удалить быстро, чтобы избежать горячей посадки
изделия на него при остывании заготовки.
Гибкой получают разнообразные сложные поковки с углами,
расположенными в различных плоскостях. Многоручьевые штампы
применяемые в этих случаях, снабжены специальными фиксирую-
щими устройствами. Гибка по замкнутому контуру может быть
совершена и в одноручье-
вых штампах, состоящих
из трех или четырех от-
дельных частей.
Башмаки гибочных
штампов часто выполняют
литыми с ребрами жест-
кости для уменьшения их
массы. Матрицы и пуансо-
ны для упрощения изго-
товления следует выпол-
нять составными. Размеры
ручьев выдерживаются по
чертежу поковки и долж-
ны быть согласованы с
размерами заготовки с
целью учета допусков на
Рабочие вставки гибочных
Рис. 336. Двухручьевой штамп для гибки
кронштейна (смежное расположение ручьев)
недеформированные части заготовки.
штампов выполняют из стали штам-
повых марок, а другие детали — из стали конструкционных
марок или из чугуна. Крупные штампы изготовляют из чугуна,
легированного никелем и хромом.
Гибка металла в горячем состоянии осуществляется также па
молотах, прессах и горизонтально-ковочных машинах (см. соот-
ветствующие разделы).
§ 2. ВАЛЬЦОВКА
Ковочные вальцы относятся к группе ротационных штампо-
вочных машин-орудий, которые характеризуются вращательным
перемещением рабочего инструмента. В кинематическом отноше-
нии ковочные вальцы имеют сходство с прокатными станами
для продольной прокатки, но конструкция их более проста
из-за наличия всего лишь одной клети, состоящей из двух
валков. Деформация металла в вальцах обеспечивает уменьшение
поперечных сечений заготовки при одновременном увеличении
ее длины. В отличие от обычной прокатки вальцовка обеспечи-
вает получение изделий с неодинаковыми поперечными сечени-
ями по длине, причем наиболее просто получить поковки с раз-
номерным изменением площади поперечные сечений. Схематиче-
ски процесс вальцовки можно представить следующим образом.
На валках 1 и 2, расположенных горизонтально (рис. 337),
Закрепляются вставки с ручьями. Вставки охватывают часть
длины окружности бочки каждого валка. В нерабочем (холос-
том) положении вставки с ручьями находятся па максимальном
друг от друга расстоянии (рис. 337 а); при этом между валка-
ми имеется проход для заготовки, которую подают клещами
до упора 3. После включения вальцев на рабочий ход валки
Рис. 337. Схема вальцоики:
а — нерабочее положение вальцев; б —деформация заготовки
1 и 2 начинают вращаться (направление движения указано
стрелками), захватывают заготовку, обжимают ее в ручье и на-
правляют в сторону рабочего (рис. 337, б). При мпогоручьевой
вальцовке ручьи расположены последовательно вдоль оси валков.
Вальцы могут останавливаться (автоматически) после совершения
одного оборота или продолжать движение до тех пор, пока не
будут включены. В промышленности применяются вальцы разно-
образных размеров с валками диаметром 250—1100 лиг и числом
оборотов в минуту 60—30. На крупных вальцах обрабатывают
прутки диаметром до 60 мм. Мощность электродвигателя этих
вальцев 66—80 Л1 дж (—25—30 л. с.). Обычно вальцы снабже-
ны столом с желобками или роликами для направления заго-
товки и упором. При этом заготовка имеет две опоры, опреде-
ляющие ее положение в вертикальном и горизонтальном на-
правлениях, что обеспечивает правильную фиксацию заготовки
в ручьях валков. Наладка инструмента осуществляется регу-
лированием расстояния между валками, что достигается за счет
вертикального перемещения верхнего валка; расстояние между
вставками валков может изменяться до 15—25 мм.
524
Рассмотрим схему деформации металла в вальцах, полагая,
что при вращении вокруг оси О валки диаметром da соприка-
саются между собой (фиг. 338). Окружность d проходит по
дну ручья (квадратного, круглого и другого профиля) каждого
из валков, причем центр ее С1! сдвинут относительно оси О
вращения валков на величину ДЛ?. В связи с этим глубина
ручья в выходном сечении неодинакова на разных ста-
диях вальцовки.
Рис. 338. Схема процесса вальцовки
Как видно из рис. 338, наибольшая глубина ручья наблю-
дается в начале перехода (в положении валков по схеме Z):
с.,., - 2 [4 - (4 - 4R )] = d. - d + 2Л«.
Наименьшая глубина ручья в конце перехода, соответствую-
щая положению валков на схеме IV, равна
с*=г[4-(4+
Если вальцовке подвергается заготовка постоянного сечения
(что имеет место при первом переходе), то разность
С,.™ - Cmin = 4ЛЯ (99)
характеризует наибольшее высотное обжатие заготовки, которое
наблюдается в конце перехода (см. схему IV). Если размер заго-
товки по высоте сечения Но >Стаз!, то к моменту установления
выходного сечения (по линии Ot—OJ будет иметь место предвари-
тельное обжатие т. — Нг> — Стях (см. схему /). Тогда общее обжа-
тие в конце перехода составит
ЛЯ - m -1- 4Д7?. (ЮО)
525
Если На Стах, то т = 0 и
ДЯ = ад. £100')
При Но < Ста1
дн ад - стах + н0.
Аналогично вычисляются обжатия при вальцовке заготовки
переменного сечения вдоль оси (т. е. для последующих переходов)
с той разницей, что вместо одинаковой во всех случаях величины
Но в расчетах используется переменная высота Н.
По абсолютным обжатиям можно вычислить и относительные
обжатия — степень деформации:
= 100%.
Существенное отличие процесса вальцовки от прокатки прут-
ков с постоянным поперечным сечением вдоль оси заключается
в том, что в первом случае величины дуг и углов захвата не оста-
ются постоянными и зависят от положения центра Ох окружности,
проходящей по дну ручья. При вращении валков вокруг оси О
центр Ох совершает круговой путь радиуса А/?, как показано на
схемах I —- IV. Из этих схем видно, что угол захвата а и протя-
женность контактного участка I возрастают по мере продвижения
заготовки вдоль ручья валков. Уменьшение этих величин проис-
ходит в конечной стадии каждого перехода (см. схему III), начиная
с момента, когда задний обрез ручья находится под максимальным
углом а захвата.
Следует иметь в виду, что начальные условия захвата прутка
аналогичны таким же условиям при прокатке, если Но < Cmas.
При На Стгу имеет место предварительное обжатие на вели-
чину т, причем образующиеся выступы (см. схему I) восприни-
мают от валков горизонтальные силы, которые складываются
с силами трения и продвигают пруток вдоль ручья.
При прокатке величину I определяют из уравнения
/ = (101)
где г — радиус валка.
При вальцовке можно воспользоваться этим же выражением
в следующей интерпретации:
1--У^-\Н = ^,7Vd^H. (ЮГ)
Как’гследует из приведенного выражения, протяженность
контактного участка возрастает с увеличением диаметра окруж-
ности, проходящей по дну ручья, и величины обжатия, которая
при вальцовке является переменной. Это выражение недей-
ствительно для последней стадии вальцовки (см. схему IV),
526
когда контактный участок сокращается до нуля. Угол захвата
может быть получен из уравнения
cos а = 1 — (102)
Следует иметь в виду, что длина вальцованной заготовки
больше длины ручья на величину опережения S:
L = ^+S. (103)
Величина опережения при вальцовке изменяется в значитель-
ных пределах и составляет на каждом переходе 2—12% от конеч-
ной длины заготовки. По данным В. Н. Мартынова при вальцовке
заготовок прямоугольного сечения на гладкой бочке валков, а
также в закрытом ручье опережение составляет S : - 24еон-
Давление течения металла при вальцовке определяется как
произведение контактной площади F на среднюю ординату эпю-
ры распределения удельного усилия рс!> по дуге I захвата:
P^PcpF = £] p.dx. (104)
о
Многоручьевая вальцовка осуществляется за число переходов,
которое может достигнуть 8—10. При безостановочном враще-
нии валков время t, в течение которого должна быть осуще-
ствлена установка заготовки в каждом ручье, прямо пропор-
ционально углу у холостого поворота валков и обратно про-
порционально числу оборотов п вальцев. В самом деле
1 = Т’ (105)
где 44=-^-— длина дуги, соответствующая углу у;
IF — окружная скорость валков радиуса гв в секунду.
После подстановки этих величин получаем
' = (1059
Если ручьевые вставки занимают половину окружности
(у — 180°), то при п = 30 получаем t — I сек. Для крупных валь-
цев, на которых обрабатываются прутки диаметром 60 мм, дли-
ной л.г„ = 3,14-425 1300 мм, время установки заготовки вручен
составляет десятые доли секунды и зависит от продолжительности
поворота валков на угол у. Так, при у = 90° имеем
. 90 п с .
t — с = 0,5 сек,;
О1 oU
длина изделия в этом случае может достигать почти 2 м.
527
В настоящее время вальцы используют в общем агрегате
с кривошипными прессами. Как известно, кривошипные прессы
неприспособлены для некоторых фасонировочпых операций
[1; 50], поэтому их осуществляют на вальцах, которые обеспечи-
вают получение фасонных заготовок. Так получают заготовки для
шатунов (вальцуется стеблевая часть шатуна), поворотных кула-
ков и т. п. Для фасонирования заготовок, наиболее удобны вальцы
консольного типа, отличающиеся от других, в частности, тем, что
каждый валок имеет по одной цапфе. Число оборотов таких валь-
цев достигает 100—НО в минуту. Небольшие габаритные размеры
консольных вальцев и большая скорость вращения валков обеспе-
чивают вальцовку заготовок и штамповку на прессе за один нагрев,
что сокращает расход топлива и дает экономию на угаре металла.
Угол обхвата валков вставками у этих вальцев достигает 270°, но
диаметр валков меньше, чем у двухопорных вальцев. Для обеспе-
чения времени, необходимого на установку заготовок в ручьи,
нужно чтобы валки после каждого быстро совершаемого оборота
автоматически останавливались.
При разработке технологического процесса вальцовки исходят
у?
из допустимых величин коэффициентов вытяжки X = ~ (f\ и
F2 — площади поперечных сечений заготовки до и после очеред-
ной операции вальцовки). На практике коэффициент X < 1,45 [1 ].
Средние значения коэффициента вытяжки \ср = 1,2-ь 1,3.
Коэффициенты вытяжки большей величины можно получить
при изменении профиля в каждом последующем ручье, например,
при переходе от полосы к кругу X = 2,0 [10].
Использование допустимых вытяжек при вальцовке обеспечи-
вает деформацию металла без образования облоя, который при
вальцовке с кантовкой на 90° приводит к образованию в следую-
щем ручье складок. В общем случае для получения сечения
после вальцовки из заготовки сечением Fs необходимо п переходов.
После первой вальцовки можно получить сечение
после второй вальцовки
г _ . Zk.
2~ ?. “ V ’
после п вальцовок имеем
р —
п X" ‘
При логарифмировании этого выражения и решения его относи-
тельно величины п получим
__In —- In Гп in Лрбщ Нл(абщ) _ (106)
In %.ср 1П
528
это означает, что количество переходов п при вальцовке равно
отношению общего смещенного объема (0sHo к среднему сме-
щаемому объему 1/ся (<Р) за переход.
Если вальцовке подлежат поковки с равномерно изменяю-
щимися поперечными сечениями вдоль оси (без бобышек или шеек),
то при А, < 1,45 они могут быть получены в одном ручье. Вначале
оттягивается часть заготовки в наиболее глубоком участке ручья;
затем, по мере утонения конца заготовки, ее можно подавать на
все большую часть ручья и, наконец, так, чтобы в конце очередной
вальцовки заполнить весь ручей.
В качестве примера вальцовки фасонной заготовки рассмотрим
схему переходов при протяжке стебля поковки шатуна (рис. 339, а).
Если сечение стебля имеет форму квадрата, то вальцовка осуще-
ствляется по диагонали квадратной заготовки. Если же стебель
шатуна штампуется с ребрами жесткости, то они могут быть пред-
варительно отформованы при вальцовке. Чтобы избежать искрив-
ления поковки при вальцовке, следует стремиться к тому, чтобы
разъем штампов проходил по плоскости симметрии поковки.
Основные параметры вальцев для заданного издслия'’опреде-
ляют на основании следующих расчетов. Если принять, что ручье-
вые вставки занимают половину окружности валков, то получим
^LK, откуда 0,65^, (107)
где LK — длина поковки, подлежащей вальцовке.
34 д, М. Охрименко 59Г
529
После расчета необходимого количества ручьев для вальцовки
данной поковки и установления расстояния между соседними
ручьями (например, исходя из прочности стенок ручья) опреде-
ляют минимальную длину бочек валков. Эти данные позволяют
выбрать по каталогу требуемый типоразмер вальцев. Профиль
поперечного сечения каждого ручья выбирается с учетом того,
чтобы металл не вытекал за его пределы. Это обеспечивается вы-
бором соответствующего значения коэффициента вытяжки и ши-
рины ручья с учетом уширения, которое принимается равным 30—
50% от величины высотного обжатия в данном ручье (меньшее зна-
чение уширения соответствует верхнему пределу температуры
вальцовки). Кроме того, выход из ручья на поверхность бочки
валка имеет фаску под углом 45° и скругляется радиусом. Длина
ручья принимается меньше длины поковки на величину опереже-
ния, , которое составляет 4—12% от провальцованной длины.
Радиусы внутренних углов ручья должны составлять примерно
50% от высотного обжатия, а наружные радиусы — 20—30% от
той же величины. Уклоны стенок полости составляют 3—6° в зави-
симости от глубины ручья [50].
На консольных вальцах фасонирование заготовок может быть
осуществлено за один проход. Подобный метод фасонирования
получил распространение в Советском Союзе и за границей, так
как обеспечивает большую производительность. Бальцы могут
работать в общем агрегате с молотом или прессом, обеспечивая
вальцовку и штамповку с одного нагрева заготовок. При примене-
нии прессов иногда приходится включать в агрегат двое вальцев.
Если заготовка должна иметь значительную разницу в соседних
поперечных сечениях н при этом необходимы большие коэффи-
циенты обжатия (до 2,5—3,0), то за один переход фасонирование
возможно лишь при образовании облоя между валками. Во мно-
гих случаях вальцовка заготовок с облоем приемлема, так как
последний уменьшает опережение при вальцовке и может быть
полезен при последующей штамповке заготовок в чистовом ручье
молота или пресса. Наличие облоя не позволяет применять
кантовку при переносе заготовки из ручья вальцев в ручьи
штампа молота или пресса. Последнее обстоятельство не-
сколько ограничивает технологические возможности процесса.
На рис. 339, б приведена фасонная заготовка для поковки сошки
руля автомобиля (рис. 339, в), которая вальцуется за один пере-
ход без образования облоя. Сечение по валку дано на рис. 340.
Штамповка в вальцах, В промышленности успешно приме-
няется вальцовка поковок от прутка с образованием облоя. Сущ-
ность рассматриваемого процесса состоит в том, что применяется
обычный метод штамповки (как бы в открытых штампах), но ручьи
расположены на поверхностях валков. В этом случае достигается
заполнение разнообразной формы полостей, которые неодно-
кратно повторяются в общем ручье. Выходящие из вальцев от-
530
штампованные от прутка одинаковые поковки соединены между со-
бой общим облоем. Разделение их происходит при обрезке облоя.
Наиболее технологичными для штамповки в вальцах являются
поковки, не имеющие высоких
ребер, выступов или отростков.
Чем меньше разница размеров со-
седних поперечных сечений поко-
вок, тем вероятнее возможность
штамповки их в вальцах. При
групповой вальцовке поковок
имеется возможность получить
ручей с плавным очертанием за
счет сочетания одинаковых или
разных поковок. Применение
штамповки в вальцах дает боль-
шое увеличение производитель-
ности (в 5—10 раз) и приводит к
значительному снижению себе-
стоимости поковок.
На Ростсельмаше была освоена
штамповка в вальцах штифтов
молотилки комбайна (рис. 341, а).
Внедрение этого процесса взамен
штамповки на молотах обеспечило
Рис. 340. Валки консольных
вальцеи
пятикратное увеличение производительности и снижение себе-
стоимости поковок на 30%. Штампы для вальцев состоят из не-
скольких вставок (ио 20 шт. на каждом валке), охватывающих
Рис. 341, Примеры штамповки в вальцах с образованием заусенцев
всю окружность валков и закрепляемых болтами, шпонкан
и боковыми накладками. Подгонка и сборка вставок — наиб-
сложные операции наладки процесса. Для удаления из
34*
окалины к валкам подсоединены круглые стальные щетки с
индивидуальным электродвигателем. Инструмент снабжен регу-
лируемым воздушно-водяным охлаждением. Температура валь-
цовки 1000—1200° С. Подача нагретых прутков осуществляется
специальным устройством, которое сбивает с них окалину и обе-
спечивает правильную фиксацию прутков в ручье. Стойкость штам-
повых вставок ниже стойкости цельноблочных молотовых штампов.
Опыт штамповки в вальцах штифтов для комбайна показал,
что для лучшего заполнения ручья необходимы сравнительно
низкая температура металла (950—1000° С) и высокие окружные
скорости вальцовки (0,85 м/сек).
Значительные исследования, связанные с теорией и техноло-
гией штамповки в вальцах, проведены ЦНИИТМАШем. В резуль-
тате этих исследований решены основные вопросы по разработке
технологических процессов, конструированию инструмента и
определению параметров ковочных вальцев для ряда поковок.
Для достижения большей технологичности и производительности
при штамповке в вальцах используются различные варианты сов-
мещения нескольких поковок, например, «валетом» при штамповке
корпуса разводного ключа (рис. 341, б). Освоена штамповка
в вальцах звеньев цепей, стамесок, ножниц, цельностальных но-
жей, различного медицинского инструмента и др.
При штамповке в вальцах особое значение приобретает опере-
жение, в результате которого длина поковки получается больше,
чем длина соответствующего ручья. Исследование опережения
при штамповке в вальцах показало, что в разных местах поковки
вдоль ее оси опережение неодинаково и в одном случае колебалось
в пределах 1,7—11,5% [50]. Объясняется это тем, что при запол-
нении сложной полости величина смещаемых объемов на отдель-
ных участках неодинакова. С увеличением смещаемого объема
увеличивается разность между скоростью продвижения заготовки и
окружной скоростью валков, что приводит к возрастанию опере-
жения.
Установлены необходимые размеры облоя для успешной штам-
повки в вальцах. В частности, ширина облоя увеличивается с уве-
личением смещенного объема при вальцовке и при понижении
температуры штамповки пропорционально коэффициенту вытяжки
и обратно пропорционально высоте исходной заготовки.
Повышение температуры штамповки на 100° С приводит
к уменьшению ширины облоя на 20 -30%, ио к увеличению опе-
режения. По данным В. Н. Мартынова уменьшение окружной ско-
рости валков (в пределах 0,69—0,14 м/сек) вызывает в очаге де-
формации охлаждение металла и приводит к незначительному сни-
жению опережения.
Смазка ручьев вызывает увеличение опережения и отрицательно
сказывается на заполнении металлом ручьев, особенно если у по-
ковки имеются резкие изменения размеров смежных поперечных
532
сечений. Поскольку смазка оказывает решающее влияние на стой-
кость штампов, этот вопрос требует специального исследования
в заводских условиях.
§ 3. РАСКАТКА
В промышленности весьма эффективно применение процесса
горячей раскатки колец и некоторых других изделий, имеющих
форму тел вращения. Принцип раскатки заключается в деформа-
ции металла между вращающимися валками-роликами, причем
обрабатываемая заготовка получает вращательное движение
Рис. 342. Схемы открытой и закрытой раскатки
в той же плоскости что и ролики. Существуют две разновидности
процесса раскатки — открытая и закрытая (рис. 342).
Открытая раскатка (рис. 342, а) заключается в том, что пред-
варительно отштампованная поковка (например, кольцо 5) дефор-
мируется между обжимным и опорным роликами 1 и 2 при их
вращательном движении. Этот процесс аналогичен прокатке за-
готовки, у которой оба конца соединены между собой. По мере
опускания обжимного ролика 1 происходит непрерывное утоне-
ние кольца при одновременном увеличении его диаметра. Ролики
3 и 4 сигнализируют об окончании процесса раскатки в тот мо-
мент, когда окружность прокатываемого кольца одновременно
касается всех четырех роликов.
Закрытая раскатка (рис. 342, 6) состоит в том, что раскаты-
ваемое кольцо 6 надевается на опорный ролик 7 и обжимается
роликом 8. Открытая раскатка получила большее применение
в промышленности в связи с более простым ее осуществлением.
Удаление же готовых изделий при закрытой раскатке более
сложно.
Раскатка не является самостоятельным процессом обработки
металлов давлением, так как заготовки для раскатки обычно по-
лучают штамповкой, ковкой (для крупных колец) или отливкой.
533
Преимущества раскатки заключаются в приближении разме-
ров изделия к окончательным размерам детали (за счет уменьше-
ния напусков, экономии металла, сокращения объема механичес-
кой обработки — за счет уменьшения припусков и напусков) и
возможности применять малогабаритные заготовки. Последнее об-
стоятельство особенно важно в тех случаях, когда раскатке подле-
жат тонкостенные и крупногабаритные изделия, штамповка кото-
Рис. 343.
Различные стадии процесса открытой раскатки
рых требует приложения больших усилий. Рассмотрим подробнее
различные этапы процесса открытой раскатки (рис. 343). Раскатка
начинается с момента, когда заготовка входит в соприкосновение
с приводным обжимным роликом 1 (рис. 343, а). Так как кольцо-
заготовка надевается на опорный ролик свободно, то центр окруж-
ности этого ролика 0 не совпадает с центром окружности
кольца 0t. При раскатке по мере увеличения диаметра кольца
центр его окружности непрерывно перемещается, и в момент со-
прикосновения кольца с направляющим роликом 2 он окажется
в точке 02 (рис. 343, б). Дальнейшая раскатка связана с отклоне-
нием центра окружности кольца влево (рис. 343, в), что
продолжается до его соприкосновения с сигнальным роликом 3
(рис. 343, а) в конце раскатки. По окончании процесса раскатки
534
обжимной ролик 1 отходит в исходное положение и кольцо можно
свободно снять с опорного ролика. При раскатке желательно,
чтобы между кольцом и инструментом не было проскальзывания.
Для этого необходимо, чтобы окружная скорость кольца и роли-
ков в месте контакта была одинаковой.
Так как диаметр кольца в процессе раскатки увеличивается,
то при определенном числе оборотов обжимного ролика скорость
вращения кольца должна уменьшаться. Переменной величиной
должно быть и число оборотов опорного ролика, что достигается
свободным его вращением на своей оси. На некоторых раскаточ-
Рис. 344. Дефекты, получающиеся при раскатке
иых машинах (например, применяемых для раскатки ватерных
колец) опорный ролик имеет также принудительное вращение,
В этом случае диаметры роликов подбираются исходя из того,
чтобы окружные скорости по средней линии кольца были при-
мерно равными.
Известно, что при прокатке прутка валками различного диа-
метра наблюдается изгиб его в сторону валка меньшего диаметра.
При раскатке колец это явление оказывается полезным, так как
способствует получению колец правильной формы. Очень важно,
чтобы выходная часть кольца своевременно встречала направля-
ющий ролик во избежание появления так называемой «утки»
(рис. 344, а). Этот вид брака получается, если угол рзначительно
больше 90". Взаимное расположение роликов проверяют путем
установки контрольной поковки с размерами в пределах допус-
ков. При раскатке колец встречается вид брака, называемый «ко-
зырьком» (к на рис. 344, б) и наблюдаемый при раскатке колец,
у которых толщина больше высоты. Практически установлено, что
этот брак появляется чаще при низкой температуре раскатки,
при большом диаметре опорного ролика и при малой мощности
раскаточной машины. Обычно козырьки больше со стороны обжим-
ного ролика, чем со стороны опорного. Это можно объяснить нео-
динаковой поперечной деформацией с внутренней и наружной
535
Рис. 345 Инструмент й профили раскатан-
ных изделий;
1 — бандаж; 2 — раскаточний ролик
сторон кольца. Площадь контакта обжимного ролика с наружной
поверхностью кольца шире, чем с внутренней поверхностью
кольца с опорным роликом. Это обстоятельство может способст-
вовать большей поперечной деформации по наружной поверхности
раскатки. При раскатке колец с малым обжатием часто наблю-
дается утяжка торцев колец (рис. 344, в). Этот вид брака встре-
чается у колец с профилированием по внутренней поверхности
(рис. 345, а). Величина нормального обжатия (по данным под-
шипниковых заводов)
= 1,5,
Oj 6 01 ’
Л1] — начальное и конечное
сечеиия кольца;
6! —начальная’и конечная
толщина кольца;
В—ширина кольца.
При раскатке ватерных
колец оптимальным счи-
тают величину т| - - 1,4-5-
1,8. Однако в некоторых
случаях раскатка может
быть осуществлена с об-
жатиями до т| = 2,4 [31;
44].
Высота колец в про-
цессе раскатки остается
неизменной, так как она ограничивается ребордами обжимного
ролика (рис. 345, а). При раскатке на крупных раскаточных
станах бандажей и железнодорожных колес’(рис. 345/6) профиль
сечения ’"получается в 'результате' обжатия*обычными£и/наклон-
ными роликами (угол наклона их оси а).
Раскатку осуществляют при обычных ковочных температурах.
Высокие температуры при раскатке применяются для уменьше-
ния энергозатрат, однако это сопряжено с более интенсивным
окислением и обезуглероживанием стали. Подшипниковые кольца
перед раскаткой нагревают в индукционных электронагревателях
до 1000° С. Раскатка ватерных колец, бандажей и колес осуще-
ствляется при температуре 1100—1200° С. Подача кольцеобраз-
ных заготовок может быть легко механизирована и автоматизи-
рована. Для агрегатной высадки и раскатки необходимо обеспе-
чить постоянство температуры колец. Достигаемая точность
размеров при раскатке до ±0,4 лиг. Нагрев металла в мазутных
и газовых печах приводит к’обезуглероживаиию на глубину
0,4—0,8 мм, поэтому припуски на обработку должны быть даны
с учетом последующего ’удаления относительно большого слоя
металла. Электронагрев снижает обезуглероживание стали.
535
§ 4. РОТАЦИОННАЯ КОВКА
Этот процесс представляет собой обжатие сечения заготовок
для получения цилиндрических, конических и ступенчатых пере-
ходов. Ротационному обжатию подвергаются прутки, имеющие
круглое, прямоугольное и любое другое сечение, а также трубча-
тые заготовки. Деформация может быть сосредоточена на конце
прутка либо осуществляться на некотором расстоянии от него
в одном или в нескольких местах. Ротационной ковкой можно
Рис. 346. Типичные конфигурации головок, получае-
мых ротационным обжатием
осуществить полную или частичную заковку концов трубчатых
заготовок, а также соединение стержней с трубами. Применяется
холодная и горячая ротационная ковка. Сущность процесса со-
стоит в следующем. Прутковая заготовка подвергается обжатию
бойками, движущимися навстречу друг другу. В различных кон-
струкциях вертикальных и горизонтальных машин движение бой-
ков осуществляется по-разному. Некоторые конструкции машин
имеют две пары бойков, действующие во взаимно-перпендикуляр-
ных направлениях, причем обжатия могут происходить либо по-
очередно каждой парой бойков, либо одновременно всеми бойками.
Количество обжатий в минуту зависит от числа оборотов машины
и количества пар бойков, а также от того, действуют ли они одно-
временно или поочередно. Количество обжатий у различных ма-
шин колеблется от нескольких сот до нескольких тысяч в минуту.
На этих машинах подвергаются обжатию прутки диаметром
3—300 мм.
Характерные переходы и инструмент приведены на рис. 346.
Современные мощные радиально-ковочные машины вертикаль-
337
ного типа с гидравлической подачей заготовки развивают усилие
до 10 760 кн (1200 т). На таких машинах изготовляют ступенча-
тые валы, шпиндели и полые поковки с внутренним профилиро-
ванием по сложному контуру. Бойки изготовляют из стали Рф-1
и РФ-2 с ЯС до 61—63.
§ 5. ЭЛЕКТРОВЫСАДКА
Для значительного непрерывного местного набора металла
на конце или в середине длинного прутка применяют электровы-
садку (рис. 347). Пруток 1, зажатый клеммами 2, действующими
от гидравлического цилиндра, вводится в цепь электротока. Вто-
рой контакт создается при нажатии на пруток штока 3 на другом
конце, упирающемся в стопор 4.
Конец прутка между клеммами 2
и стопором 4 разогревается, как
при электроконтактном методе на-
грева металла (см. § 4 гл. IV).
По мере продвижения прутка
его разогретый конец высажи-
вается в головку, величина кото-
рой технологически не ограниче-
на, что и отличает электровыса-
дочную машину от горизонтально-
ковочной машины. Эта специали-
зированная машина применяется
Рис. 347. Схема электровысадоч- в Случаях, КОГДЯ ПОКОВКИ не
ной установки могут быть получены выдавлива-
нием (из-за отсутствия мощного
пресса) или высадкой на горизонтально-ковочной машине.
Для образования головки высадкой на горизонтально-ковочных
машинах, диаметр которой значительно превышает диаметр прутка,
можно использовать его длину, не превышающую (2,5 -ьЗ) D 0. Элект-
ровысадкой можно получать головки, используя длину прутка,
равную (10-5-15) Do.
Из опыта Горьковского автомобильного завода по электровы-
садке расстояние I между клеммами 2 и стопором 4 (см. рис. 347)
рекомендуется принимать (3ч-3,5) Оптимальное осевое дав-
ление на пруток можно принимать равным 98 МнЛи2 (10 кг/ллг).
Скорость движения штока 3 2—4 мм/сек. Силовой трансформатор
электровысадочной машины рекомендуется использовать с воз-
можно большим числом ступеней регулирования напряжения [для
прутков диаметром до 25 мм число ступеней регулирования
15-5-20]. Электровысадочные машины питаются от сети перемен-
ного тока напряжением 220 или 380 в.
Наиболее распространены горизонтальные электровысадоч-
ные машины, но известны и вертикальные модели этих машин.
538
В последнее время выпускаются электровысадочные машины с ав-
томатизированными управлением и регистрацией температуры ме-
талла.
$ в. ШТАМПОВКА МЕТАЛЛА В ПЕРИОД КРИСТАЛЛИЗАЦИИ
Наиболее простой схемой обработки металла давлением отли-
чается штамповка металла в период кристаллизации или, как ее
обычно называют, штамповка жидкого металла.
Этот процесс занимает промежуточное положение между обыч-
ной штамповкой и литьем под давлением. Наличие прессового
оборудования, принудительного перемещения металла с помощью
штампов и процесса рекристаллизации металла дает возможность
рассматривать этот процесс как разновидность горячей штам-
повки. Отличие штамповки жидкого металла от обычной штам-
повки заключается в том, что деформируемый металл затверде-
вает и приобретает кристаллическое строение в процессе штам-
повки. Схема процесса типична для штамповки в закрытом
штампе.
К преимуществам штамповки жидкого металла относятся от-
сутствие предварительной обработки исходного металла (ковки,
предварительной штамповки); небольшие удельные усилия и ра-
бота деформации; возможность получения глубоких полостей ма-
лого диаметра и тонких ребер; высокий коэффициент использо-
вания металла; возможность получения очень крупных изде-
лий. Перечисленное обеспечивает высокую экономичность [про-
цесса.
К недостаткам процесса штамповки жидкой стали по сравне-
нию с горячей штамповкой стальных заготовок следует отнести
быстрый выход из строя штампов; возможность сваривания штам-
пуемой стали со штампом (при продолжительных выдержках во
время штамповки); быстрое остывание металла при получении
изделий небольшого размера, что превращает процесс в горячую
штамповку литой заготовки; сложность точной дозировки объема
металла и более низкое качество по сравнению с изделиями, име-
ющими волокнистое строение металла.
Область применения штамповки жидкого металла для стальных
изделий еще окончательно не определена. Микроструктура дета-
лей, изготовленных штамповкой жидкого металла, имеет мелко-
зернистрое строение и характеризуется отсутствием пороков, газо-
вых пузырей и усадочных раковин.
Выход годного составляет около 98%. Следовательно, с точки
зрения технической рациональности процесса он является одним
из наиболее эффективных методов обработки металлов давлением.
Возможность запрессовки в металл различной арматуры (метал-
лической и неметаллической) является также существенным
преимуществом, расширяющим область применения штамповки
жидкого металла.
539
На рис. 348 дана схема процесса штамповки жидкого металла
в штампе конструкции, описанной в § 5 гл. VI (см. рис. 253).
Штамп обеспечивает герметичность полости и автоматическое
удаление поковки из рабочей полости.
Упомянутая выше штамповка литых фасонных заготовок уступает предыду-
щему способу, так как при этом требуется предварительная отливка заготовок,
пригодных для штамповки в чистовом пли хотя бы предварительно в черновом
ручье. При штамповке литых заготовок отпадает необходимость в прокатке
и разрезке заготовок.
Рис. 348. Схема процесса штамповки жидкой стали в период кристаллизации:
а — момент заливки' б — момент штамповки; 1 — пуансон; 5 — рычаги со скосами;
3 — съемник; 4 — болгы; 5 — пружиня; 6 — обойма металлоприемпика; 7 — матричная
вставка; Я — башмак; 9 — тяти; 10 — пружины; 11 — планки; 12 — валик
Недостатки процесса штамповки литых заготовок заключаются в более низ-
ком качестве металла поковки вследствие небольшой степени деформации при
штамповке литых фасонных заготовок.
При большой степени деформации преимущества штамповки литых загото-
вок уменьшаются, так как при этом их форма значительно отличается от формы
поковки. Штамповка литых заготовок может получить распространение при
изготовлении деталей машин, работающих при сравнительно небольших напря-
жениях. Метод штамповки литых заготовок, разработанный советскими учеными
(В. М. Аристовым, Н. И. Корнеевым, М. И. Рининым и др.), широкого распро-
странения до сего времени не получил. В качестве примера можно указать на
штамповку роликов трактора С-80 из литых заготовок на одном из тепловозо-
строительных заводов. Все же из литых заготовок на одном из заводов штампуют
одиннадцать наименований поковок [99].
ГЛАВА W
ОТДЕЛОЧНЫЕ ОПЕРАЦИИ
Штампованные поковки перед отправкой на склад готовой про-
дукции или в механический цех проходят следующие отделочные
операции: правку, термическую обработку, очистку от окалины
и калибровку. Кованые поковки обычно не подвергаются другим
отделочным операциям, кроме термической обработки.
Применение отделочных операций приводит к улучшению по-
верхности и структуры поковок, а так же к повышению точности
их размеров,
§ 1. ПРАВКА ПОКОВОК
Правкой устраняют искривления поковок, полученные при
следущих обстоятельствах.
1. При штамповке вследствие застревания и последующего при-
нудительного извлечения поковок из ручья; при штамповке только
какой-нибудь части поковки; при рубке’ножом и при транспорти-
ровании поковок.
2. При обрезке вследствие неудовлетворительной подгонки
штампов и по другим причинам, описанным в § 5 гл. VI.
3. При термической обработке в результате коробления (вслед-
ствие остаточных напряжений, возникающих при неранномерной
деформации в процессе штамповки).
4, После дополнительной технологической операции, напри-
мер, при гибке, вследствие упругого частичного восстановления
формы.
5. При быстром остывании облоя у изогнутых поковок (усадка
металла со стороны внутреннего угла’приводит к'искривлению
поковок).
Величина искривления поковок устанавливается на разметоч-
ной плите или с помощью специального контрольного приспосо-
бления. Искривление считается допустимым, если искажение формы
не превышает допусков на размеры. В большей степени искривле-
нию подвержены поковки значительной длины, с тонкими реб-
рами, с резкой разницей в размерах смежных поперечных сечений.
541
В зависимости от причин, вызывающих искривление поковок,
правка их может быть осуществлена в горячем состоянии
после обрезки облоя или в холодном состоянии после термичес-
кой обработки.
Горячая правка поковок производится после обрезки облоя
Й удаления пленок, В этом случае правка может быть осущест-
влена в окончательном ручье основного штампа, но это сопряжено
с увеличением нормы времени на штамповку. Более рациональ-
ной является правка, осуществляемая па обрезном прессе (если
этот пресс рассчитан для подобных операций). Правка может быть
произведена и на дополнительном правочном оборудовании (мо-
лоте или прессе), но это удорожает процесс, а при горячей правке
делает штамповочный агрегат громоздким. Горячая правка оказы-
вает лучшее влияние на структуру и механические свойства стали,
чем холодная.
Холодная правка применяется главным образом для поковок,
получающих искривления при термической обработке. Для этого
вида правки используются дешевые и простые в эксплуатации
фрикционные молоты (с доской). Они устанавливаются батарей-
ным способом в термическом отделении цеха. Ручьи правочных
штампов по форме полости совпадают с окончательными ручьями
с учетом снижения температуры. В отличие от окончательного
ручья основного штампа правочный ручей может иметь полость,
Рис. 349. Температурные области раз-
новидностей первичной термической
обработки для стали с различным
содержанием углерода (по А. И. Та-
русину)
не ограниченную с торцев длин-
ноосной поковки, для удобства
закладки и удаления поковок.
Правка поковок при необходи-
мости может быть осуществлена
ив двух перпендикулярных пло-
скостях. Для увеличения про-
изводительности холодная прав-
ка небольших поковок осуще-
ствляется попарно или в мно-
горучьевом штампе (многоштуч-
ная правка).
§ 2. ТЕРМИЧЕСКАЯ
ОБРАБОТКА ПОКОВОК
Типичными операциями пер-
вичной термической обработки
поковок являются отжиг и нор-
мализация (рис. 349).
Отжиг поковок. Отжигом
достигают перекристаллизацию
стали для получения ее равновесного состояния, для улучшения
пластичности и вязкости, понижения твердости, уничтожения
остаточных напряжений и измельчения зерна, если оно увели-
542
чено в результате 'длительного пребывания стали при высокой
температуре.
Нормализация поковок. Нормализация — более выгодная тер-
мическая обработка, чем отжиг, и заменяет его в случае примене-
ния мало- и среднеуглеродистых сталей (до 0,4% С). Стали с боль-
шим содержанием углерода при нормализации не получают тех
же свойств, что при отжиге. Если есть опасность появления полос-
чатой структуры (при низкой температуре окончания ковки,
штамповки) или крупнозернистое™ стали (при высокой темпера-
туре окончания ковки, штамповки), следует применять полный
отжиг. В противном случае достаточно применения неполного
отжига.
Высокий отпуск, называемый также низким отжигом (650—
680° С), применяют для снижения твердости высоколегированных
сталей, поскольку обычным способом отжигать их сложно.
В последнее время для экономии тепла и ускорения процесса
производства поковок термическую обработку осуществляют с ис-
пользованием тепла поковок после их штамповки, в связи с чем
применяют агрегатную организацию рабочих мест (термическая
обработка в потоке со штамповкой).
§3. ОЧИСТКА ПОКОВОК ОТ ОКАЛИНЫ
Для повышения срока службы режущего инструмента при
механической обработке поковок, а также для облегчения кон-
троля качества поверхности поковок их подвергают очистке от
окалины. В промышленности применяют три способа очистки
поковок: травление в кислотах (рис. 350, а), дробеструйную
(рис. 350, б) и в барабанах (рис. 350, в).
В свое время травление поковок было незаменимым способом
их очистки, так как после дробеструйного снятия окалины трудно
обнаружить поверхностные дефекты металла (волосовины и др.).
В связи с широким внедрением магнитометрических методов кон-
троля это затруднение устранено. Травление поковок теряет прак-
тическое значение вследствие низкой экономичности процесса (боль-
шого расхода кислот, потерь металла в связи с его растворением
и др.) и неудовлетворительных санитарно-гигиенических условий.
В настоящее время все более широкое применение находят два
последних способа удаления окалины с поковок. Для дробеструй-
ной очистки применяют чугунную дробь диаметром 1,5—2 мм,
что позволяет сбивать окалину при малых радиусах закругления
внутренних углов поковок (7?min — 3 лш). Используются два
типа аппаратов для дробеструйной очистки поковок. Для поковок
мелких и средних размеров очистка осуществляется при их движе-
нии относительно ленты транспортера, находящейся внутри аппа-
рата (рис. 350, б). Для крупных поковок применяют аппараты, в ко-
торых поковки перемещаются вместе с лентой. Скорость удара
543
дробинок достигает? 60 mJ сек [40]. Кроме того, применяют пне-
вматическую и механическую подачу дроби, в последнем случае
дробь разбрасывается лопатками быстровращающегося ротора.
Производительность дробеструйных аппаратов 1,5--2 т поковок
в час. При обработке поковок в барабанах (галтовка) удаление
а — травильная конвейерная установка; б — дробеструйная установка; в — галтовочный
барабан; 1 — конвейер лестничного типа; — вытяжной колпак с гидравлическим
затвором; 3 — горячая вода для подогрева поковок; 4 — раствор серной кислоты; 5 —
горячая вода для промывки; 6 — дробеметателъ; 7 — барабан; # — люк
окалины происходит во время удара поковок друг о друга и о спе-
циальные металлические звездочки, закладываемые в барабан.
Этот способ применяется только для относительно небольших по-
ковок, чтобы избежать значительных забоин на поверхности изде-
лий (рис. 350, в). Наклон барабанов способствует лучшему переме-
шиванию поковок и облегчает их выгрузку. Угол у должен быть
больше угла трепня стали о сталь и обычно составляет 20—30°
§ 4. КАЛИБРОВКА ПОКОВОК
Для повышения точности поковок (массы и размеров), а также
для получения более высокой чистоты поверхности применяют
калибровку (чеканку). Эта операция заключается в незпачитель-
544
ном обжатии поковок. Обжатие поковки между плоскими плитами
называют плоскостной калибровкой (рис. 351, а). Она дает воз-
можность значительно повысить точность размеров поковок в на-
правлении приложения усилия. Если калибровке подвергают не-
плоские поверхности поковок (на некоторой их части, рис. 351, б
или по всей поверхности, рис. 351, в), то при этом образуется
небольшой облой по разъему штампов и имеет место объемная
:алибровка. Последняя позволяет повысить точность всех раз-
меров поковки, а также точность массы поковок. Для некоторых
поковок может быть применена частично плоскостная и частично
объемная калибровка. Операция калибровки совершается чаще
без нагрева поковок и является составным элементом процесса
горячей штамповки. Для того чтобы чистота поверхности поковки,
достигнутая при калибровке, не уменьшилась, ее целесообразно
проводить после последнего нагрева в процессе изготовления
детали. Поэтому калибровке подвергают поковки, прошедшие
уже термическую обработку. Калибровка, совершаемая при тем-
пературе 700—800° С, часто называется горячей калибровкой; она
не обеспечивает чистоту поверхности, достигаемую при холодной
калибровке, но происходит при более низких удельных усилиях.
Горячую калибровку применяют до термической обработки поко-
вок.
По точности получаемых размеров поковок различают грубую
калибровку (обеспечивает допуски ±0,1 — ±0,25 мм) и повышен-
ной точности (с допусками ±0,05—±0,1). При необходимости
после двукратной калибровки можно получить еще более высокую
точность размеров (до ±0,025) [80]. Для плоскостной калибровки
припуски П и допуски Д предусмотрены ГОСТом 7505—55.
Шероховатость поверхности при калибровке (без нагревания
поковок) достигает 7 и 8-го класса по ГОСТу 2789—59, т. е,
такая же, как при шлифовании.
Основным препятствием для получения большей точности раз-
меров при плоскостной калибровке является образование вьгпук-
35 Я. М. Охрименко 557 345
лости на ранее плоских поверхностях (рис, 352, а). При обжатии
па величину Яо — //min поковка фактически получается с разме-
рами Hmin по краям и Нтз1! в середине, несмотря на то, что
калибровочные плиты имеют плоскую рабочую поверхность.
Наличие стрелы выпуклости fn --= 11тп является пре-
пятствием для повышения точности размеров поковок.
Для объяснения причин
появления выпуклости (на-
зываемой также мениском)
на калиброванной поверхно-
Рис. 352. Схемы, поясняющие образова-
ние выпуклости на плоской поверхности
при калибровке
сти рассмотрим вначале про-
цесс в идеализированных ус-
ловиях, предполагая, что тре-
ние отсутствует (рис, 352, б).
В этом случае рабочие плиты
2 будут подвергнуты упру-
гому вмятию вследствие
внедрения поковки в рабочую
плиту (вмятие плиты проис-
ходит на большей площади,
чем площадь контакта плиты
с поковкой)и упругому изги-
бу вследствие того, что пло-
щадь опоры рабочей плиты 2
на подштамповую плиту I
больше, чем контактная пло-
щадь между поковкой 3 и ра-
бочей плитой 2.
Выпуклость калиброван-
ной поверхности, как резуль-
тат упругого вмятия и изгиба рабочей плиты характеризуется
размерами Dn и /й, а вмятие плиты — d и fa (рис. 352, б). Вели-
чину выпуклости торца можно определить исходя из решения
классической задачи теории упругости, по деформации упругого
полупространства (задача Буссииеска). При равномерном рас-
пределении нормальных напряжений по площади круга наиболь-
шая стрела прогиба в м (мм) поверхности штампа вдоль оси
деформируемого цилиндра составит
(1 — Дд)
4
а у края цилиндра соответственно
f = 2(1 —д8) оЛ
1к л£
где р — коэффициент Пуассона (для стали р 0,3);
546
(W8)
от — предел текучести материала изделия в Мн!мг (кг/ммг)\
— диаметр цилиндра (поковки), подвергаемого калиб-
ровке, в м (мм);
Е — модуль упругости [для стали Е 20-104 Мн>мг
(^ 2,1 • 10* кг/мм'2) ];
отсюда величина выпуклости торца определяется как
f _ t _ s _ 0,32<тт£>„
/п /о [к ' *
Если вместо ог (при наличии трения) принять ру$ и
— 1,13VFW) где Ftl — площадь калибровки, то получим
/п^ Е
(108')
Следовательно, выпуклость при калибровке прямо пропор-
циональна удельному усилию и линейному размер}7 поковки
в плане и обратно пропорциональна модулю упругости материала
штампа.
Для уменьшения искажения поверхности при чеканке необ-
ходимо использовать штамповую сталь с повышенным модулем
упругости, Значительно повысить модуль упругости стали за счет
изменения ее состава не удается, хотя, например, увеличение
содержания углерода в стали от 0,1 до 0,5 % приводит к повышению
величины Ес 18,6 • 104 Л/н/тЕ до 20*10* Мн/м2 (с - 1,9 • 103 кГ/мм2
до 2,1 *104 кГ/мм2), однако дальнейшее повышение содержания
углерода в стали не сопровождается заметным повышением модуля
упругости.
Значительное повышение модуля упругости можно получить
при использовании явления анизотропии упругих свойств. Так,
например, хромомолибденовая сталь после горячей прокатки
имеет £niax == 24,5-Ю4 Мн/м2 (^2,5*104 кГ/млг) и Emin =
= 19,6-Ю1 Мн/м~ (—2,0-104 кГ/мм2').
Если штамповые плиты изготовлять таким образом, чтобы
при калибровке стрела прогиба инструмента совпадала с направ-
лением максимальных величин модуля упругости, то искажение
плоской поверхности при калибровке значительно уменьшится.
Термическая обработка снижает модуль упругости примерно
на 10%, но без нее при калибровке штампы получают пластическое
смятие.
В табл. 50 даны значения выпуклости, рассчитанные по фор-
муле (108) для поковки Dn = 100 мм при ог = 980 Л1н/лг
(—100 кГ/мм2) и плит из различных металлов.
Если нагревать поковку перед калибровкой, то можно умень-
шить сгт и соответственно величину fn при условии, если падение
модуля упругости, вызванное разогревом штампа, не окажет
более значительного обратного действия па величину fn. Если
повышение температуры поковки приводит к окалинообразованию,
Шт 547
Таблица 50
Расчетные величины выпуклости калиброванной плоскости
для рабочих плит из различных материалов
Характеристики Материал плит
Медь СТИЛЬ Бериллий Молибден Вольфрам Иридий
£ а Л1н/л(а 10,8-104 20-104 29,4-10* 34,3 104 41,2-Ю4 51-104
в кГ/мм2 1,1-104 2,1 -104 3,0-10* 3,5-10* 4,2-104 5,2-Ю4
fn В. ЛИ 0,3 0,15 0,1 0,09 0,076 0,057
то калиброванные поверхности имеют менее чистую поверхность,
чем поверхности при калибровке без нагрева.
Существенного уменьшения выпуклости поверхности можно
получить при уменьшении площади калибровки, в связи с чем
на поковках целесообразно сделать наметки отверстий (если они
требуются для детали). При этом дополнительным преимуществом
является экономия металла при штамповке поковок.
Большое влияние на образование выпуклости оказывает кон-
тактное трение, которое в зависимости от соотношения размеров
поковки предопределяет удельное усилие калибровки. Известно,
что удельные усилия возрастают с увеличением отношения диа-
метра к высоте образца, что сопровождается значительным уве-
личением выпуклости калиброванных поверхностей. При большом
отношении диаметра образца к высоте (Ь : Н > 4) эпюра нор-
мальных напряжений на торце осаживаемого образца имеет
куполообразную форму. В процессе калибровки повышение напря-
жения в центральной части торца образца вызывает увеличение
местных упругих деформаций, в результате чего выпуклость
возрастает (рис. 353, а). Следовательно, при калибровке образцов
с отношением D : Н > 4 влияние упругого вмятия и изгиба плит
суммируется с влиянием куполообразного распределения нор-
мальных напряжений, поэтому мениск получается увеличенным
(это подтверждено опытами). При деформации высоких образцов
(D : Н < 2) наблюдается убывающая к середине торца образца
эпюра нормальных напряжений. Это доказано теоретическим
путем и подтверждено экспериментами. При калибровке образцов
с D : Я <2 удельные усилия относительно небольшие; это об-
стоятельство и то, что нормальные напряжения уменьшаются
от периферии к центру торца образца, обеспечивают значительное
уменьшение выпуклости (рис. 353, б).
548
На рис. 354, а дан график изменения удельных усилий при
осадке в зависимости от отношения D : Н. При D : /У 2 чистота
обработки поверхности инструмента оказывает небольшое влия-
Рис. 353. Выпуклость до калибровки плоской поверхности у низких
(а) и высоких (б) образцов
ние на величину удельных усилий. Однако с увеличением отноше-
плит характеризуется крутым подъемом кривой. Таким образом,
с увеличением чистоты обработки плит и при их смазке удельные
усилия уменьшаются, а следовательно, уменьшается и выпуклость
549
торцов образцов. Это проявляется тем интенсивнее, чем больше
отношение D : Н.
До тех пор, пока зоны затрудненной деформации находятся
на расстоянии друг от друга (D : Н <2), их форма и размеры
(зависящие от контактных сил трения) не оказывают существен-
ного влияния на увеличение сопротивления деформации. Когда
эти зоны начинают взаимодействовать (D : Н ~^> 4), то по мере
их сближения трение начинает играть все большую роль и сопро-
тивление деформации увеличивается. Указанные явления и ска-
зываются на величине выпуклости при калибровке. О роли вели-
Рис. 355, Сопротивление деформа-
ции некоторых сталей при холод-
ном обжатии
чины D : Н в образовании выпукло-
сти можно судить по осадке образ-
цов из армко-железа (рис. 354, б).
При D : Н — 7 влияние трения на
величину выпуклости интенсивнее,
чем при D : Н — 4,5 и еще более
интенсивно при D : Н == 2, когда
выпуклость в несколько раз мень-
ше.
О пригодности стали для калиб-
ровочных плит обычно судят по ее
твердости после закалки (/?С 58 —
62) и прочности в термически об-
работанном состоянии. Однако,
как было показано выше, важней-
шей характеристикой стали для
калибровочных плит является модуль упругости Е. Для изго-
товления плит применяют стали ШХ15, Х12М и другие им подоб-
ные, которые могут выдерживать удельные усилия при калиб-
ровке, доходящие до 2440 Мн/м2 (—250 кГ/мм2). Величина
удельного усилия при калибровке зависит от тех же факторов,
Итон при штамповке. Кроме того, учитывается упрочнение стали
при калибровке (рис. 355), которое повышает в 1,5—2 раза сопро-
тивление деформации в зависимости от степени деформации [101].
Чем больше масса (в известных пределах) калибровочных
плит, тем меньше выпуклость за счет их изгиба. В частности
увеличение толщины плит приводит к уменьшению их изгиба.
При увеличении размеров плит в плоскости калибровки изгибаю-
щий момент увеличивается пропорционально увеличению плеча
в первой степени и одновременно уменьшается пропорционально
уменьшению давления на опору во второй степени. Следовательно,
целесообразно применять плиты, у которых площадь опоры
в несколько раз больше площади контакта между поковкой и
плитой. Соотношение этих величин можно получить расчетом
при условии отсутствия смятия подштамповой плиты:
^опРсм
550
где Fon — опорная площадь рабочей плиты;
— сопротивление смятию подштамповой плиты;
р — контактная площадь калибровки;
— удельное усилие калибровки.
При калибровке отожженных поковок можно получить повы-
шение точности их размеров, но если поковки подвергаются
закалке и отпуску, то калибровку стараются выполнять после
термической обработки, так как при этом устраняется механи-
ческая обработка поковок.
Увеличение удельных усилий па деформацию при возрастании
D : Н приводит к тому, что при Dn : Нп^> 20 калибровка в холод-
ном состоянии стальных поковок плитами из обычной штамповой
стали нецелесообразна [80J.
При уменьшении контактного трения снижаются удельные
усилия и разность напряжений между центром и периферией
торца, поэтому уменьшается и величина выпуклости на поковке.
Для снижения удельных усилий применяют смазки и тщательно
обрабатывают поверхность рабочих плит. Однако обильное смазы-
вание поковок приводит к ухудшению чистоты поверхности, что
не всегда можно допустить. Эффективность применения смазки
особенно заметна при калибровке поковок с большим отношением
диаметра к высоте.
Большие степени деформации приводят к наклепу стали и,
как следствие, к увеличению выпуклости поверхности. Для полу-
чения точных размеров поковок достаточна деформация 1—2%.
Однако малые степени деформации не позволяют получить чистую
поверхность. Очень важно, чтобы колебания степени деформации
были возможно меньшими, что зависит от постоянства величины
припуска на калибровку и фактических допусков на размеры по-
ковок. Для получения высокой точности размеров при калибровке
поковки иногда предварительно сортируют по размерам на не-
сколько партий, а затем производят раздельную калибровку
каждой партии поковок. Поковки с отношением размеров
Dn : Нп < 2 можно калибровать без сортировки на партии. На
практике для уменьшения выпуклости поверхностей иногда при-
меняют плиты с выпуклой рабочей поверхностью, кривизну кото-
рой определяют опытным путем.
Из курса «Оборудование кузнечно-штамповочных цехов» из-
вестно, что при калибровке на колепорычажных прессах (при
однократной калибровке) поковка получает двойное обжатие,
соответствующее двукратному прохождению рычагов через рас-
прямленное положение. Прессы с кулачковым приводом этих
рычагов могут осуществлять и несколько двойных обжатий по-
ковки за один рабочий ход, если профилю кулачка будет придан
соответствующий волнообразный контур (рис. 357). Многократная
калибровка приводит к уменьшению выпуклости калиброванной
поверхности, причем особенно эффективны первые пять-шесть
551
двукратных обжатий. Специальные исследования [59] показали,
что такое число обжатий наиболее целесообразно и с точки зрения
повышения чистоты поверхности поковок (рис. 356), Высота
неровностей, измеренных профилографом после пяти двойных
обжатий, уменьшается более
Рис. 356. Высота неровностей х поверх-
ности поковки при различном числе об-
жатий:
! — по краям и 2 — в средней части поковки
чем вдвое. Дальнейшее уве-
личение числа обжатий уже
не приводит к существен-
ному повышению чистоты по-
верхности.
Один из эффективных
приемов уменьшения выпук-
лости плоских поверхностей,
обжатых при калибровке,
состоит в том, что калибров-
ка осуществляется в тот мо-
мент, когда верхний и ниж-
ний штампы входят в сопри-
косновение и пресс работает
«в распор». Это приводит к тому, что изгиб и упругая вогнутость
плит уменьшаются, а величина хода пресса ограничивается не
только его механизмом, но и инструментом. Расход энергии
и усилие на деформацию при таком способе калибровки не-
Рис. 357. Схема устройства рабочих органов
кулачкового пресса для шестикратной кали-
бровки за один рабочий ход:
/ — верхний штамп; 2 — распорные рычаги;
3 — ролик; 4— профильный кулак; о —вал прес-
са; 6 — толкающий рычаг; р — угол между рас-
порными рычагами Г59]
сколько больше, чем при обычном процессе, но это окупается зна-
чительным повышением точности размеров поковок (рис. 358).
При калибровке с жесткими ограничителями хода ползуна
пресса удается уменьшить влияние упругих деформаций штампа
на точность размеров изделия. Соотношения отдельных составляю-
щих упругой деформации штампа и поковки приведены на рис. 358.
552
Ограничители высотой а при калибровке сжимаются на вели-
чину Да, тогда как верхняя и нижняя плиты — на ДД Кроме
того, плиты получают вогнутость глубиной Влияние всех
факторов на конечную высоту поковки с учетом обратного ее
пружинения ДН1 может быть выражено как сумма следующих
величин:
Н = а — Да — 2Д& Д 2f0 Д- Л/Д.
После калибровки поковка выступает над уровнем ограничи-
телей хода на величину Нк — а. Зависимость этой величины от
соотношения размеров калибруемой поковки для двух степеней
Рис. 358. Схема штампа с ограничителем для калиб-
ровки с уменьшенной выпуклостью обжатой поверх-
ности [109]
деформации (—е„ ~ 0,1; —ен — 0,2) приведена на рис. 358.
Данные относятся к калибровке образца Do = 25 мм из сплава
AlMgSis [109].
Для определения усилия калибровки обычно используют фор-
мулу
Р = (109)
где ру3 — среднее удельное усилие для калибровки (например,
по кривым на рис. 355);
F — контактная площадь калибровки.
Штампы калибровочные. Штампы для объемной калибровки во
вставках имеют ручьи. Для облоя канавок не предусматривается;
он вытесняется в щель между плоскими частями штампа и уда-
ляется, как и обычно, в обрезных штампах. Для плоскостной
5&3
калибровки плиты закрепляются в массивных башмаках (рис. 359).
В данном случае поковка калибруется одновременно по трем
плоскостям, находящимся на различных уровнях. Процесс осу-
ществляется на специальных чеканочных (коленорычажных) прес-
сах, обладающих малым ходом и большой жесткостью (с малой
Рис. 359. Штамп для плос-
костной калибровки
упругой деформацией при номинальном
усилий).
Дефекты при калибровке. Дефекты
поковок после калибровки заключаются
в недостаточной чистоте поверхности
при некачественной или слишком
обильной смазке и в искажении формы
поковок при большой степени деформа-
ции по высоте. Особенно значительные
искажения формы поковок получаются
при одновременной обработке двух или
нескольких плоскостей. Например, при
калибровке поковок типа шатуна (рис. 360, а) одновременная
калибровка двух поверхностей приводит к встречному переме-
щению металла в направлении перемычки между обрабатывае-
мыми поверхностями, что может вызвать изгиб средней части
шатуна. Уменьшение припуска на калибровку может уменьшить
указанную деформацию, но полное устранение ее возможно лишь
при раздельной калибровке плоскостей. Если поковка имеет
форму, показанную на рис. 360, б, то раздельная калибровка
плоскостей не даст необходимого эффекта и при этом надо будет
уменьшать припуски и допуски на операцию. Если стебель по-
ковки имеет достаточно большую массу и противостоит возникаю-
щим продольным силам, то калибруемые головки получают эллин-
554
тическую форму, причем расстояние между центрами головок /]
увеличивается до величины 12 (рис. 360, е). При обработке более
сложных поковок, например двуплечего рычага (рис. 360, г),
происходит изменение не только расстояния между осями головок,
но и угла между ними (а3 вместо aj [101}.
Поскольку калибровку обычно осуществляют после очистки
поковок, то участок калибровки размещают в термическом отделе-
нии штамповочного цеха, вблизи от очистного участка.
Оборудование устанавливают батарейным способом, так как
калибровка, как и холодная обрезка облоя, осуществляется
обычно не в общем потоке основного технологического процесса
(вследствие того, что производительность этих операций значи-
тельно больше, чем при операциях штамповки).
ГЛАВА X
ШТАМПЫ И ИХ ЭКСПЛУАТАЦИЯ
Штампы, применяемые в технологических процессах горячей
объемной штамповки, делятся на основные (для оформления по-
ковок, обрезки облоя, просечки пленок) и отделочные (для правки
и калибровки). По способу монтажа основные штампы делятся
на цельноблочные (монолитные или со вставками для молотов
и фрикционных винтовых прессов) и сборные (в блоках). Сборные
штампы, применяемые на горизоптально-ковочных машинах и
бульдозерах, обычно состоят из матриц и пуансонов.
Прессовые сборные штампы, монтируемые в пакетах, а также
цельноблочные штампы различаются между собой на верхние
и нижние или на подвижные и неподвижные. Для штамповки
с облоем применяются открытые штампы, для безоблойной штам-
повки — закрытые. Независимо от типа штампы применяются
одноручьевые и мпогоручьевые.
По конструктивным признакам штампы различают с одной
плоскостью разъема (молотовые), с одной плоскостью разъема и
выталкивателями (прессовые) и с двумя плоскостями разъема
(для горизонтально-ковочных машин и иногда для фрикционных
и гидравлических прессов). Инструмент, применяемый для штам-
повки поковок на специализированном оборудовании, класси-
фицируется по перечисленным выше признакам, за исключением
инструмента ковочных вальцев, который имеет разъем по круго-
вой линии.
Материалы для бойков и штампов. Условия работы различных
типов штампов имеют много общего; отличия связаны с режимом
деформации металла и разделением штампов на сборные и цельно-
блочные, работающие при динамических нагрузках (штампы мо-
лотов и винтовых прессов).
В процессе горячей деформации металла инструмент подвер-
гается большим напряжениям — от внешних сил и от чередую-
щихся нагревов и охлаждений. Нагрев поверхности ручья, в ко-
тором размещается заготовка при температуре 800—1250° С, до-
стигает в среднем 400—500° С, а в тонких ребрах, выступах
55 G
и в поверхностных слоях гравюры — 600° С и выше (до хорошо
видимого свечения металла в темноте).
То обстоятельство, что нагретый деформируемый металл при-
жат к поверхности ручья с большой силой [до 2000 ТИнЛи2
(200 кГ/лмг)], способствует нагреванию штампа, которое также
зависит от продолжительности соприкосновения металла со штам-
пом. Время плотного соприкосновения металла со штампом зави-
сит от продолжительности воздействия рабочих органов машины
на заготовку в процессе деформации. По данным [109] это
время для молотов составляет (5—10) НО-3 сек (за один удар),
для эксцентриковых прессов — (150—250) • 10”3 сек, для кри-
вошипных прессов и горизонтально-ковочных машин (30—
200)-10"3 сек.
Основным материалом, применяемым для бойков и штампов,
является сталь в пластически обработанном состоянии, а в неко-
торых случаях — литая сталь и даже чугун. Твердые сплавы
применяются преимущественно как наплавочный материал при
ремонте. К материалу для инструмента предъявляются следующие
требования.
1. Высокое сопротивление небольшим деформациям при тем-
пературах разогрева термически обработанных штампов.
2. Высокое сопротивление деформации стали в отпущенном
состоянии вследствие повышения температуры разогрева в отдель-
ных частях штампа выше температуры отпуска (знаки, выступы,
ребра, углы).
3. Высокая температура критических точек, определяющая
температуру отпуска стали.
4. Высокая разгаростойкость.
5. Достаточная ударная вязкость при температурах 300 -
600° С.
6. Высокая износостойкость при повышенных температурах.
7. Относительно небольшой коэффициент теплового расшире-
ния и незначительная зависимость его от изменения температуры
при разогреве штампов.
S. Глубокая прокаливаемость.
9. Незначительное коробление при термической обработке.
10. Хорошая обрабатываемость резном или абразивом.
11. Пониженная склонность к слипаемости со штампуемым
металлом или высокая температура слипаемости (выше 700° С).
12. Относительно низкая стоимость.
13. Недефицитность легирующих элементов, входящих в состав
штамповой стали.
В табл. 51 приведены марки стали, входящие в ГОСТ 5950—63.
В него входят также новые марки стали, в том числе и для
обработки труднодеформируемых сплавов. Новые рекомендуе-
мые марки стали не содержат никеля, и только три из них,
предназначенные для штампов, работающих в особо тяжелых
557
3?
00
Таблица 51
Химический состав, твердость и термическая обработка штамповых сталей
Марка стили Химический состав в % п
Углерод Марганец Кремний Хром Вольфрам Ванадий Молибден Никель
ЗХ2В8Ф 0,30—0,40 0,15—0,40 0,15-0,40 2,20—2,70 7,50—9,00 0,20—0,50 — —
4Х8В2 0,35—0,45 0,15—0,40 0,15—0,35 7,00—9,00 2,00—3,00 — —
7X3 0,60—0,75 0.15—0,40 0,15—0,35 3,20—3,80 — —
8X3 0,75—0,85 0,15—0,40 0,15—0,35 3,2 —3,8 — - —
5ХНМ 0,50—0,60 0,50—0,80 0,15—0,35 0,50—0,80 — 0, |,5—0,3(1 1,40—1,80
бхне 0,50—0,60 0,50-0,80 0,15—0,35 0,50—0,80 0,40—0,70 — 1,40— i ,80
5XFICB 0,50-0,60 0,30—0,60 0,60—0,90 1,30-1,60 0,40—0,70 — 0,80—1,20
5ХГМ 0,50—0,60 1,20—1,60 0,25—0,65 0,60—0,90 — 0,15—0,30 —
4Х5В4ФСЛ4 0,35—0,45 0,15—0,40 0,60—1,00 4,00—5,00 3,50—4,20 0,30—0,60 0,40 -0,60 —
4Х2В5ФМ 0,30—0,40 0,15—0,40 0,15—0,35 2,00—3,00 4,50—5,50 0,60—1,00 0,60—1,00 —
4ХЗВ2Ф2М2 0,35—0,45 0,30—0,50 0,15—0,35 3,00-3,70 2,00—2,70 1,50—2,00 2,00—2,50 —
4Х5В2ФС 0,35—0,45 0,15-0,40 0,80—1,20 4,5 —5,5 1,6 —2,4 0,6 —1,0 — —
Продолжение табл. 51
Сталь в состоянии поставки (после отжига) Сталь после закалки и отпуска
Марка стали Твердость на Диаметр отпечатка при d = 10 мм и Р = 3000 кГ Температура в °C и среда закалки образцов Твердость HjRC но ниже
ЗХ2В8Ф 255—207 3,8—4,2 1075—1125, масло 46
4Х8В2 255—207 3,8—4,2 1025—1075, масло 45
7X3 229—187 4,0—4,4 850—880, масло 54
8X3 255—207 3,8—4,2 850 -880, масло 55
5ХНМ 241—197 3,9—4,3 830—860, масло 47
5ХНВ 255 -207 3,8—4,2 840—860, масло 56
5ХНСВ 255—207 3,8—4,2 860—880, масло 56
5ХГМ 241—197 3,9-4,3 820—850, масло 50
4Х5В2ФС 229—180 4,0—4,5 1030—1050, масло 50
или воздух
4Х5В4ФСМ lie более 225 Нс менее 3,8 1035—1065, масло 50
4Х2В5ФМ 220—180 4,0—4,5 Ю60—1080, масло 50
4ХЗВ2Ф2М2 269—207 3,7—4,2 1090—1110, масло 50
559
условиях (4Х2В5ФМ, 4ХЗВ2Ф2М2 и 4Х5В4МФС), содержат молиб-
ден.
Износ штампов. Горячая штамповка применяется для изготов-
ления поковок различной сложности и при неодинаковой серий-
ности производства.
Увеличение стойкости штампов экономически целесообразно
только в тех случаях, когда серийность производства поковок
выше стойкости соответствующих штампов. Однако следует иметь
в виду, что качество поковок, штампуемых в менее изнашиваемом
штампе, выше, чем в штампе, изношенном до предела. Высокая
стойкость штампов особенно необходима при автоматизированном
изготовлении поковок.
Наибольшая стойкость штампового инструмента возможна
в условиях его нормального износа. Под нормальным износом
штампов понимается такой износ, при котором размеры поковки
постепенно выходят за пределы, установленные инспекционным
чертежом, при этом штамп не имеет чрезмерно развитых трещин
и может быть подвергнут очередному ремонту; поковки полу-
чаются с достаточно чистой поверхностью. Нормальный износ
штампа отвечает нормальным условиям их эксплуатации, при ко-
торых соблюдается расчетный интервал температур штамповки,
своевременно удаляется окалина с заготовки, инструмент не имеет
перекосов и смещений, штамповка ведется при оптимальном числе
ударов в каждом ручье (на молоте), применяются эффективная
смазка и обдувка штампа, производятся подогрев штампа перед
работой и равномерное охлаждение в процессе работы, своевре-
менная зачистка штампа и т. д. Изменение этих условий эксплуата-
ции ведет к преждевременному износу штампов. Ниже рассмотрены
условия правильной эксплуатации штампов.
Разгар штампов и меры его уменьшения. Наибольшая вели-
чина опасных напряжений в штампах соответствует первому
периоду его охлаждения, при котором перепад температур имеет
максимальное значение. Отдельные элементы штампа нагреваются
до различных температур. Из-за невыгодных условий для отвода
тепла знаки, ребра и выступы нагреваются до более высоких
температур, чем стенки полости. В момент штамповки трение
повышает температуру облоя на 200= С и более.
В нормальных условиях горячей штамповки штампы должны
иметь температуру 250—400у С, которая отвечает наибольшей
прочности штамповой стали и одновременно способствует умень-
шению перепада температур между заготовкой и штампом. Искус-
ственное охлаждение штампа происходит в промежутке между
двумя операциями штамповки, причем тепло отводится в основном
от поверхности ручья и частично с зеркала штампа. Естественное
остывание штампа происходит в течение всего периода штамповки
за счет отвода тепла остальной частью его поверхности. Чтобы
обеспечить среднюю температуру штампа (250—400° С), прихо-
560
дится допускать разогрев поверхности ручьев в процессе штам-
повки до более высокой (500—600s С), а охлаждение этой поверх-
ности до более низкой температуры (100—150° С). Это и создает
перепад температур в несколько сот градусов в поверхностном
слое, подверженном разгару, который представляет собой сетку
мелких поверхностных трещин. То, что такой перепад температур
при быстром, многократно повторяющемся охлаждении приводит
к разгару поверхности металла, подтверждают опыты по искус-
ственному образованию разгара (с переменным многократным
нагревом и охлаждением образцов), причем для получения раз-
гарных трещин, видимых невооруженным глазом, достаточно не-
скольких сотен циклов испытаний. Различные марки стали имеют
неодинаковую разгаростойкость в зависимости от способности
сопротивляться растягивающим напряжениям, возникающим при
охлаждении металла.
Напряжения, соответствующие величине температурного пере-
пада при охлаждении штампов, зависят от интенсивности их
охлаждения. Чем больше время охлаждения штампа, тем меньше
интенсивность охлаждения и величина напряжений и тем выше
разгаростойкость штампа. Штампы охлаждаются распыленными
водой и соляным раствором или коллоидным графитом, наноси-
мыми при помощи разбрызгивающего приспособления одновре-
менно на обе половины штампа (рис. 361). При нанесении на штамп
соляного раствора охлаждение штампа происходит за счет рас-
хода тепла на испарение воды, остающаяся соль выполняет роль
сухой смазки, уменьшая трение.
Для уменьшения разгара целесообразно внутреннее охлажде-
ние штампов (см. рис. 237). Вода подводится и отводится по гиб-
ким шлангам через штуцеры. При этом способе охлаждения отвод
тепла происходит в направлении подвода тепла (а не в обратном
направлении, как при обычном охлаждении штампов) непрерывно
в течение всего периода штамповки. Наиболее опасный момент
для появления разгара (начало охлаждения) при этом исключается.
По данным Д. М. Корнеева стойкость штампов с внутренним охла-
ждением примерно в 2 раза выше, чем у штампов с обычным охла-
ждением.
Другим способом для уменьшения опасных для штампов пико-
вых растягивающих напряжений является равноинтенсивное внеш-
нее их охлаждение. Сущность этого охлаждения состоит в том,
что через рабочую поверхность штампа тепло отводится равными
долями в течение всего периода между смежными операциями
штамповки. Для обеспечения режима равноинтенсивного охла-
ждения следует постепенно увеличивать количество охлаждающей
среды или уменьшать ее температуру по мере остывания штампа.
Это можно осуществить комбинацией водяного охлаждения с воз-
душным (автоматизируя дозировку и подачу охладителя на штамп).
Этот режим охлаждения, так же как и внутреннее охлаждение
36 я. М. Охрименко 597 561
штампов., благоприятно влияет на их разгаростойкость. Если
времени для охлаждения штампа недостаточно, то иногда в штампе
применяют два одинаковых ручья, в которых поковки штампуются
поочередно.
Рис. 361. Приспособления
для охлаждения молото-
вых штампов:
а — соляным растворам;
б — коллоидным графитом;
1 — трубочки для охлажде-
ния верхнего штампа; 2 —
трубочки для охлаждения
нижнего штампа; 3 — сме-
сительная камера; 4 — труба
для воды; 5 — рукоятка;
£ — трубы для воздуха;
7 — распылитель; 8— кран;
2 — бачок; /3 — сопло
Истирание штампа. Истирание штампа происходит в местах,
подверженных силам трения при перемещении деформируемого
металла относительно рабочей поверхности штампа. Места «при-
липания» (застойные участки на контактной поверхности) соот-
ветствуют зонам затрудненной деформации металла, где истирание
штампа либо отсутствует, либо незначительно. Чем больше отно-
шение высоты выступа к поперечному его размеру, тем больше
истирание; напротив, для стенок полостей истирание тем больше,
чем больше отношение ширины полости к ее высоте. Истиранию
особенно подвержены стенки полостей, заполнение которых про-
исходит при выдавливании металла. Процесс истирания нагретого
металла аналогичен процессу истирания холодного металла и
представляет собой отрыв и унос частичек металла шероховатой
поверхности инструмента. Если штамп имеет высокую чистоту
поверхности (например, 7—9-й класс чистоты по ГОСТу 2789—51),
то износ его за счет истирания незначителен. Истирание прогрес-
562
сирует при появлении разгара штампа. Чем меньше ячейки раз-
гар ной сетки, тем значительнее истирание штампа. Деформируе-
мый материал под влиянием действующих сил затекает во все
мелкие разгарпые трещины и при своем перемещении по поверх-
ности штампа еще более разрабатывает их. Разгар, истирание
поверхности, покрытой сеткой разгарных трещин, а также местное
размытие и выкрашивание крутых и высоких составляющих
рельефа поверхности представляют собой эрозию штампа. Эрозия
сопровождается увеличением объема полости ручья.
Деформация штампа (смятие). Под влиянием местного разо-
грева и больших давлений материал штампа в отдельных местах
ручья подвергается оплыванию, смятию и другим деформациям,
ведущим к искажению формы полости (рис. 362), При деформации
Рис. 362. Искажение формы полости штампа под влиянием его
пластической деформации (стрелками указано направление оплыва-
ния штампа):
/ — поднутрение: 2 — увеличение уклона; J — деформация знака; /— де-
формация мостика
кромок полости образуются поднутрения, задерживающие удале-
ние поковки из ручья (рис. 362, а), или, наоборот, происходит
увеличение уклона штампа (рис. 362, б). Деформация кромок
зависит от направления течения деформируемого металла в по-
лости: либо металл течет для образования ступичной части ше-
стерни, как показано на рис. 362, а, либо для образования ее
венца (см. рис. 362, б). На рис. 362, в показана деформация знака,
а на рис. 362, г - деформация порога канавки. При соударе-
нии молотовых штампов происходит смятие зеркала штампа,
36* 563
при этом глубина полостей и размеры поковки по высоте умень-
шаются.
Для уменьшения износа отдельных элементов штампа вслед-
ствие их пластической деформации применяют различные способы:
сокращение количества ударов в ручье в случае применения допол-
нительных, например, черновых ручьев; более полное фасониро-
вание в подготовительных ручьях; использование проката перио-
дических профилей или вальцовки фасонных заготовок взамен
их штамповки из обычного торгового проката и т. п. Для предот-
вращения чрезмерного разогрева штампа применяются специаль-
ные теплоизолирующие среды, которые можно наносить на заго-
товки или па поверхность ручья штампа вместе со смазкой.
К числу малотеплопроводных наполнителей для смазок, кроме
стекла и графита, являющихся собственно смазкой, могут быть
отнесену асбестовая пыль, слюда, некоторые соли (например,
и од истые).
Температуру разогрева молотового штампа в процессе работы
можно понизить за счет повышения температуры штампуемого
металла (штамповка в интервале более высоких температур);
при этом время штамповки сокращается настолько, что штамп
не успевает нагреться до опасной температуры.
Если появление разгара вызывается растягивающими напряже-
ниями, то для пластической деформации штампа опасны сжимаю-
щие напряжения. Следует отметить, что искажение формы ручья
может быть вызвано также тепловыми напряжениями.
Налипание и свариваемость. Эрозия поверхности штампов при-
водит к появлению неокисленной и несмазанной поверхности ме-
талла штампа, к которой легко пристает деформируемый металл
(налипание); при этом возможно полное схватывание металла
(сварка). В противоположность эрозии налипание и сваривае-
мость приводят к искажению формы ручья с уменьшением его
объема. Налипший металл оставляет следы на поковках, которые
обычно поступают в брак по чистоте поверхности или из-за не-
соответствия их размерам, заданным по чертежу.
Уход за штампами. Правильный уход за штампами может уве-
личить их стойкость на десятки процентов, а в отдельных случаях
даже в несколько раз. К числу основных мероприятий по уходу
за штампами (кроме нагрева штампа перед работой и охлаждения
его в процессе работы) относйтёя смазка штампов.
При горячей штамповке требования к смазке значительно
усложняются, так как, кроме снижения сил трения, смазка должна
быть бездымной, не терять смазочных свойств при разогреве
штампа, гарантировать высокую чистоту поверхности поковок,
предотвращать налипание металла на инструмент и обеспечивать
его высокую стойкость. Качество смазки характеризуется «крою-
щей» способностью, негорючестью, недефицитностью, невысокой
стоимостью, простотой нанесения и т. п. Эффективная смазка
564
уменьшает работу деформации при изготовлении поковок, дает
возможность применять меньшие штамповочные уклоны и умень-
шает износ штампов. Кроме того, смазка может способствовать
уменьшению угара, охлаждению штампов и, наконец, уменьше-
нию перехода тепла от деформируемого металла к штампу.
До недавнего времени приходилось применять антисанитарную
мазутную смазку, смоченные водой опилки и солевые растворы.
Применение смесей порошкового графита на минерально-масля-
ной основе не дает должного эффекта, так как эта смазка распо-
лагается на поверхности неравномерно и легко выдавливается
при деформации металла.
В последние годы промышленностью освоены водные и масля-
ные суспензии мелкодисперсного графита, которые иногда назы-
вают коллоидным графитом. Водная суспензия графита (или
аквадаг) применяется для покрытия обезжиренных поверхностей
штампов, нагретых до 100—150° С. Вода быстро испаряется,
и на поверхности штампа остается плотный и равномерный слой
мелкодисперсного графита, который после полирования длитель-
ное время остается на поверхности ручья. По истечении 1—2 ч
этот слой возобновляется в процессе работы штампа. В отдельных
случаях стойкость штампов при этой смазке увеличивается в 1,5—
2 раза. В тех случаях, когда значительный разогрев штампа неже-
лателен, применяют спиртовые или трихлорэтиленовые растворы
коллоидного графита 171 ].
Получила распространение также суспензия графита на масля-
ной основе (или, как ее называют, ойлдаг). Хорошие результаты
получены от смазки, состоящей из суспензии коллоидного гра-
фита на ланолиновой основе, которой покрывают поверхность
штампа и во время его эксплуатации (несколько раз в смену).
Графит должен быть высокой чистоты (99,9%); размер его частиц —
не должен превышать нескольких микронов, однако лучше, если
опи составляют доли микрона. От измельчения графита зависят
его адсорбционные свойства, что определяет кроющую способ-
ность и прочность графитового слоя на поверхности штампа.
Чем тоньше слой, тем эффективнее действие смазки. Смазку реко-
мендуется наносить малыми дозами и регулярно; обильная же
единовременная смазка штампов нецелесообразна. Штампы для
прессов и горизонтально-ковочных машин смазывают графитно-
ланолиновой пастой, которая после расплавления получает воз-
можность проникать в труднодоступные места ручьев. При водя-
ном охлаждении штампов рекомендуется слой графита возобнов-
лять не менее 3—4 раз в смену. Смазка наносится обычно кистью,
в некоторых случаях — пульверизатором. При выдавливании хо-
рошие результаты получены от применения в качестве смазки
натронного стекла (жидкая смазка, паста и др.).
Из литературы известны случаи применения омедненных штам-
пов без дополнительной смазки. На некоторых отечественных заво-
565
дах успешно применяется в качестве смазки сульфитцеллюлозный
щелок (отход бумажного производства) в смеси с графитом (3 : 1).
Растворы поваренной соли в воде (от 10 до 30%) применяют при
штамповке на мелких и средних молотах.
Окалину с нагретой заготовки удаляют при погружении ее
в слегка влажную крупную соль, превращающуюся в жидкий
шлак, остатки которого служат смазкой.
Для жаропрочных сплавов с узким температурным интервалом
штамповки применяется смазка, состоящая из порошка йодистого
калия (67%) и чешуйчатого графита (33%). Йодистый калий,
соприкасаясь с нагретой поверхностью штампа, расплавляется
и растворяет графит. Эта смазка способствует хорошему заполне-
нию ручьев и легкому удалению поковки из штампа, кроме того,
она не налипает на стенки штампа. В последнее время получают
некоторое распространение смазки на основе солей лития.
К мероприятиям по уходу за штампами относится также свое-
временное (лучше непрерывное) удаление окалины из их поло-
стей. Окалина оказывает на штамп такое же действие, как абразив.
Зачистка и другие виды текущего ремонта необходимы и способ-
ствуют увеличению работоспособности штампа. Оплывание (де-
формация) знаков, ребер, кромок устраняют не только зачисткой,
по и пластической деформацией при помощи пневматического
молотка. Стойкость элементов штампа, восстановленных таким
способом, иногда даже выше вновь изготовленных.
Расход штампов определяется их стойкостью, которая в зна-
чительной степени зависит от марки штамповой стали, способа
изготовления штампов и условий их эксплуатации. Ниже дано
сравнение стойкости молотовых штампов, изготовленных из раз-
личной стали, при штамповке одинаковых поковок. Стойкость
штампов из стали У7 принята за 100% [4].
Материал штампа .... У7 4ХС 5ХГМ 5ХНМ ЗХ2В8 Х12М
От носитель! га я стойкость
штампов в % ......100 120 140 180 250 320
Как видно из этих данных, стойкость штампов, изготовленных
из высоколегированной стали, в 2—3 раза выше стойкости штампа
из углеродистой стали.
В табл. 52 приведены средние данные стойкости и расхода
штамповой стали 5ХНМ на 1000 кг поковок из средпелегированной
стали при изготовлении чйсс^на молотах крупными сериями.
Применительно к штамповым сталям, приведенным выше, их
средний удельный расход для различных штампов в кг па 1000 кг
поковок следующий:
Молотовых............14.5
ГКМ . . . . ;.....12,6
Обрезных . ........ 1,8
Приведенные данные являются ориентировочными.
566
Таблица 52
Стойкость штампов и расход штамповой стали 179]
Штампуемые исков к и До первого возобновле- вия Б шт. Число установок штампа до его износа До ПОЛНОГО износа штам- па в шт. Удельный расход I штамповой! стали па 1000 хг поковок Ь лч?
Тяжелые и длинные (перед- ние оси, коленчатые валы) 3 500 3 10 500 7,8
Типа поворотных кулаков 5 000 3 15 000 11,0
Шатуны и рычаги средних раз- меров 10 000 4 40 000 13,5
Типа шестерен 15 000 4 60 000 12.0
На рис. 363 приведены данные УЗТМ по стойкости молотовых
штампов из стали 5ХНВ, термически обработанных до И Б
341—368. Поковки трех групп (по сложности формы) из углеро-
дистой и среднелегированной стали штамповали при температуре
нагрева 1150—1200° С и подогреве штампа газовыми горелками
до 250—400° С. При этом применялась смазка штампов мазутом.
Для поковок типа тел вращения (группа I) стойкость штампов,
определяемая по кривым, действительна для отношения приведен-
(V \
Нпа — т-— ) к наибольшему диаметру поковки
р г max /
= 0,15. При величине этого отношения 0,05 и менее получен-
ная характеристика стойкости штампа должна быть умножена
Я„р
на 0,7; при -- 0,О5<-О,1 —соответственно на 0,8, а при
0,3 и более — на 1,2.
С увеличением высоты облойной щели по отношению к высоте
поковки стойкость штампов (в'связи с уменьшением сопротивления
металла деформации) увеличивается (рис. 364). Обычно штамп
подвержен нескольким разновидностям износа, по отбраковы-
вается он по какой-либо одной из них (преобладающей). По дан-
ным Н. Г. Просвирова с увеличением высоты облойной щели (или
уменьшением глубины полости штампа при постоянной высоте
облойной щели, рис, 364) преобладающим видом износа штампа
становится истирание вместо смятия. То же происходит в случае
применения штампов с клинообразной облойной щелью вместо
обычной облойной канавки (см. рис. 158, VI). В обоих случаях
при этом стойкость штампов повышается.
567
Стойкость штампов можно рассчитать по формуле
л + г = г (~Т 11 1) ’
где Sn — суммарная стойкость штампа до износа, выраженная
количеством снятых поковок;
z — стойкость основного ручья штампа до^переточки;
L — общая допускаемая величина снятия металла при возоб-
новлениях;
I толщина слоя металла, снимаемого при переточке;
т] — коэффициент, учитывающий снижение относительной
стойкости штампа после возобновления.
Способы изготовления и ремонта штампов. Штампы и их ручьи
изготовляются следующими способами: механической обработкой
на станках, горячей и холодной штамповкой, электроискровой
и электрозвуковой обработкой и литьем.
Для обработки штампов применяются станки: продольно- и
поперечно-строгальные, сверлильные и радиально-сверлильные,
фрезерные и копировально-фрезерные, с ручным управлением
и автоматические (типа Келлера по копир-модели), плоско- и
круглошлифовальные и координатно-расточные. Получают рас-
пространение копировально-фрезерные станки с многошпиндель-
ными головками, а также программированные работы этих станков.
Для экономии штамповой стали, сокращения времени на изго-
товление и установку штампов па кривошипных прессах и гори-
зонтально-ковочных машинах применяются сборные штампы. При
этом значительно облегчаются наладки и эксплуатация сложных
штампов, так как для каждого ручья предусматривается отдельная
вставка. Применение вставок в молотовых штампах усложнено.
Как правило, на многоручьевых сборных штампах устанавливается
одна вставка с одним-двумя ручьями.
В молотовых штампах вставки закреплены в блоках с помощью
горячей посадки (предварительный нагрев блока или охлажде-
ние вставки в кислороде), а также клипа или скользящей по-
садки.
Размеры вставок определяются конфигурацией ручьев. Для
призматических вставок их толщина применяется Н > 2h, но
не менее h + 30 мм, длина L > I + 2h, ширина В --- b + 2/i,
где h — максимальная глубина, I — длина и b — ширина ручья.
Толщина стенки штампа должна быть S > h, но не менее 20 мм.
Для цилиндрических вкладышей: высота Н 1,5/г, но не
менее 25 jwxt, диаметр D > 2, но не менее dp + 20 мм {dp —
диаметр ручья).
Размер гнезда для вставок определяется размером вставок
с учетом натяга. Размеры натягов выбираются по ОСТу 1042.
Для вставок применяются те же стали, которые используются
для горячих штампов.
568
569
Применение вставок наиболее целесообразно для осесимметрич-
ных поковок с большим отношением высоты к диаметру.
Расход штамповой стали можно также уменьшить за счет
следующего:
1) применения многоштучной штамповки для небольших по-
ковок. В штампе нарезают несколько фигур (можно для поковок
разных наименований, если для них применяется одинаковая
сталь);
2) применения изношенных вставок чистового перехода для
вставок чернового перехода путем слесарной зачистки ручья и
развала выходных радиусов. В этом случае каждая вставка ис-
пользуется дважды — сначала как окончательная, а затем как
предварительная;
3) штамповки штампов, т. е. получения ручьев штампа путем
выдавливания под прессом или на молотах с помощью мастер-
штампа.
Применяется горячая и холодная штамповка штампов. Горя-
чая штамповка применяется для штампов с глубокими ручьями
и сложной формы, холодная — для изготовления штампов с не-
глубокими ручьями, у которых отсутствуют острые грани, тонкие
ребра, несимметричные углубления с большими уклонами (для
ручьев с коническими зубчатыми и рифлеными формами). Холод-
ная штамповка штампов более точна, дает лучшее качество по-
верхности, не требует нагрева штамповых блоков и упрощает
процесс.
Принцип электроискрового изготовления ручьев штампов
тот же, что и при электроискровой резке прутков (см, § 2,
гл. II).
В настоящее время электроискровой обработкой изготовляются
штампы для гаечных ключей, коромысла клапана автомобильного
двигателя, вилки кардана, фитингов, болтов, рычагов, мелкого
инструмента и пр. Электроискровой обработкой можно обрабаты-
вать штампы любой твердости.
Литые штампы применяются для вкладышей и вставок и даже
для цельных кубиков при штамповке небольших партий поковок.
Стойкость их часто не уступает стойкости кованых штампов (осо-
бенно при штамповке крупных поковок).
В Чехословакии литые штампы получают путем погружения
в расплавленную штамповую сталь мастер-штампа, охлаждаемого
водой. Стойкость таких штампов превышает стойкость обычных
штампов (в 1,5—2,5 раза), а стоимость их изготовления в 4—7 раз
ниже, чем при механической обработке.
Для увеличения срока службы штампов применяется химико-
термическая обработка (цементация, азотирование, хромирова-
ние, борирование, покрытие молибденом, никелем, вольфрамом,
сульфидирование), а также'электроискровое упрочнение. Химико-
термической обработкой можно добиться улучшения свойств по-
570
верхности штампов, повышения усталостной и общей прочности
металла. Улучшение пластичности поверхности способствует по-
вышению разгаростойкости металлов.
Одним из способов повышения стойкости штампов является
наплавление их рабочей поверхности электродами со специальной
обмазкой.
Для наплавления применяются преимущественно твердые
сплавы типа стеллита, сталинита и т. п. Штампы, наплавленные
стеллитом, не закаливаются. При наплавлении стеллитом штамп
Рис. 365. Схема ремонта молотовых штампов
электрошлаковой наплавкой
должен иметь температуру не ниже 750° С. Стеллитом целесооб-
разно наплавлять пуансоны гладкие, цилиндрические и прямо-
угольные, которые можно шлифовать на станках; матрицы, обрез-
ные и вырубные штампы, у которых наплавляются только режущие
кромки. Для наплавления изношенных штампов с последующей
термической обработкой и без нее применяются специальные
электроды. Поверхностная твердость слоя, наплавленного элек-
тродами, равна НБ 300—350. Наплавление штампов электродами
на стальной основе заметного повышения их стойкости не дает,
поэтому применяется только для восстановления изношенных
штампов.
Электроды ЦС-1 и ЦС-2 на основе твердого сплава сормайт
при наплавлении дают твердый слой, по свойствам аналогичный
стеллиту.
Наплавкой твердыми сплавами значительно повышается также
стойкость штампов для горячей обрезки облоя. Такие штампы обла-
дают повышенной жаропрочностью и сопротивлением истиранию.
571:
Когда штамп после ряда возобновлений путем строжки стано-
вится недопустимо низким, его обычно используют для более
мелких штампов или направляют в переплав. Для ремонта штам-
пов, имеющих высоту ниже минимально допустимой, можно
использовать электрош лаковую сварку с новым штамповым куби-
ком с нарезанным хвостиком (рис, 365, метод разработан в ин-
ституте сварки им. Е. О. Патона). Кубик может быть изготовлен
и из углеродистой стали.
Правильный выбор марки стали для штампов, применение
вставок, хороший уход за штампами и рациональный ремонт
обеспечивают их высокую стойкость и относительно небольшой
расход штамповой стали1.
1 Более подробно см. Я. М. Охрименко, Д, М. Корнеев, В. Л. Бабенко,
Ковочные штампы и их эксплуатация, М., НТО Машпром, 1963.
ГЛАВА //
ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ СПОСОБА
ПРОИЗВОДСТВА ПОКОВОК
При разработке технологического процесса изготовления поко-
вок возникает необходимость в расчете экономической эффектив-
ности и установлении оптимального варианта наиболее эконо-
мичного в данных производственных условиях.
Кузнечные цехи характеризуются специфическими особен-
ностями, обусловливающими выбор оптимального варианта техно-
логического процесса изготовления поковок. К их числу относятся
высокая металлоемкость и энергоемкость процесса, значительная
стоимость основного оборудования и технологической оснастки
(штампов).
От выбора технологического процесса зависят количество
расходуемого металла и трудоемкость механической обработки.
Затраты на металл достигают 60—80 % от себестоимости поковки.
Следовательно, совершенствование технологии производства поко-
вок в первую очередь связано с сокращением количества металла,
расходуемого на поковки.
Оценка экономической эффективности новой технологии, выбор
наиболее экономического варианта производства деталей из поко-
вок осуществляются при сравнительном анализе технико-эконо-
мических показателей (стоимостных и натуральных). Необхо-
димость использования нескольких показателей обусловлена раз-
нообразием решаемых задач (выбор наиболее эффективного ва-
рианта технологии и установление рациональной очередности
работ, определение годовой экономии от ее внедрения и установ-
ление влияния новой технологии производства поковок на пока-
затели плана).
Стоимостные показатели являются главными при оценке эко-
номической эффективности. К числу их относятся себестои-
мость производства, годовой экономический эффект и срок оку-
паемости дополнительных затрат на приспособления, механизмы
и т. п.
В состав натуральных показателей кузнечного производства
входят коэффициент использования металла, трудоемкость изго-
573
товления поковок и деталей, а также показатели, характеризую-
щие расход энергии, топлива, инструмента и некоторые другие.
Расчет и анализ натуральных показателей позволяет оценить
отдельные преимущества и выявить недостатки вариантов новой
технологии1.
Величинами, используемыми для сопоставимости отдельных
показателей, являются одинаковые объемы производства для
сравниваемых технологических вариантов и одинаковые цены,
тарифы и т. д.
Критерием при выборе наиболее экономичного варианта
технологического процесса в заданных условиях служит сумма
приведенных затрат, определяемая для каждого из сравниваемых
вариантов производства. Этот показатель позволяет наиболее
правильно оценить преимущества и недостатки каждого варианта
в области экономии эксплуатационных расходов и в области эко-
номии капитальных вложений.
Расчет приведенных затрат производится по следующим фор-
мулам:
3 = С + ЕНК или 3 - К + ОКС, (ПО)
где 3 — приведенные затраты в руб.;
С — себестоимость годовой продукции в руб.;
Ек — отраслевой нормативный коэффициент сравнительной
экономической эффективности;
К — капитальные вложения в руб,;
Ок - отраслевой нормативный срок окупаемости.
В машиностроении приняты следующие значения Ен: 0,3 —
для новых технологических процессов, частичной механизации
и автоматизации; 0,2 — для принципиально новых технологи-
ческих процессов, для комплексной механизации и автоматизации.
Наиболее экономичный вариант технологического процесса
должен иметь минимальную сумму приведенных затрат. Экономи-
ческая эффективность, связанная с использованием нового тех-
нологического процесса, определяется как разность между сум-
мами приведенных затрат по существующему и внедряемому
вариантам производства по следующей формуле:
Э = ((С1 + £Л1) - + £«Ка)] N, (111)
где Э — годовой экономический эффект в руб.;
cii с2 — себестоимость детали (поковки) до и после внедре-
ния технологического процесса в руб.;
Кг, К2 — капитальные вложения на производство детали
(поковки) до и после внедрения технологического
процесса в руб.;
1 Более подробно см. В. С. Бялковская, оценка экономической эффек-
тивности технологии кузнечного производства, М., НТО Машпром, 1962.
574
Ен — нормативный отраслевой коэффициент экономиче-
ской эффективности;
N — годовой объем производимой продукции (поковок,
деталей) после внедрения усовершенствованного
технологического процесса в шт. или т.
В расчетах экономической эффективности наибольшие труд-
ности обычно связаны с определением себестоимости про-
дукции.
Следует производить экономические расчеты всего процесса
изготовления детали, включая и механическую обработку. Расче-
том себестоимости поковок можно ограничиться только в том
случае, если сопоставляемые процессы обеспечивают одинаковые
массу, форму и размеры поковок, т. е. одинаковый объем механи-
ческой обработки. Как будет показано ниже, одним из главных
показателей низкой себестоимости деталей является незначитель-
ный объем механической обработки. Это объясняется тем, что
трудоемкость при механической обработке 1 кг металла в десятки
раз выше трудоемкости кузнечно-штамповочной обработки, при-
чем, чем позже по ходу технологического процесса удаляется
металл в отход, тем больше относительные стоимостные потери
на единицу массы металла.
Следует иметь в виду, что отход в кузнечном цехе в виде дон-
ной и прибыльной частей слитков ио существу является отходом
сталеплавильного, а не кузнечного цеха. Аналогично отходы
при черновой (грубой) механической обработке, при которой
удаляется поверхностный слой металла, ставший дефектным на
предыдущих стадиях обработки, не являются отходами механи-
ческого цеха. Типичный отход механической обработки, необхо-
димый для получения заданной чистоты поверхности и точности
размеров детали, небольшой и определяется припуском под шли-
фование и более точную обработку. Основная масса стружки
в механическом цехе является результатом низкой точности куз-
нечно-штамповочного производства, т. е. больших фактических
припусков и напусков при ковке, штамповке.
Существуют два основных способа расчета себестоимости:
детальный расчет по элементам затрат и по укрупненным нор-
мативам.
В первом случае при оценке экономической эффективности
затраты по всем статьям себестоимости определяются прямым
подсчетом. Величина затрат по каждому элементу себестоимости
находится в зависимости от соответствующих параметров операции
или процесса: штучного времени изготовления поковки (детали),
установленной мощности оборудования, времени работы оборудо-
вания и т. д.
Поэлементный способ определения затрат позволяет доста-
точно точно установить себестоимость поковки или детали для
каждого варианта технологического процесса (табл. 53).
Таблица 53
Расчет элементов затрат себестоимости
Статьи затрат Расчетные формулы j Условные обозначения
Н а 1 поковку За 1 мин работы оборудования
I Основные ма- териалы (ме- талл) 1 СМ ~ £?л — затраты ня металл в коп, Gp — норма расхода металла В № Од— -мз'зса отходов з ка Цм — цена J кг металла в коп. цена 1 кг отходов в коп.
Заработная плата производ- ственных рабо- чих с начисле- ниямй И ДОПОЛ* петельной зара- ботной платой 3Я ~= РбЛк2 ч _ fl «) З — заработная млата брига- ды в коп. Р йр — расцепок За 1 шт. н коп. At — коэффициенты дополни- тельной заработной пла- ты Ао — коэффициент начисле- ний на Заработную пла- ту ?ч — часовая тарифная станка бригады (рабочего) в коп.
Амортизация оборудования За = _ соб'1’15-лк . F-.6O10O '™ <? ^-1,15^ L" GO -100 За — затраты на амортиза- цию в коп. — стоимость оборудования в руб. 1,15 — козффяцяеит, учитываю- щий затраты па мон- таж и транспортирова- ние оборудования ^ — действительный фонд времени работы обору- дования в ч 11ит — штучное время в мин Ап — установленный процент амортизационных отчис- лений
Текущий ре- монт оборудо- вания „ HJi.fiO р я. Зр — затраты на ремонт в коп. Я — нормативные затраты ]за текущий ремонт едини- цы ремонтной сложно* сти оборудования в /? — группа ремонтной слож- ности Лч — часовая производитель- ность
Технологиче- ское топливо (газ) Зт = Иргтз^г f _77pe'«3^ т j 'шт Зт — затраты на технологи- ческое топливо в коп. Ярд—норма расхода газа на нагрев 1 кг заготовок в м3 Цг — цена 1 ла газа в кол. т3 — масса заготовки в кг (щт—штучное время в мин
576
Продолжение тайл. 5'1
Расчетные формулы
Статьи затрат На ! поковку За J мин работы оборудования Условные обозначения
Двигательная энергия; пар, сжатый воздух; эле- ктроэнергия э 11 Рп^п^п . _ "М затраты на пар или сжа- тый воздух в коп. !1рп — часовой расход пара или сжатого воздуха в л’/ч Пч — часовая производитель- ность н шт. Л' — коэффициент, учитываю- щий потери пара в тру-
ь ”е ? ‘ ” ~ п±/ пв 6(J (Ю . бопроводе Ц — ценя 1 дJ паря или сжа- того воздуха н коп. 3 —зятраты па двигатель- ную электроэнергию в коп. Ц$л --цена 1 м«-ч в коп. А1 — установленная мощность в кол. — коэффициент использо- вания оборудования по мощности и времени
Сжатый воз- дух для обдув- ки штампов Лб - j/ ч з ^СП^Св об во 3^ — затраты на сжатый воз- дух для обдувки штам- пов в коп. Р —расход сжатого воздуха е м*/*> скорректирован^ ный на время работы обор удовэния 7( — дева J сжатого воз- духа в коп.
Затраты из наладку штам- пов 7'ч,м" пс « 61) — время наладки (в ч); к — количество наладок в смеву 3^ — затраты на наладку в коп. Тц — часовая тарифная став- ка бригады наладчиков в коп. П{. - выпуск в слену в шт.
Штампы 5 ,, _ ^мэг п1 Сиг>1- Ли т 1 It'iH 1 3 ц — затраты на штампы до полного износа и коп. Си г— стоимость изготовления штампа в руб. С — стоимость восстановле- ния штампов в руб. «1 - количество восстановле- ний ^нзн— суммарная стойкость до полного износа в шт.
37 я. М. Охрименко 597
577
Себестоимость (с) поковки включает затраты: на металл (сЛ);
основную и дополнительную заработную плату производственных
рабочих Зп, амортизацию оборудования 3а1 на текущий ремонт
оборудования Зр, на технологическое топливо Зт, на пар (воздух)
для молотов 3^, на электроэнергию Зэл, на обдувку штампов Зиб,
на наладку штампов Зн и затраты на штампы Зш:
са — см Зп 4- За + 3j, 4- Зт 4- 3П9 л- 3Я1 - - Зо6 4- Зн + Зш.
При сопоставительном расчете себестоимости детали дополни-
тельно учитываются изменяющиеся затраты при механической
обработке: основная заработная плата рабочих механического
цеха, затраты на инструмент и некоторые затраты, связанные
с эксплуатацией оборудования. Формулы для расчета отдель-
ных элементов затрат при изготовлении поковок приведены
в табл. 53.
При укрупненных расчетах себестоимости поковок (деталей)
используют нормативную величину затрат, связанных с эксплуа-
тацией кузнечного и металлорежущего оборудования, или нор-
мативные затраты, связанные с обработкой единицы массы
металла.
В первом случае расчет производят по формуле
. Сп Cjk 4“ Зп - Зт ,
соответственно себестоимость детали определяется
сд -J- 3^ 4“ Зш 3,xfUJfr;i Зп% 4" За 4~ Зам1шт^
ТДё — нормативная величина затрат, связанная с экс-
плуатацией оборудования, в коп. за минуту;
3ЭА, — нормативная величина затрат, связанная с экс-
плуатацией металлорежущего оборудования,
в коп. за минуту;
Zwmi, 1шт, — соответственно штучное время ковки, штамповки
и механической обработки в мин\
Зы — затраты на инструмент при механической обра-
ботке.
Так как стоимость металла составляет наибольшую часть
от себестоимости детали, то целесообразно более подробно рас-
смотреть действительный расход металла с учетом отходов на
различных стадиях изготовления детали.
В общем случае затраты на металл см можно выразить в виде
следующего двучлена;
см - сР — с о — врЦ* — ЗД 0, (112)
где ср — стоимость расчетного количества металла в коп.;
с0 — стоимость отходов в коп.;
Gp — расчетное количество металла на заготовку в кг;
578
Цм — цена исходного металла в коп. за I кг;
G„ — масса отходов в кг;
Ца — цена отходов металла в коп. за 1 кг.
Анализ выражения стоимости металла см на одну поковку
может привести к неправильному заключению о том, что чем
больше отходов, тем ниже себестоимость. Это верно только для
отходов на отдельных стадиях производства, предшествующих
механической обработке, и при данной массе заготовки. Чем
больше отходы процессов ковки или штамповки при Gp = const,
тем ниже себестоимость детали, так как объем механической обра-
ботки при этом уменьшается. Для того чтобы правильно понять
роль отходов, целесообразно увязать стоимость металла с коэф-
фициентом его использования Кисп = (где Gg — масса одной
детали в кг) и с потерями в связи с оЕнцим количеством отходов
и их более низкой ценой по сравнению с исходным металлом.
Эту величину можно представить как разность между ценой ме-
талла Цм и ценой отходов Цо (на единицу массы):
АД = - Цо.
Тогда выражение для см перепишется в следующем виде:
с^вРЦм-(\~К^)врЦП' (113)
откуда
= Gp + К„СЛЙ) = Ga + Ца") . (114)
Проанализируем выражение (114). При Лиот = 1 действи-
тельно равенство Gd — Gp, и тогда с,, = ёдЦм. Чем выше коэф-
фициент использования металла, тем ниже себестоимость детали,
поскольку величина Gp уменьшается. При Ца = Цм (в случае
использования отходов для изготовления продукции) см = GPHV.
При уменьшении стоимости исходного металла Цм или массы
заготовки Gp величина себестоимости уменьшается.
В формуле (114) отходы суммированы (обезличены), а стои-
мость их усреднена. Однако имеет значение распределение отхо-
дов по различным стадиям процесса изготовления детали и харак-
тер этих отходов. Из рис. 366 видно, как нарастают отходы по
маршруту металла (нижняя часть графика) и как при этом уве-
личивается себестоимость будущей детали (верхняя часть графика).
Для большей наглядности расчетная норма металла на программу,
так же как и стоимость исходного металла, принята равной 100%.
Цифры по отходам соответствуют промышленным данным для
штампованных поковок массой 1—10 кг при общем коэффициенте
использования металла 0,5.
В рассмотренном примере при ЦОЩМ — 0,1 масса детали
становится меньше расчетной нормы на 50%, т. е. вдвое. При
этом стоимость металла деталей снижается всего на 5% и состав-
37* 579
ляет см — с„ = 0,95сл, а на единицу массы его стоимость повы-
шается до 197% (см. вторую снизу графу на рис. 366). Линии
повышения относительной стоимости металла и увеличения себе-
стоимости полуфабриката (в соответствии с долей заработной
платы, увеличением трудо- и энергозатрат и т. п.) имеют ступен-
чатый характер. Если принять стоимость металла равной 100%
Рис. 366, Изменение статей
затрат себестоимости в процессе изготов-
ления детали
(см. верхнюю часть графика), то стоимость детали составит 250%,
Таким образом, стоимость передела составляет 150% от первона-
чальной стоимости металла.
На рис. 366 показано постадийное увеличение расходов на
заработную плату и нарастание трудозатрат при изготовлении
деталей. На стадии получения поковок себестоимость составляет
195%, а стоимость передела соответственно 95%.
Большое влияние на величину себестоимости оказывает харак-
тер отходов. Самые низкие потери от отходов получаются в тех
случаях, когда их удается использовать для изготовления основ-
ной или дополнительной продукции (отходы по некратности при
разделке заготовок, концевые отходы при штамповке от прутка,
клещевые концы, крупные выдры и т. п.). Наибольшие потери
связаны либо с превращением металла в окислы (окалину), либо
в стружку (при механической обработке на последних стадиях
изготовления детали). Эти отходы, как и другие обрезки (облой
и т. п.), используются в металлургическом производстве. Окалина
используется только в крупных кузнечных цехах, где ее имеется
большое количество. Объем отходов, регламентируется величиной
jz _ Gp~G°
’ Gp
Как видно из формулы (114), увеличение стоимости отходов
уменьшает себестоимость детали в значительно меньшей степени,
чем она уменьшается вследствие соответствующего увеличения
выхода годного на каждой стадии производства.
Для того чтобы проследить, как влияет увеличение количества
отходов и снижение их цены на повышение себестоимости единицы
массы готовых деталей, приводится табл. 54. Следовательно, если
отходов мало, то относительная их цена оказывает незначительное
влияние на стоимость единицы массы металла деталей (сравните
изменение цифр верхних строчек таблицы). Большое влияние
оказывает цена отходов при низких коэффициентах использования
металла (см. нижние строчки табл. 54).
Особенно большая интенсивность роста стоимости металла
при — 0,5 и менее.
Себестоимость продукции зависит также от величины про-
граммы производства поковок п.
Сопоставление расчетов себестоимости и приведенных затрат
в зависимости от величины серийности выпуска поковок для раз-
ных технически приемлемых способов их изготовления позволяет
выявить наиболее рациональный вариант технологии и величину
оптимальной программы производства.
Для того чтобы решить, какому способу изготовления поковок
следует отдать предпочтение — ковке или штамповке, можно
воспользоваться формулой М. Г. Златкина для определения мини-
581
Таблица 54
Изменение коэффициента повышения стоимости единицы массы металла
деталей в зависимости от коэффициента использования металла и
относительной стоимости отходов
Коэффи цнент использова- ния металла П- Jp Относительная стоимость отходов
: Цм
1 : ID 1 :о 1 :;j 1 : У
1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 1,о 1,1 1,22 1,38 1,60 1,90 2,35 3,10 4,60 9,10 1,0 1,09 1,20 1,34 1,53 1,80 2,20 2,86 4,20 8,20 1,0 1,08 1,16 1,28 1,43 1,66 2,00 2,55 3,66 7,00 1,о 1,05 1,12 1,21 1,33 1,50 1,75 2,16 3,00 5,50
мального количества деталей, при котором штамповка становится
экономичной:
N 77-J—, (1 15)
4 4~ Ста)
где Зи — затраты на наладку;
Quz — стоимость штампов в руб.;
ск —- себестоимость одной кованой поковки с учетом терми-
ческой обработки в руб.;
смк — себестоимость механической обработки кованой по-
ковки в . руб.;
r;Jf — себестоимость одной штампованной поковки с учетом
термической обработки в руб.;
c^nt — себестоимость механической обработки штампованной
поковки.
На рис. 367 показаны кривые, характеризующие себестои-
мость одной поковки, имеющей форму кольца, в зависимости от
величины серии выпускаемых поковок при различных вариантах
технологического процесса. Из приведенного графика следует,
что наиболее целесообразным процессом для данных поковок
является штамповка их на горизонтально-ковочной машине и
наименее целесообразным — штамповка на молоте. При штамповке
на горизонтально-ковочных машинах отсутствует разрезка заго-
товок и имеется возможность производить одновременно штам-
повку нескольких поковок с одного нагрева. В этом случае не-
значительные отходы из-за отсутствия облоя и высокая произво-
дительность обеспечивает наиболее низкую себестоимость поковок.
582
Точки пересечения различных кривых характеризуют критические
серийности — величину серии, при которой себестоимость поковок
одинакова.
Из рассмотрения кривых следует, что свободная ковка целе-
сообразна лишь при условии, когда партия поковок не превы-
шает 210 шт. Штамповка на горизонТально-ковочных машинах
рентабельна, когда партия поковок более 210 шт. Штамповка
Рис. 367, Себестоимость единицы поковки кольца в зависимости от способа изго-
товления и величины серии выпуска поковок:
1 — свободной ковкой по 2 шт.; 2 — штамповкой иа молоте в открытом штампе; S — штам-
повкой на прессе в открытом штампе и 4 — на горизонтально-ковочной машине в за-
крытом штампе
на кривошипном прессе экономически более целесообразна, чем
свободная ковка, если серийность не меньше 400 шт. поковок,
для штамповки на молоте — 480 шт.
Для установления зависимости себестоимости от величины
программы выпуска и для упрощения расчетов все статьи затрат
себестоимости разделяют на две группы: 1 — переменные рас-
ходы Д, изменяющиеся пропорционально величине программы
выпуска л, и 2 — условно-постоянные Б, не зависящие практи-
чески от объема производства. К первым относят стоимость ме-
талла, заработную плату производственных рабочих, все виды
производственной энергии и топлива, отнесенные к одной детали.
Ко вторым — стоимость штампов, наладку оборудования и ос-
тальные общецеховые расходы (отопление, освещение, аморти-
583
зацию зданий, основную заработную плату ИТР и др.). Тогда
себестоимость*одной детали составляет
са™Л-|-4; ' (110)
♦
это уравнение представляет собой гиперболическую кривую.
Для графического построения такой зависимости необходимо
произвести значительное количество расчетов. Если выразить
себестоимость всей программы выпуска через С = сдп, то
получим
С = Ап + Б; (117)
это уравнение прямой линии в координатах «стоимость программы
выпуска деталей — величина программы выпуска». При построе-
нии таких графиков расчеты значительно упрощаются, так как
достаточно определить две точки прямой. Указанным способом
удобно анализировать целесообразность использования тех или
иных приспособлений, конструкций штампов, новые марки стали
для них и т. п. Пересечение прямых, соответствующих себестои-
мости партии поковок при штамповке новым (прямая 2) и обычным
(прямая 1) способами (рис. 368), покажет величину минимальной
программы производства, при которой экономически целесообразна
данная модернизация технологического процесса. Точки пересе-
чения прямых соответствуют критическим серийностям производ-
ства.
В случае, рассмотренном на рис. 368, условно-постоянные
расходы увеличились с Бг до Б 2, но себестоимость при количестве
деталей более 120 шт., снижается за счет уменьшения перемен-
ных расходов. Указанное имеет место при замене ковки штампов-
кой или при переходе к использованию более совершенного, но
дорогостоящего штампа, который обеспечивает повышение вы-
хода годного. Подобный анализ себестоимости при различных
вариантах технологических процессов изготовления поковок, вы-
полненный на УЗТМ, показал, что с увеличением массы поковок
критическая серийность программы уменьшается. С увеличением
легированности стали, используемой на поковки, критическая
серийность также уменьшается. Если условно-постоянные за-
траты уменьшаются (например, с до Б3), а переменные расходы
остаются без изменения (прямая 3), то новый процесс будет рента-
белен при любой, серийности производства. Еще более целесооб-
разен процесс, при котором сокращаются условно-постоянные
и переменные расходы (прямая 4). В этом случае прямые линии
не пересекаются в поле графика.
Наибольший эффект в снижении себестоимости получается
при увеличении выхода годного (или коэффициента использова-
ния металла), так как статья расходов на металл во много раз
•584
превышает любую другую статью расхода при производстве
деталей машин. Поскольку с увеличением выхода годного умень-
шается и критическая серийность, то применять, например, штам-
повку становится экономически целесообразно при тем меньшей
серийности производства, чем больше коэффициент использования
металла.
В табл. 55 приведены данные по отходам металла в автотрак-
торном производстве. Из таблицы видно, что общие отходы при
изготовлении деталей из штампованных поковок достигают 50%
и более, причем наибольшее количество отходов связано с обра-
Рис. 368. Зависимость себестоимости программы выпуска
деталей от величины п
зованием облоя (до 18,4%) и стружки (до 29,6%). В некоторых
других отраслях машиностроения отходы достигают еще больших
размеров.
Ранее (см. табл. 2) было показано, что при производстве дета-
лей [из кованых поковок (изготовленных из катаного металла)
отходы в облой отсутствуют, но большие припуски, напуски и
допуски приводят к увеличению отходов в стружку. Если коэф-
фициент использования металла при ковке и штамповке ока-
зывается даже одинаковым, то себестоимость серии деталей из
штампованных поковок всегда более низкая за счет меньших
стоимостных потерь на отходы на более ранних стадиях произ-
водства.
В настоящее время расчеты по определению целесообразного
варианта изготовления поковок и критических серийностей про-
изводства значительно усовершенствованы. Для упрощения этих
расчетов создаются нормативные материалы, которые облегчают
учет многочисленных переменных статей расхода. В промышлен-
ности уже используются нормативы по удельным нормам расхода
металла, технологического топлива, энергии, пара, сжатого воз-
духа и другим элементам цеховых расходов. Аналогичные мате-
риалы разрабатываются и для других элементов затрат, например,
Ж
Таблица 55
Баланс металла при изготовлении деталей автомашин и тракторов (в %)
Марки машин Отходы т, Итого яоаояои Отход а стружку 1 Масса деталей Всего отходов Расход Металла
При раз- делке прутков на заго- товки При штамповке
। Отрезка 1 1 Некратность Заусенцы и пленки 1 Клещевина Угар | Прочие от- ходы
ГАЗ-51' .... 0,92 0,85 17,4 2,42 3,02 0,89 25,5 74,5 19,7 54,8 45,2 100
ЗИС-150 .... 1,4 2,0 17,0 4,3 2,5 0,8 29,2 70,8 21,8 49,0 51,0 J00
ГАЗ-63 .... 0,8 1,3 13,6 1,8 2,7 0,94 21,2 78,2 26,7 52,1 47,9 100
Трактор ДТ-54 2,43 1,7 18,0 0,84 2,9 1,0 27,2 72,8 21,8 51,0 49,0 100
Трактор КД-35 0,14 0,4 12,6 4,0 2,2 0,5 20,4 79,6 29,6 50,0 50,0 100
Трактор У2 . . 0,9 2,2 18,4 1,5 1Д 0,6 25,4 74,6 23,6 51,0 49,0 100
для себестоимости часа работг. основного оборудования, для
расходов на заработную плату производственных рабочих, дви-
гательной энергии, текущего ремонта оборудования, амортиза-
ционных отчислений, затрат на штампы и др. Соответствующие
данные можно найти в справочной и специальной литературе по
экономическим вопросам. Если подобные нормативы составлены
с учетом конкретных условий производства, то при использова-
нии их можно получить весьма точные результаты. В некоторых
отраслях промышленности машиностроения разрабатываются ру-
ководящие материалы, пригодные для непосредственного опреде-
ления варианта технологии. В качестве примера приводится рас-
чет, выполненный Л. А. Никольским и другими применительно
к поковкам пяти групп сложности. В табл. 56, кроме примерной
конфигурации поковок, дается их краткая характеристика.
В общем случае сравнительную себестоимость составляют ис-
ходя из конфигурации, массы, марки металла и величины про-
граммы выпуска поковок. Конфигурация поковок оценивается
путем отнесения расчетной детали к одной из групп, приведенной
в табл. 56. Для расчета себестоимости 1 кг деталей различных
групп сложности (при программе 100 шт.) определен коэффициент S
сложности конфигурации поковок, значение которого дано
в табл. 56. Там же даны поправочные коэффициенты Z для деталей
из кованых поковок.
Ж
Таблица 56
Характеристика поковок в зависимости от сложности их конфигурации
Группа слож- ности Характеристика групп поковок Типичные конфигурации ПОКОВОК Коэффи- циснты
5 z
I Типа тел вращения и близкий к ним 1 1.0 1 0,57
II Плоские с небольшими высту- пами (накладки, уши и др.) г' "х (1 1,08 0,64
ш IV С односторонними ребрами
1 1 11s 'У 1,15 0,71
Арматурные (тройники, уголь- ники, корпуса, краны) V; П г ~171.Г 1,33 0,81
Lft ту-ft
V ——_ Весьма сложной конфигурации 3,3 1,06
Ж
Для поковок группы сложности I из конструкционной стали
определена себестоимость 1 кг деталей разной массы, изготовлен-
ных из штампованных поковок при п = 100 шт. (см. левую часть
табл. 57).
Таблица '67
Расчетные данные для определения себестоимости деталей из штампованных
стальных поковок
Себестоимость 1 тег деталей группы I в руб- Зависимость себестоимости от величины программы выпуска по- ковок < Себестоимость 1 к а деталей группы ] в руб. Зависимость себе- стоимости от вели- чины программы
выпуск а поковок
г )СТЬ при . равной 1 выпуска '.нт, учи- Ееличину >сть при , равной I выпуска шт, учи- величину 1
Масса в кг Себестоимс программе , 100 шт. 1 . Программ г П В UIT. Коэффи цис ТЫвЯКицИЙ программы Масса в к; Себестоимс программе JUU шт. । Программа л и ТИТ, Коэффици* тывающий лрогр аммь
0,25—0,40 0,53 10 6,39 10,0—16,0 0,11 400 I 0,54 i
0,4—0,6 0,44 20 3,39 16,0—25,0 0,093 1 000 0,45 ;
0,6—1,0 0,36 40 1,89 25,0—40,0 0,077 1 600 0,43 s
1,0—1,6 0,29 60 1,39 40,0—60,0 0,064 2 500 0,41
1,6—2,5 0,24 80 1,14 60,0—100,0 0,053 4 000 0,40
2,5—4,0 0,20 100 1,0 100,0—160,0 0,043 6 300 0,40
4,0—6,0 0,17 140 0,82 160,0—250,0 0,035 10 000 0,39
6,0—10,0' 0,14 200 0,69
Если потребное количество деталей больше или меньше 100 шт.,
то найденные значения себестоимости 1 кг деталей корректируются
коэффициентом Л'„ (см. правую часть табл. 57). Расчет себестои-
мости сводится к перемножению найденных величин коэффициен-
тов. Для деталей из штампованных поковок себестоимость опре-
деляется как произведение:
. сш qSKA, (118)
где С[ — себестоимость 1 кг деталей группы сложности I при
п = 100 шт. в руб,;
Gd — масса механически обработанной детали в кг.
Соответственно при определении себестоимости детали из ко-
ваной поковки
сп - CiSZG^;' '" (119J
в этом случае коэффициент К,п не учитывается, так как при ковке
величина программы выпуска поковок не оказывает существен-
ного влияния на себестоимость детали.
588
Сопоставление величин сп и ciu дает возможность выбрать
наиболее экономически целесообразный вариант изготовления
поковок в данных условиях производства.
На рис. 369 приведен график изменения себестоимости 1 к&
деталей из конструкционной стали при единичном или мелко-
серийном и серийном производствах. Критические серийности
Рис. 369. График изменения себестоимости 1 кг деталей- из конструкционной
стали для производств с различной серийностью:
Т— V — группы сложности. Условные обозначения: - , — детали из штампован-
ных поковок;---------детали из кованых поковок; — область серийного про-.
изводства (штамповки);
— область мелкосерийного производства (ковки))
зависят от марки металла и сложности поковок. В табл. 5S даны
такие серийности для поковок из различных металлов.
Как видно из таблицы, наиболее дорогостоящие металлы (не-
ржавеющие стали и титановые сплавы) имеют самые низкие
критические серийности.
При крупносерийном производстве возникает необходимость
в разделении годовой серии поковок на отдельные партии. Для
кузнечно-штамповочных цехов целесообразнее изготовлять всю
годовую серию поковок непрерывно — без разделения па партии..
С общезаводских позиций этого сделать нельзя вследствие за-
медления оборачиваемости средств, вложенных в металл, необ--
ходимости в годовом запасе металла на складах (вместо деухче-
тырехнедельного) и в промежуточных складах для хранения
SB
Таблица 58
Зависимость критических серийностей производства деталей
от сложности поковок и материала деталей
Материал детали
Группа слож-
поста поко- Сталь углероди- Сталь конструк- Нержавеющие Титан сшые
вок стая ццонная стали сплавы
(по табл. 55)
Критическая серийность
400 350 66 37
11 290 250 55 32
111 220 190 48 28
IV 165 150 40 26
V 96 90 30 17
полуфабриката и т. д. Обычно разбивка на партии согласуется
с производительностью следующих по потоку цехов и со стойкостью
штампов. Для небольших серий и мелких поковок допускают
квартальные партии. Вообще же оптимальные партии должны
рассчитываться исходя из экономической целесообразности по-
добно тому, как определяется минимальная серийность производ-
ства. Для кузнечно-штамповочных цехов удобно, когда величина
партии поковок согласована с межремонтной стойкостью штампов.
Тогда переналадка процесса происходит с минимальными поте-
рями в производительности.
Одни из наиболее ответственных экономических расчетов со-
стоит в определении окупаемости дополнительных капиталовложе-
ний и т. д. по сравниваемым вариантам технологии. Капи-
тальные затраты, связанные с внедрением новых технологических
процессов или с их модернизацией, определяются объемом затрат
на новое, дополнительное и реконструированное оборудование,
штампы и приспособления. Дополнительные капиталовложения
представляют собой разность общих капиталовложений по сравни-
ваемым вариантам, т. е. К(/ — — Д3. Величина дополнитель-
ных капиталовложений определяется как сумма новых капитало-
вложений (Кн) и потерь, связанных с ликвидацией ненужного
оборудования (QJ:
Ка - + Q„
Q..,= К„-(2Т-Р)~Хл, (120)
где Кп — первоначальная стоимость снимаемого оборудования
в руб-;
.S Т — сумма произведенных амортизационных отчислений
в руб.;
Р — затраты на капитальный ремонт за время эксплуатации
снимаемого оборудования в руб.;
Ж
Кл __ стоимость снимаемого оборудования (по цене с учетом
степени износа или по цене лома, если машины идут
в переплав).
Эффективность использования дополнительных капиталовло-
жений оценивается сравнением их с годовой экономией Э вслед-
ствие снижения себестоимости. Срок окупаемости определяется
как отношение
0-^. (121)
Чем меньше срок окупаемости, тем эффективнее внедрение
новых процессов (1—2 года считается вполне приемлемым сроком).
Нередки случаи, когда срок окупаемости менее одного года.
ЛИТЕРАТУРА
(.Аристов В. М. Изготовление поковок в ковочных вальцах. «Про-
грессивная технология кузнечно-штамповочного производства». М., Машгиз, 1953.
2. Бабенко В. А. и Шапошников Л.Е. Штамповка на криво-
шипных горяче-штамповочных прессах. Технологический справочник по ковке
и объемной штамповке. М., Машгиз, 1959.
3. Бал цены й И. М. Исследование уширения при раскатке поковок.
«Кузнечно-штамповочное производство», 1961, № 2.
4. Бельский Е. И. и Казачек ок В. И. Справочное пособие
кузнеца-штамповщика. Минск, Госполитиздат, 1960.
5. Бережковский Д. И. Нагрев металла перед ковкой и штампов-
кой. М., Машгиз, 1950.
__________6. Бе р_е э к и и В. Г. Кузнечная. _вытяжка_. под плоскими бойками. Сб.
трудов МВТУ. «Машины и технология обработки металлов давлением», 1955,
Я» 40, ....
<? р е з к и н В. Г. и Клименко Н. П. Уширение после кантовки
при вытяжке в вырезных и плоских бойках. — «Вестник машиностроения»,
1960, А*ь 10.
8. Богданов В. Н. и др. Индукционный нагрев в кузнечном произ-
водстве. М., Машгиз, 1956.
9. Брюханов А. И. Ковка и объемная штамповка. М., Машгиз,
1960.
10. Брюханов А. Н. и Ребельский А. В. Горячая штамповка.
М., Машгиз, 1952.
11. Б я л к о в с к а я В. С. Основные направления специализации куз-
нечного производства. М., Машгиз, 1961.
12, Га наго О. А. н Тарнавский И. Я. Безоблойная штамповка
на молотах. Свердловск, Машгиз, 1955.
13. Г е н е р с о н И. Г. Влияние коэффициента укова при вытяжке на
механические свойства поковок типа дисков. Сб. «Основные вопросы развития
кузнечно-штамповочного производства». Труды Всесоюзного научно-техниче-
ского совещания. (1956). М. 1958.
14. Г л у ш к о в В. Н. Кузнечно-штамповочный цех нового типа. Сб.
«Прогрессивная технология горячей штамповки». М., Машгиз, 1955.
15. Гончаров М. А. Ковка крупных поковок. М,, Машгиз, 1945.
16. Голубятников Н. К. и Прозоров Л. В. Ковка слитков
без биллетирования. «Кузнечно-штамповочное производство», 1959, № 11.
592
17. Г р о м И. К Свободная ковка. М., Машгиз, 1955.
18. Г у б к и и С. И. Пластическая деформация металлов, т. I—Ш. М,,
Металлургиздат, I960.
419. Дзу тутов М. Я- Внутренние разрывы при обработке металлов
давлением. М., Me галл у ргиздат, 1958.
20. Дин И. М. Изготовление поковок на специальных машинах. М.,
Машгиз, 1958.
21. Д о р о х о в Н. Н. и Златкин М. Г. Технологические процессы
ковки крупных поковок. М. —Свердловск, Машгиз, 1950.
22. Ж у р а в л е в А. 3. Параметры бокового приемника (компенсатора)
для штамповки осесимметричных деталей в закрытых штампах. «Кузнечно-
Штамповочное производство», 1960, № 6.
23. Залесский В. И. Оборудование кузнечно-прессовых цехов. М.,
Изд-во «Высшая школа», 1964.
24. 3 а л е с с к и й В. И. и Цибанова М. С. Исследование процесса
глубокой прошивки. Сб- трудов МИС, As 31. М., Металлургиздат, 1953.
25. Зи ми н А. И. Машины и автоматы кузнечно-штамповочного произ-
водства. М., Машгиз, 1953.
26. 3 л а т к и и М. Г. Определение размеров заготовок для поковок типа
дисков. «Кузнечно-штамповочное производство», 1959, № 11.
27. Златкин М. Г. и др. Справочник рабочего кузнечно-штамповоч-
ного производства. М., Машгиз, 1961.
28. Ив азов К. Н. Удлиненные кузнечные слитки. Приложение к жур-
налу деталь». М., Металлургиздат, 1959.
ф9/И в а и у ш к И н П. Ф. Вытяжка между выпуклыми бойками. Сб.
научных трудов Ждановского металлургического института, «Производство
и обработка стали», вып. 5, 1960.
30. К а м е и и це р С. Е. и др. Экономика, организация и планирование
промышленного предприятия. М., Госполитиздат, 1961.
31. Камнев П. В. Горячая раскатка на специальных станках. М.,
^Машгиз, 1961.
32. Кер а с А. Ф. и Четвертаков И. Г. Штамповка поковок
с глубокой прошивкой отверстий. М., Машгиз, 1953.
33. Ковка крупных поковок. Результаты исследования технологических
режимов. Сб. под ред. Трубина В. Н, и Тарковского И. Я- М.—Свердловск,
Машгиз, 1962.
34. Кдз ньков А. С. Снижение припусков при штамповке поковок. М.,
Машгиз, 1961.
35. Кононенко В. Г. Обработка металлов взрывом. — «Кузнечно-
штамповочное производство», 1960, № 7.
36. Корнеев Н. И. и Скугарев И. Г. Основы физико-химической
теории обработки металлов давлением. М., Машгиз, 1960.
37. КлючниковС. И. Повышение точности поковок. М., Машгиз, 1960.
38. Ключников С. И. Новое в технологии изготовления поковок.
М., Машгиз, 1961.
39. Копытов В. Ф. и Сорокин П. В. Скоростной нагрев стали.
Материалы по наладке кузнечных машин и печей. М., ОНТ И, 1937.
38 Я. М. Охрименко 597 593
40, К р ы м с к и й Н. И. Очистные операции с кузнечно-штамповочных
цехах. М-, Машгиз, I960.
41. Кузелев М. Я. и Скворцов А. А. Нагрев металла под ковку
и штамповку в пламенных печах. М., Судпромгиз, 1960.
42. Куроедов В. А. Некоторые вопросы технологии нагрева слитков
в пламенных печах. — «Кузнечно-штамповочное производство», 1965, № 5.
43. Лебедев А. В. и Устюгов П. Л. Заварка внутренних дефек-
тов при ковке крупных поковок. Сб. № 5 «Ковка и термическая обработка. Урал-
машзавод. М.—Свердловск, Машгиз, 1958.
44. Литвак Л. К- Методика расчета размеров заготовок при штамповке
на ГКМ и раскатке. ЦБТИ. М., Машгиз, 1955.
45. Л о ш к а р е в В. Ф. Производство стальных поковок. М., Металлург-
издат, 1953.
46. Любви н В. И. Обработка деталей ротационным обжатием. М.,
Машгиз,, 1959.
47. М а н а с е в и ч А. Д. Физические основы напряженного состояния
и прочности металлов. М., Машгиз, 1962.
48. Мавсуров А. М. Современные кузнечно-штамповочные цехи. М.,
Машгиз, 1959.
49. Мансуров А. М. Технология горячей штамповки. М., Машгиз,
1960.
50. Мартынов В. Н. Изготовление поковок и фасонных заготовок
в ковочных вальцах. М., Машгиз, 1958.
51. Мещерин В. Т. Некоторые положения по штампосварным деталям.
Сб. трудов Московского станкоинструментального института, «Оборудование
и текиологня штамповки и ковки» № 3. М., Машгиз, 1955.
52. Мещерин В. Т. и др. Использование радиоактивных изотопов
в кузнечно-штамповочном производстве. Сб. трудов Московского станкоинстру-
ментального института № 6. М., Машгиз, 1962.
53. Михи н Т. А. Везоблойная штамповка поковок па молотах. Сб.
ЛОНИТОМАШ, №31. Л., Машгиз, 1952.
54. Мошнкн Е. Н. и Золотухин Н. М. Определение усилия
осадки поковок. «Кузиечно-штамповочное производство», 1960, № 6.
55. Нагрев крупных слитков. Сб. ЦНИИТхМАШ № 66. М., Машгиз, 1954.
56. Носков Б. А. Производство литых молотовых штампов. М., Маш-
гиз, 1953.
57. Н у з о в А. Я- Стойкость и стоимость штампов при объемной штам-
повке.— «Кузнечно-штамповочное производство», 1961, № 12.
58. Охрименко Я. М. Закономерности бочкообразования при осадке.
Научные доклады высшей школы. «Металлургия», 1958, № 3.
59. Охрименко Я- М. и Тюрин В. А. Влияние деформации и
износа калибровочного инструмента на точность и чистоту поверхности поко-
вок. — «Кузиечно-штамповочное производство», 1963, № 3.
60. Охрименко Я М. и Шибалов Н. С. Об изотермическом
режиме ковки. — «Кузиечно-штамповочное производство», 1961, № 12.
61. Петров С. Н. Сопротивление ковкого металла, сжатого между двумя
параллельными плоскостями. Записки горного института, 1914.
594
62. П а в л о в И. М. и др. Обработка металлов давлением. М., Метал-
лургиздат, 1955.
63. П о з д е е в А. А. Комплексное обобщение опыта новаторов в кузнеч-
ном цехе Уралмашзавода. Сб. «Ковка и штамповка». Обмен передовым опытом.
М., Машгиз, 1954.
64. Покровский В. Б. Дозирование заготовок под штамповку весо-
вым методом- Сб. Московского станкоинструментального института № 7. М.,
«Машиностроение», 1964.
65. Полонский М. В. Автоматизация ковочных прессов с помощью
измерителя поковок с радиоизотопным датчиком СШТ-11. Сб. Московского
станкоинструментального института № 7. М., «Машиностроение», 1964.
66. Прозоров Л. В. Ковка высоколегированных сталей. Сб. ЛОНИТО-
МАШ № 31. Л. Машгиз, 1952.
67. П р о з о р о в Л. В. Прессование стали. М., Машгиз, 1956.
68. Ра дю че и ко Ю. С. Ротационная ковка. М., Машгиз, 1962.
69. Р а с т е г а е в М. В. К вопросу образования трещин при ковке мало-
пластичных сплавов.—«Кузнечно-штамповочное производство», 1959, № 11.
70. Р о г о в А. И. Расчет ширины ручьев молотовых штампов. — «Куз-
нечно-штамповочное производство», 1961, № 6.
71. Сахаров Г. С. и В е й л е р С. Я- Исследование свойств различ-
ных смазок при горячей объемной штамповке металла. ИТЭИН. М., АН СССР,
1956.
72. С а х н о в с к и й М. А. Методика определения прогрессивных норм
расхода металла из поковки. ИТЭИН, М., АН СССР, 1951.
75. Северденко В. П. и Макарович А. И. Распределе-
ние нормальных напряжений в полости кольцевых штампов, ИФЖ, т. 1,
1958, № 4.
74. Семенов Е. И. Об очаге деформации при штамповке в открытых
штампах. Сб. трудов МВТУ, № 40, М., Машгиз, 1955.
75. Сидоров И- А, Нормализация технологической оснастки для
обработки давлением, М., изд-во Госкомитета стандартов и измерительных при-
боров СССР, 1964.
- 76. С м и р п о в - А л я е в Г. А. О некоторых технологических задачах,
решенных методами сопротивления материалов пластическим деформированием.
Сб. ЛОНИТОМАШ № 31. М., Машгиз, 1952.
77. Современное состояние кузнечно-штамповочного производства. Кол-
лектив советских и чехословацких авторов. Совместное издание. М., Машгиз,
1961.
78. С о к о л о в В. Н. Расчеты нагрева металла. М., Машгиз, 1955.
79. Справочник проектанта машиностроительных заводов, М., Гостехиз-
дат, 1946.
80. Степанов В. Н. Технология чеканки штампованных деталей,
М., Оборонгиз, 1954.
81. Сторожей М. В. К элементарной теории пластической деформа-
ции. — «Вестник машиностроения», 1948, № 5 и 9.
82. С т о р о ж е в М. В. и Попов Е. А. Теория обработки металлов
давлением. М., изд-во «Высшая школа», 1963.
38* 595
83. Суровой Н. М. Использование тепла поковок в условиях автома-
тизированного производства. Автоматизация технологических процессов, вып. 1
Изд-во АН СССР, 1960.
84. Тарновский И. Я. Формоизменение при пластической обработке
металлов. М., Металлургиздат, 1954.
85. Т а р н о в с к и й И. Я , П о з д е е в А. А, и Г а н а г о О. А.
Деформации и усилия при обработке металлов давлением. М., Машгиз, 1959.
86. Технологический справочник по ковке и объемной штамповке. Под ред.
М. В. Сторожева. М., Машгиз, 1959.
87. Т о м л е я о в А. Д. Механика процессов обработки металлов давле-
нием. М., Машгиз, 1963.
88. То мл ен ов А. Д. Определение размеров конусных пуансонов при
конструировании штампов для горячей высадки. — «Вестник машиностроения»,
1950, № 7.
89. Трахтенберг Б. Ф. Выбор температурного интервала ковки
и штамповки углеродистых сталей. — «Кузнечно-штамповочное производство»,
1960, № 5.
90. У н к с о в Е. П. Инженерная теории пластичности. М., Машгиз,
1959.
91. X р ж а и о в с к и й С. Н. Проектирование кузнечных цехов. М.,
Машгиз, 1949.
92, Це л и к о в А. И. к др. О новом технологическом процессе производ-
ства заготовок полых вагонных осей. — «Кузнечно-штамповочное производ-
ство», 1961, № 5.
93. Ц е л и к о в А, И. и др. Новые исследования поперечно-винтовой
прокатки и внедрение ее в машиностроение. Сб. «Новые процессы обработки
металлов давлением». Изд-во АН СССР, М. 1962.
94. Цукерман М. Г. Основные направления в развитии технология
горячей штамповки. Сб. «Прогрессивная технология горячей штамповки». М.,
Машгиз, 1955.
95. Ч е р'н иченко В. И, Штамповка на кривошипных ковочных прес-
сах. М., Машгиз, 1953.
96. Ш а й о в и ч Л. Л. Специализация и кооперирование кузиечно-штам-
повочного производства, М., Машгиз, 1962.
97. Шапошников Д. Е. Изготовление поковок на горячештамповоч-
ных прессах. М., Машгиз, 1962.
98. III и б а л о в Н. С. и др. Исследование деформируемости хромо-
никелевого сплава. Изв. высших учебных заведений, «Черная металлургия»,
1961, № 5.
99. Ш и р я е в А. Ф. Опыты работы кузнечного цеха. М., Машгиз, 1953.’
100. Ш о ф м а и Л. А. Основы расчета процессов штамповки и прессова*
кия. М-, Машгиз, 1961.
101. 111 о ф м а н Л. А. Элементы теории холодной штамповки. М., Обо-
ронена, 1952.
102, Юр е чек Г. и Рихтер Г. Исследование процесса протяжки
тяжелых поковок с предварительной осадкой слитка и без осадки, — «Кузнечно-
штамповочное производство», 1964, .Ns 10.
596
103. Эдуардов М. С. и Эфрос М. М. Нагрев металла в пламенных
печах и электронагревательных установках. М., Машгиз, 1958.
104. Dixon Е. О. Recent development in heavy closed die forging. «MS'
chinery», London, 1951, vol. 78.
105. Kaessberg H- Gesenkschmieden von Stahl 11 Tell, Werkstatt.
biicher fur Betriebsfachleute, Konstrukteure and Studierende Heft 58.2.Aufl. Ber-
lin (Gottingen) Heidelberg, Springer, 1951.
106. Kay R. R. No—draft forging umkorks a bottleneck. «Iron Age», 1956.
N 19.
107. K'nzle O. Beitrag zurn Stand unserer Erkentnisse uber Kalt and
Warmumformung. «Microtecnic» 1958, N 6.
108. К ienzl e O. und Spies K. Die Gestaltung der Zwischenformen
fiir Gesenkschmiedestucke. Wt. u. Mb. Bb. 47 (1957) H. 4, S. 176/181.
109. L a n g e K- Gesenkschmieden von Stahl. Springer—Verlag, Berlin
(Gottingen/Heidelberg), 1958.
110. Mac—New T. Newest production techniques at Chevrolet's Mona-
wanda forge plant. «Automat. Ind.» 1956, N 2.
111. Najoks V., Fabel D. Forging Handbook. Cleveland, 1953.
112. Schlegel W- Французский патент, кл. В23к, № 1.108,725.
ИЗ. S m а г t G. Design of drop forging dies. «Heat treating and Forging»,
1937, v. ХХШ, № 1, 2, 3.
114. Spenser L. Basic Forging Concepts. Steel processing, June, 1956
115. S p i e s K. Die Zwischenformen beim Gesenkschmieden und ihre Her-
stellung durch Formwalzen, Diss. T. H. Hannover, 1957.
116. S tod t A. Freiformschmiede, Springer—Verlag, Berlin, 1950.
117. Turner D. D., Split. Die Forging solves a problem. Steel, No-
vember, 1956 , 26.
118. Verot P. The continuous grain—flow process and its recent appli-
cations. Spec. Rep. Iron and Steel Inst., 1957, v. 60.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие................................................. , , . . 3
Глава 1. Кузнечно- штамповочное производство СССР..................... &
Глава II. Исходные материалы и их подготовка для ковки, штамповки 20
§ 1. Слитки, болванки, прутки.................................... 20
§ 2. ' Разделка исходных материалов на заготовки................. 27
§ 3. Точность разделки и отходы металла.............., . . . . 58
Глава III. Общие вопросы технологии ковки, штамповки................. 60
§ 1. Показатели и коэффициенты деформации ....................... 61
§ 2. Неравномерность деформации при ковке, штамповке . , . , . 75
Глава IV. Термический режим ковки и штамповки....................... 102
§ 1. Интервал ковочных температур............................... 103
§ 2. Типы нагревательных устройств и способы нагрева металла 107
§ 3. Нагрев слитков............................................. 113
§ 4, Нагрев заготовок........................................... 120
§ 5. Термический режим ковки и охлаждения металла............... 132
§ 6. Согласование производительности нагревательного и ковоч-
ного оборудования ............................................. 140
Глава V. Ковка прутковых заготовок, болванок и слитков (техноло-
гия индивидуального и мелкосерийного производства поко-
вок) ............................................................... 146
§ 1. Общие сведения о кузнечном производстве................... 146
§ 2. Кузнечные операции и применяемый инструмент................ 158
§ 3, Уковка при основных технологических операциях.............. 223
§ 4. Содержание технологической разработки...................... 237
§ 5. Усовершенствованные технологические процессы ковки .... 255
Ковка на прессах........................................... 255
Ковка на молотах........................................... 271
Глава VL Объемная штамповка (технология средне- и крупносерий-
ного производства поковок).......................................... 275
§ 1. Общие сведения о кузнеч ио-шгамповочном производстве . , . 275
§ 2. Разновидности объемной штамповки........................... 278
§ 3. Штамповка на молотах....................................... 285
§ 4. Штамповка на прессах....................................... 369
§ 5. Обрезные и просечные операции......................... . 398
§ 6. Штамповка на горизонтально-ковочных машинах................ 413
§ 7. Штамповка выдавливанием и прошивкой........................ 448
§ 8. Содержание технологической разработки и выбор варианта
штамповки .................................................... 473
598
Глава VII. Специализированное производство фасонных заготовок
и поковок (технология крупносерийного и массового про-
изводства поковок)......................................... 499
§ 1. Специализация и рационализация подготовительных операций 501
§ 2. Специализация и рационализация окончательных операций . . 505
Глава VIII. Штамповка на оборудовании узкого назначения . ... 515
§ 1. Гибка на бульдозерах ,................................ 515
§ 2. Вальцовка............................................. 523
§ 3. Раскатка.............................................. 533
§ 4. Ротационная ковка ......................................... 537
§ 5. Электровысадка........................................ 538
§ 6. Штамповка металла в период кристаллизации............. 539
Глава IX. Отделочные операции.................................. . 541
§ 1. Правка поковок....................................; . 541
§ 2, Термическая обработка поковок.............................. 542
§ 3. Очистка поковок от окалины................................. 543
§ 4. Калибровка поковок......................................... 544
Глава X. Штампы и их эксплуатация................................... 556
Глава XI. Экономическое обоснование способа производства поковок 573
Литература .................................................. . . . 592
Знов Михайлович О х р и м е и к о ‘
Технология кузнечно- штамповочного
производства
Технический редактор Н- Ф- Демкина
Корректор А. П, Озерова
Переплет художника А. Д. Михайлова
Сдано в производство 19/VIII 1965 г.
Подписано к печати 15/VI 1966 г. Т-08320
Тираж 16000 экз. Печ. л. 37,75 (1 вил.).
Бум л. 18,88 Уч.-изд. л. 38 Темплан 1966 г.. ЯЬ 38
Формат 60 X 90*А,. Цена I р. 52 к. Зак. Ли 597
Издательство «МАШИНОСТРОЕНИЕ»,
Москва, Б-66, 1-й Басманный пер., 3
Ленинградская типография № G
Главполкграфпрома
Комитета по печати
при Совете Министров СССР
Децйнград, ул. Моисеенко, 10
ЗАМЕЧЕННЫЕ ОПЕЧАТКИ
Стра- ница Строка Напечатано Должно быть
168 8-я сверху предложить предположить
197 Подрисуночная подпись к рис. 105 по табл. 27 по табл. 26
197 , 4-я снизу штриховые лниии тонкие линии
199 9-я сверху табл. 28 табл. 27
2114 3-я сверку рис. 105 рис. 112
Я. М. Охрименко. Зак. 54Г7.