Безпалько В.И. Технология конструкционных и трубопроводо-строительных материалов

Подождите немного. Документ загружается.

шейки 2, опирающиеся на подшипники, расположенные в ста-

нинах клети. Шейки переходят в так называемые трефы 3, имею-

щие форму крестовин. Трефы служат для соединения валков со

шпинделем, приводящим их во вращение. Одновременно трефы

позволяют перемещаться валкам в вертикальном направлении для

регулирования расстояния между ними и образования калибра. На

рис. 3.12, в показан открытый калибр, состоящий из двух ручь-

ев 4, полученный при смыкании валков.

По количеству валков в клети прокатные станы подразделяют-

ся на несколько видов: двухвалковые {дуб), трехвалковые (трио),

четырехвалковые (кварто) и многовалковые. Двухвалковые станы

разделяются на нереверсивные, имеющие постоянное направление

вращения валков и реверсивные, у которых направление вращения

валков после каждого пропуска заготовки меняется, т.е. заготовки

прокатываются в обе стороны.

Примерами реверсивных станов являются блюминг и слябинг

Это обжимные станы, перерабатывающие слитки в блюмы (заго

товки квадратного сечения) и слябы (заготовки прямоугольного

сечения). Основной характеристикой блюминга и слябинга явля-

ется диаметр валков. В зависимости от диаметра валков станы де-

лятся на малые и большие. Основным параметром листовых ста-

нов является длина бочки валка, которая определяет максималь-

ную ширину прокатываемых листов.

В блюмингах и слябингах все операции прокатки механизиро-

ваны и автоматизированы, в том числе подача слитка к стану и

обратно (рольгангом), перевертывание слитка (кантователем),

контроль режимов прокатки и др. Нереверсивные станы дуо при-

меняются для прокатки в одну сторону (непрерывная прокатка)

и для прокатки тонких листов.

В трехвалковых станах (трио) прокатка заготовки в одном на-

правлении производится между нижним и средним валками, а в

обратном направлении — между средним и верхним валками. Та-

ким образом, направление вращения валков менять не приходит-

ся. Это устраняет основной недостаток нереверсивных станов. Для

подачи заготовки в верхнюю пару валков станы трио оборудованы

с обеих сторон подъемно-качающимися столами.

Станы кварто имеют четыре валка, расположенные один нал

другим: два средних меньшего диаметра являются рабочими (при

водными) и два крайних — опорными. Назначение опорных вал-

ков — воспринимать давление рабочих валков при прокатке и тем

самым препятствовать их прогибу. Станы кварто применяют для

прокатки как тонких, так и толстых листов и полос.

Многовалковые станы вследствие еще большей кинематиче-

ской жесткости всей рабочей клети применяют для холодной

прокатки очень тонких полос и лент с небольшими допусками

по толщине.

Для прокатки с обжатием и по боковым поверхностям заго-

товки (прокатка широких полос, двутавровых балок с широки-

ми полками и др.) применяют универсальные станы. Эти станы,

кроме горизонтальных валков, имеют еще пару вертикальных,

установленных в непосредственной близости к горизонтальным

валкам или в отдельной клети. Примером такого стана служит

слябинг.

Скорость прокатки на непрерывных станах при производстве

сортового материала и листов достигает 7... 15 м/с, проволоки —

25... 50 м/с, а при холодной прокатке жести — до 35 м/с. На других

станах скорость прокатки не превышает 7 м/с.

По состоянию обрабатываемого металла станы можно подраз-

делить на станы горячей и холодной прокатки. По характеру вы-

пускаемой продукции станы подразделяются на обжимные — блю-

минг и слябинг; заготовочные — для прокатки блюмов в сорто-

вую заготовку квадратного сечения; крупно-, средне- и мелко-

сортовые; станы для различного сортового проката — рельсоба-

лочные, листовые, проволочные; трубопрокатные и станы спе-

циального назначения.

Разделение прокатных станов по расположению рабочих кле-

тей определяется назначением стана, требуемым числом пропус-

ков металла при прокатке определенного профиля заготовки и

заданной производительностью.

В зависимости от расположения рабочих клетей прокатные ста-

ны подразделяются на одноклетьевые, линейные, последователь-

ные, полунепрерывные и непрерывные.

Одноклетьевые станы имеют одну рабочую клеть и линию при-

вода валков. К станам этой группы относятся блюминги, слябин-

ги, толстолистовые станы дуо, трио и кварто, трубопрокатные

станы.

В тех случаях, когда в одной клети не размещается нужное

число калибров или требуется высокая производительность, при-

меняются многоклетьевые станы с различным расположением

клетей.

Рабочие клети линейных станов расположены в одну, две, три

и более линий, причем каждая линия имеет отдельный привод

или несколько линий имеют привод от одного двигателя. Эти ста-

ны нереверсивные и применяются как проволочные, сортовые,

Рельсобалочные и тонколистовые.

Прокатываемая полоса в каждой клети последовательного ста-

на проходит только один раз, поэтому число клетей такого стана

Должно быть равно максимальному числу проходов, необходимых

Для прокатки готового профиля. Так как после прокатки в каждой

клети длина полосы возрастает, то, очевидно, расстояние между

Клетями и скорость прокатки должны увеличиваться от первой к

Последней клети. Станы этой группы широко применяются для

100

101

прокатки сортовых профилей и обладают большой производитель

ностью.

Непрерывные станы являются наиболее совершенными. Прока-

тываемая полоса находится одновременно в нескольких клетях

поэтому скорость валков должна регулироваться и подбираться

так, чтобы количество металла, проходящего в единицу времени

в любой клети, было постоянным, что требует сложного и точно-

го регулирования скоростей. Непрерывные станы имеют очень

большую производительность и применяются как заготовочные

широкополосные, мелкосортовые, проволочные, трубосварочные

и станы холодной рулонной прокатки листов и жести.

Полунепрерывные станы состоят из двух групп клетей: непре-

рывной и линейной (или последовательной). В первой группе кле-

тей полоса прокатывается непрерывно, т.е. она может находиться

одновременно в нескольких клетях. Во второй группе клетей про-

катка происходит по принципу, описанному для линейных и по-

следовательных станов. Полунепрерывные станы применяются для

мелкосортового проката и проволоки (черновая группа — непре-

рывная, чистовая — линейная) и для прокатки полос (чистовая

группа — непрерывная).

3.3. Прессование

3.3.1. Общие положения

Прессование — способ обработки металлов давлением, при ко-

тором металл выдавливают из замкнутой полости (контейнера)

через отверстие в инструменте, называемом матрицей, в резуль-

тате чего получают длинномерное изделие с сечением (профи-

лем), по форме соответствующим отверстию матрицы. Прессова-

ние позволяет получать изделия с очень сложным профилем, ко-

торые невозможно изготовить другими способами пластической

деформации. Прессованием можно получать прутки диаметром

5...200 мм и трубы диаметром до 800 мм при толщине стенок

1,5 ...8 мм.

При прессовании имеет место самая благоприятная схема на-

пряженного состояния обрабатываемого металла по сравнению с

другими процессами ОМД (см. рис. 3.4, в). Эта схема позволяет

обрабатывать малопластичные и даже хрупкие металлы без опас-

ности их разрушения.

При прессовании металл подвергается всестороннему нерав-

номерному сжатию, вследствие чего он приобретает высокую пла-

стичность. В этих условиях для прессования металла требуются боль-

шие по величине усилия. Процесс протекает при температурах

горячей обработки давлением. Прессование чаще всего применя-

102

ют для обработки цветных металлов и сплавов вследствие того,

что для них требуются более низкие усилия прессования и темпе-

ратуры обработки и реже для обработки сталей. Для прессования

стальных изделий заготовкой, как правило, служит прокат.

Прессованные изделия из цветных металлов и сплавов (меди и

ее сплавов, цинковых и титановых сплавов и др.), а также из ста-

лей в основном являются заготовками для получения изделий во-

лочением, холодной прокаткой и другими способами обработки.

Прессованные профили из алюминия, магния и их сплавов явля-

ются, как правило, готовыми изделиями.

К недостаткам прессования следует отнести значительные от-

ходы, так как весь металл заготовки не может быть выдавлен из

закрытой полости через отверстие в матрице. В полости остается

так называемый пресс-остаток, который после окончания прес-

сования отрезается от полученного профиля. При прессовании

выход годной продукции составляет 70...80 %.

3.3.2. Схемы и технология прессования

Существуют два метода прессования — прямой и обратный

(рис. 3.13).

При прямом прессовании (рис. 3.13, а) заготовку 3 помещают в

контейнер 4, укрепленный на раме 5 пресса, в отверстие которой

устанавливают матрицу 6. При давлении пуансона / совместно с

пресс-шайбой 2 металл заготовки выдавливается через отверстие

в матрице. При прямом прессовании направление течения прессу-

емого металла совпадает с направлением движения пуансона.

При обратном прессовании (рис. 3.13, в) заготовка 3 помещает-

ся в глухой контейнер 4, опирающийся на раму пресса 5 и пресс-

шайбу 2. Далее в контейнер входит полый пуансон 1 с матрицей

6, которые давят на заготовку, в результате чего металл выдавли-

вается через отверстие в матрице в направлении, обратном дви-

жению пуансона, при этом формируется заданное изделие (пру-

ток).

При прямом прессовании трение металла заготовки о стенки

контейнера увеличивает сопротивление деформированию и по-

вышает степень деформации всего металла. Металл наружных слоев

прессованного прутка оказывается деформированным в большей

степени, чем металл внутренних слоев. Эта неравномерность де-

формации приводит к образованию трещин в материале малопла-

стичных сплавов.

При обратном прессовании, когда основная часть металла за-

готовки неподвижна относительно стенок контейнера, очаг де-

формации не распространяется далеко в глубину заготовки и ма-

териал деформируется в меньшей степени. В этом случае деформа-

ция в прессованном прутке получается более равномерной. Для

обратного прессования требуется приложение меньших усилий по

сравнению с прямым. Кроме того, при обратном прессовании

получается меньшее количество отходов металла (пресс-остаток).

Однако низкая степень деформации в отдельных случаях приво-

дит к тому, что прессованный металл сохраняет следы структуры

исходной заготовки, например литую структуру. В этих случаях

заготовки перед штамповкой дополнительно подвергают ковке,

чего не требуется для заготовок, полученных прямым прессова-

нием. Техническое выполнение процесса получения длинномер-

ных заготовок также проще при прямом прессовании.

Основными причинами образования пресс-остатка являются

ускоренное охлаждение поверхности заготовки при прессовании

в результате ее контакта с контейнером и наклеп поверхностных

слоев металла в процессе его трения о стенки контейнера.

Обратный метод прессования по сравнению с прямым более

экономичен, так как при нем уменьшаются отходы металла на

(5...6%) и снижаются усилия прессования металла примерно на

25 % за счет отсутствия трения металла о стенки контейнера. Од-

нако из-за сложности конструкции установки для прессования

этот метод имеет ограниченное применение.

Для изготовления труб и полых профилей (рис. 3.13, б, г) в

исходной заготовке необходимо предварительно получить сквоз-

ное отверстие. Для этого заготовка 3, помещенная в контейнер 4,

104

сначала прошивается иглой 7, которая выходит на некоторое рас-

стояние из отверстия матрицы. При этом образуется кольцевой

зазор между отверстием матрицы 6 и иглой 7. В процессе прессова-

ния металл заготовки 3 выдавливается пуансоном 1 в зазор между

матрицей и иглой.

Коэффициент вытяжки металла при прессовании равен от-

ношению площади сечения контейнера S

к площади сечения от-

верстия матрицы S

Обычно коэффициент вытяжки находится в пределах 8... 50,

а иногда и более.

Степень обжатия металла при прессовании определяется от-

ношением разности площадей поперечного сечения контейнера и

отверстия матрицы к площади поперечного сечения контейнера:

Степень обжатия может достигать 90 %.

Процесс прессования металла характеризуется также скоро-

стью прессования и скоростью истечения металла.

Скорость прессования представляет собой скорость переме-

щения пуансона в контейнере (м/с), а скорость истечения —

скорость (м/с), с которой металл вытекает через отверстие в мат-

рице:

Технологический процесс прессования металла включает в себя

следующие стадии: подготовку слитка или заготовки к прессова-

нию (удаление наружных дефектов, разрезка заготовки на мер-

ные длины и т.д.); нагрев слитка или заготовки до заданной тем-

пературы; подачу нагретого металла в контейнер; выдавливание

металла из контейнера через отверстие в матрице; отделку полу-

ченного изделия — резка прутка на мерные длины, правка на

правильных машинах, а также разбраковка и устранение дефек-

тов.

Прессование производится на горизонтальных и, реже, верти-

кальных гидравлических прессах специальной конструкции с уси-

лием до 10 МН, отличающихся высокой производительностью.

Современные прессы оборудованы специальным автоматическим

устройством, обеспечивающим постоянную скорость прессования,

что очень важно при получении изделий из разных сплавов. В этом

случае обеспечивается стабильность механических свойств по длине

изделия и повышается производительность процесса.

' К основным инструментам для прессования относятся матри-

ца, пресс-шайба, пуансон, контейнер, а также игла и иглодержа-

тель (при прессовании труб). К инструменту предъявляются повы-

105

шенные требования по жаростойкости при работе в условиях вы-

соких температур (800... 1 200°С) и значительных нагрузок.

Инструмент при прессовании работает в тяжелых условиях при

высоких давлении и температуре. Для уменьшения износа инстру-

мента и снижения коэффициента трения на поверхности контак-

та матрицы и деформируемого металла, достижения более равно-

мерного истечения металла из матрицы применяют смазку из смеси

машинного масла с графитом, дисульфид молибдена, жидкое стек-

ло и другие смазочные материалы.

3.4. Волочение

3.4.1. Общие положения

Волочение — процесс ОМД, при котором пластическая де-

формация заготовки в холодном состоянии осуществляется з;

счет протягивания ее через отверстие в специальном инструмен

те — волоке, размеры отверстия в которой меньше размеров ис

ходной заготовки. В результате волочения получаются изделия i

постоянным сечением по всей длине, имеющие точные разме

ры, заданную геометрическую форму, чистую и гладкую поверх

ность. При волочении поперечное сечение заготовки уменьшает

ся, а ее длина соответственно увеличивается. Исходным матери

алом для волочения в основном является горячекатаный сорто-

вой прокат.

В процессе деформации металла при волочении выделяется теп-

лота, нагревающая заготовку, для чего ее охлаждают. Металл за-

готовки упрочняется за счет образования наклепа, который сни-

мают с помощью отжига.

При волочении возникает трение между заготовкой и инстру-

ментом, что приводит к увеличению тягового усилия и соответ-

ственно мощности оборудования. Силу трения можно уменьшить,

выбирая оптимальную шероховатость рабочей поверхности филь-

ер, подавая смазку в зону деформации или создавая зону ульт-

развуковых колебаний.

3.4.2. Волоки и волочильные станы

Волока — основной инструмент волочильных станов. В про-

цессе волочения волока испытывает значительные нагрузки, так

как в ее канале под действием усилия волочения происходит

пластическая деформация. Волока (см. рис. 3.14, а) закрепляет-

ся в специальной обойме и имеет, как правило, пять зон: вход-

ную 6 (распушка), смазочную (на рисунке не показана), дефор-

мирующую 5, калибрующую 4 и выходную 3. Калибрующую зону

обычно делают цилиндрической формы, а остальные — кони-

ческой (деформирующая зона иногда имеет радиальную фор-

му). Угол рабочего конуса деформирующей зоны (угол сужения

волоки) 2а при волочении прутков выбирают в пределах 6... 18

в зависимости от вида изделия и свойств металла, а при воло-

чении труб — 10... 24°. Чем больше твердость металла, тем мень-

ше угол рабочего конуса.

Волоки изготовляют из твердых сплавов, металлокерамичес-

ких материалов, технических алмазов (для волочения очень тон-

кой проволоки), а также из инструментальной стали (для волоче

ния крупных прутков и труб).

Процесс волочения осуществляют на волочильных станах (рис

3.15): с прямолинейным движением заготовки — цепные и рееч-

ные; с наматыванием заготовки на барабаны — барабанные. Пер-

вые применяются для волочения и калибровки прутков, труб; вто-

рые — для волочения проволоки, специальных профилей и труб

небольших диаметров.

Цепной волочильный стан (рис. 3.15, а) состоит из станины 1,

двух цепных барабанов 8 (приводной) и 10. На барабаны надета

шарнирно-пластинчатая цепь 9, передвигающая тележку 6 при

помощи крюка 7. На тележке закреплены клещи 4, зажимающие

пруток 2, протягиваемый через волоку 3. По окончании протя-

гивания крюк выталкивается из цепи и удерживается противове-

сом 5 в приподнятом состоянии, а тележка возвращается в исход-

ное положение. Одновременно могут протягиваться до десятка прут-

ков длиной 25...50 м при скорости волочения 0,5... 10 м/с.

108

В производстве наиболее распространены барабанные волочиль-

ные станы (рис. 3.15, б). Бунт (моток) проволоки 11 надевают на

холостой барабан 12, а саму проволоку протягивают через волоки

13, 15, 17 к 19 с постепенно уменьшающимися отверстиями. На

тяговые барабаны 14, 16 и 18 наматывают два-три витка проволо-

ки для создания тягового усилия. Барабаны вращаются от электро-

двигателя 22 через редуктор 21 и конические зубчатые передачи 23.

Окончательно проволока наматывается на приемный барабан 20.

В барабанных станах однократного волочения скорость волоче-

ния составляет около 1 м/с при диаметре исходной проволоки

0,4... 20 мм. В станах многократного волочения скорость волочения

достигает 0,3... 50 м/с и более при диаметре проволоки 0,6... 2 мм.

При разработке технологического процесса волочения прежде

всего назначают основные параметры: степень обжатия, скорость

волочения и смазку (минеральное масло, графит, мыло или эмуль-

сии). Затем создают маршрутную технологию волочения: отжиг с

Целью получения мелкозернистой структуры и повышения плас-

тичности металла; травление для удаления окалины; промывка;

заострение концов заготовок для пропуска их через волоку; воло-

чение; отжиг для устранения наклепа; отделка.

109

костям боковая поверхность заготовки приобретает бочкообраз-

ную форму.

Осаживание части заготовки называют высадкой (рис. 3.16, б )

Высадку используют для получения поковки с утолщением к

конце или в середине. Ее можно осуществить при нагревании со-

ответствующей части заготовки (конца или середины) или огра-

ничивая деформацию заготовки на некоторой ее части кольцевым

инструментом К. Таким образом получают поковки болтов, дета-

лей с буртиками, фланцами и др.

Протяжка — наиболее распространенная операция свободной

ковки, совершаемая последовательными ударами по отдельным

смежным участкам заготовки, т.е. между бойками во время удара

находится только часть заготовки (рис. 3.16, в). При протяжке дли-

на заготовки увеличивается за счет уменьшения площади ее попе-

речного сечения. Протяжку можно вести с края заготовки и с се-

редины. Для интенсификации процесса протяжки необходимо

уменьшать уширение. Это достигается путем уменьшения величи-

ны подачи а. Практически подача составляет (0,4...0,75)6, где

b — ширина бойка. Коэффициент уковки при протяжке определя-

ют отношением конечной длины поковки к исходной длине заго-

товки или отношением площадей поперечного сечения заготовки

и поковки. Протяжкой изготовляют удлиненные поковки, из ко-

торых получают валы, рычаги, шатуны, тяги и др.

Разгонка (рис. 3.16, г) направлена на увеличение ширины 1 ча-

сти заготовки за счет уменьшения ее толщины и достигается пу-

тем обработки ее отдельных участков; при этом ось заготовки рас-

полагают перпендикулярно к ширине бойка b.

Рубка — операция разделения заготовки на несколько частей

(рис. 3.16, д). Рубка заготовки производится инструментом И (то-

пором), после чего заготовка кантуется на 180° и разделяется окон-

чательно.

Для получения сплошных и глухих отверстий в заготовке при-

меняют прошивку (рис. 3.16, е) прошивнем П.

Прошитые заготовки можно повергать раскатке бойком с

шириной b на оправке по диаметру D (рис. 3.16, ж) с примене-

нием оправки О, что приводит к уменьшению толщины стенки

кольца и увеличению его наружного и внутреннего диаметров

(продольная ось бойка параллельна оси кольца). Метод исполь-

зуется в производстве поковок для колец, бандажей, барабанов

и др.

При протяжке на оправке (рис. 3.16, з) заранее прошитая заго-

товка увеличивается по длине и уменьшается в диаметре за счет

уменьшения толщины (утонения) ее стенки s (продольная ось

бойка перпендикулярна оси кольца). Эта операция применяется

при изготовлении пустотелых поковок котельных барабанов, ро-

торов турбин и др.

112

Операция передачи металла (рис. 3.16, и) состоит из смещения

одной части заготовки относительно другой. Передача применяет-

ся для изготовления коленчатых валов и других изделий.

Кроме описанных основных способов свободной ковки также

применяют: гибку, кузнечную сварку и скручивание.

Гибка — применяется для получения поковок с изогнутой осью.

Ее осуществляют с помощью различных опор, приспособлений и

в подкладных штампах. Гибкой изготовляются уголки, скобы, крю-

ки и др.

Кузнечная сварка — создание неразъемного соединения между

предварительно нафетыми заготовками путем их совместного пла-

стического деформирования.

Скручивание — поворот одной части заготовки относительно

другой на заданный угол вокруг ее оси, для чего применяют спе-

циальные приспособления. Скручивание применяют для разворо-

та колен коленчатых валов, при изготовлении сверл и др.

3.5.2. Оборудование и инструмент для свободной ковки

Машинная ковка проводится на ковочных молотах и ковочных

гидравлических прессах.

На ковочных молотах пластическая деформация металла заго-

товки совершается за тысячные доли секунды, так как молоты

являются машинами динамического действия. Металл заготовки

деформируется за счет энергии, накопленной падающими частя-

ми молота. Молоты подразделяются на пневматические и паро-

воздушные.

На пневматических ковочных молотах изготовляют мелкие по-

ковки (до 20 кг). Молот имеет два цилиндра: рабочий и компрес-

сорный. Привод поршня компрессорного цилиндра осуществля-

ется от электродвигателя с помощью кривошипно-шатунного

механизма. Поршень сжимает воздух в верхней или в нижней по-

лости цилиндра до величины 0,2...0,3 МПа. Сжатый воздух на-

правляется в рабочий цилиндр, где он перемещает рабочий пор-

шень вверх-вниз. Поршень рабочего цилиндра и соединенный с

ним массивный шток являются падающими частями молота. Верх-

ний и нижний бойки молота крепятся соответственно к штоку

рабочего цилиндра и стальной подушке, установленной на мас-

сивном шаботе. Молот может наносить единичные удары по заго-

товке, уложенной на нижний боек, или работать в автоматиче-

ском режиме. Пневматические молоты имеют массу падающих ча-

стей от 50 до 1 000 кг.

Паровоздушные ковочные молоты предназначены для изготов-

ления поковок средней массы (20...350 кг) из прокатанных заго-

товок. В качестве энергоносителя используют сжатый пар или воз-

дух под давлением 0,7...0,9 МПа.

113

Паровоздушные ковочные молоты подразделяют на молоты

простого и двойного действия. У молотов простого действия пар

или воздух служат только для подъема падающих частей. Молоты

этого типа применяются редко. У ковочных молотов двойного дей-

ствия пар или воздух служат не только для подъема падающих

частей, но и для дополнительного давления на поршень при па-

дении падающей части молота (бабы), что позволяет значительно

увеличить энергию удара молота. Паровоздушные молоты имеют

массу падающих частей от 1 000 до 8 000 кг.

Ковочные гидравлические прессы — машины статического дей-

ствия, на которых деформирование заготовки может продолжать-

ся от единиц до десятков секунд. На них обрабатывают крупные

заготовки, в основном слитки. Прессы развивают усилие от 5 до

100 МН.

Основной кузнечный инструмент, применяемый для свобод-

ной ковки, представляет собой бойки различной формы. Кроме

рабочего инструмента используют также мерительный (крон-

циркули, угольники) и вспомогательный (клещи, вилки, пат-

роны и др.) инструменты.

3.6. Объемная штамповка

3.6.1. Горячая объемная штамповка

Штамповкой называют процесс обработки металлов давлени-

ем в специальном инструменте — штампе. При штамповке заго-

товка приобретает заданные форму и размеры путем заполнения

металлом рабочей полости штампа. Она обеспечивает достаточно

высокую точность размеров и качество поверхности полученной

заготовки. Штамповку целесообразно применять при крупносе-

рийном и массовом производстве, когда могут быть оправданы

затраты на изготовление дорогостоящей штамповой оснастки.

Различают горячую и холодную объемные, листовую и специ-

альные виды штамповки.

При горячей объемной штамповке деформируется весь объем

металла заготовки и его истечение ограничивается полостью штам-

па. Штамп обычно состоит их двух разъемных частей, которые в

собранном виде создают одну или несколько внутренних полос-

тей, называемых ручьями.

Горячая объемная штамповка имеет ряд преимуществ по срав-

нению со свободной ковкой: достигается более высокая произво-

дительность труда, уменьшается количество отходов металла, обес-

печивается более высокая точность изделия при лучшем состоя-

нии его поверхности. Горячей объемной штамповкой можно по-

лучать заготовки сложной конфигурации без напусков, с неболь-

114

шими припусками, что снижает объем металла, идущего в струж-

ку, при последующей обработке резанием. Усилие деформирова-

ния металла при горячей штамповке выше, чем при ковке одно-

типных поковок. Поэтому горячей объемной штамповкой получа-

ют в основном небольшие изделия (поковки) массой 20...30 кг и

только в отдельных случаях массой до 300 кг. Заготовкой при горя-

чей объемной штамповке обычно служит прокат различных про-

филей из стали, цветных металлов и других материалов.

Горячей объемной штамповкой получают заготовки для дета-

лей различных узлов автомобилей, сельскохозяйственных машин,

станков, железнодорожного транспорта, самолетов и т.д.

Горячую объемную штамповку осуществляют двумя способа-

ми—в открытых и закрытых штампах (рис. 3.17).

При штамповке в открытых штампах (рис. 3.17, а) полость штам-

па 4 в процессе деформирования заготовки остается открытой и

штамповка сопровождается образованием облоя (заусенца) вок-

руг поковки. Облой — избыток металла, вытесненный в облойную

канавку, находящуюся по месту разъема верхней 2 и нижней 3

половин штампа и состоящую из узкого зазора — «мостика» 5 и

расширенной части — «магазина» 1.

При штамповке в открытом штампе облой выполняет двойную

технологическую функцию: во-первых, на определенном этапе он

блокирует течение металла из полости штампа, заставляя металл

плотно заполнять все элементы формы, обеспечивая хорошее

формообразование поковки штампованой; во-вторых, компенси-

рует погрешность отрезки исходной заготовки по массе, что по-

зволяет применять дешевые, высокопроизводительные способы

разделения заготовок.

При штамповке в закрытых, или безоблойных, штампах (рис.

3.17, б) металл деформируется в замкнутом пространстве. В отли-

чие от открытого штампа, имеющего поверхность разъема в виде

плоскости, закрытый штамп имеет разъем в виде сложной поверх-

ности с направляющими, обеспечивающими точное смыкание по-

ловин штампа в конце штамповки. При безоблойной штамповке

расход металла уменьшается на 20 % и исключаются затраты на

обрезку облоя (из-за его отсутствия). Однако закрытые штампы

для деталей сложной формы конструктивно трудновыполнимы,

дороги и быстро выходят из строя. Кроме того, практически труд-

но рассчитать массу исходной заготовки, объем которой должен

точно совпадать с объемом замкнутой полости штампа. При из-

бытке металла штамп полностью не закроется и поковка будет

иметь увеличенные припуски на механическую обработку, а при

недостатке металла поковка сформируется не полностью и может

быть забракована.

К штамповке в закрытых штампах можно отнести штамповку

выдавливанием (рис. 3.17, в), штамп в этих случаях выполняется по

типу закрытого, и отхода в облой не предусматривается.

В настоящее время наиболее распространенной остается штам-

повка в открытых штампах, несмотря на значительные потери

металла на облой.

Открытые и закрытые штампы могут быть одно- или многоручь-

евыми. Одноручьевые штампы применяют для получения поковок

простой формы. Поковки сложной формы изготовляют методом

многоручьевой штамповки. Заготовку вначале обрабатывают в под-

готовительных ручьях, а затем в чистовом ручье. Подготовитель-

ные и чистовые ручьи размещают в одном общем или в несколь-

ких отдельных штампах. При проектировании технологического

процесса штамповки выгоднее применять одноручьевые штампы

с использованием заготовок фасонной формы.

Технологический процесс горячей объемной штамповки вклю-

чает в себя резку проката на мерные заготовки, нагрев заготовок

в электрических или пламенных печах, осадку заготовки, штам-

повку заготовки с дальнейшей обрезкой облоя (заусенца) и про-

шивкой отверстия, термическую обработку полученных поковок

и их очистку от окалины. В соответствии с этими операциями в

цехах горячей штамповки имеются заготовительное, штамповоч-

ное, термическое и отделочное отделения.

При проектировании технологического процесса необходимо

учитывать ряд факторов: форму и размеры готового изделия, тре-

буемую точность его изготовления, пластические свойства метал-

ла, программу выпуска. С учетом этих факторов выбирают тип

машины для горячей штамповки. Далее по чертежу изделия вы-

полняют чертеж поковки с учетом припусков на механическую

обработку и допусков на штамповку. По чертежу поковки опреде-

116

ляют форму и размеры исходной заготовки. Затем проектируют

штамп с учетом расположения в нем заготовки и характера про-

межуточных переходов при штамповке.

Штамповку осуществляют на молотах, кривошипных, гидрав-

лических и фрикционных прессах, горизонтально-ковочных и

других машинах.

3.6.2. Штамповка на молотах

При штамповке на молотах применяют открытые и закрытые,

одноручьевые и многоручьевые штампы. Для повышения произ-

водительности молота при одноручьевой штамповке используют

штампы с двумя или тремя чистовыми ручьями. Наиболее про-

грессивным способом является одно- и двухручьевая штамповка

на молотах с предварительной подготовкой фасонных заготовок

путем их вальцовки или с использованием периодического про-

ката.

При штамповке в многоручьевом штампе в нем могут быть один

или несколько заготовительных ручьев. На рис. 3.18 изображен

многоручьевой штамп (рис. 3.18, а) для изготовления поковки

(рис. 3.18, в) и переходы штамповки (рис. 3.18, б) получаемой

детали. Нагретая заготовка подается сначала в протяжной ручей 1,

служащий для уменьшения площади поперечного сечения на оп-

ill

ределенном участке заготовки и увеличения ее длины. Протяну-

тую заготовку перекладывают в подкатной ручей 2, который слу-

жит для увеличения размеров сечения на определенных участках

и перераспределения объема металла вдоль оси заготовки. В этом

ручье после каждого удара заготовку кантуют на 90°. Затем заго-

товка поступает в гибочный ручей 3, где за один удар ей придают

форму, соответствующую форме поковки в плоскости разъема.

После гибки заготовку деформируют в предварительном {черно-

вом) ручье 4 для максимального приближения ее формы к фор-

ме поковки. В этом ручье отсутствует облойная канавка, но не-

большой облой может образоваться в полости разъема между по-

верхностями верхней и нижней половин штампов. Черновой ру-

чей, предварительно формируя поковку, уменьшает износ чисто-

вого ручья. Штамповку заканчивают в окончательном {чистовом)

ручье 5, в котором поковке придают окончательную форму и раз-

меры, а излишек металла выдавливается в облойную канавку, рас-

положенную по периметру полости штампа.

В рассмотренном примере все ручьи расположены в одном штам-

пе, но они могут быть размещены и в разных штампах, установ-

ленных на рядом стоящем оборудовании.

Штамповка в заготовительных и чистовых ручьях производится

за один (редко) или несколько ударов молота. При изготовлении

поковок применяют также пережимные и формовочные заготови-

тельные ручьи, площадки для осаживания и расплющивания. Если

поковка штампуется из прутка или одновременно штампуется

несколько поковок, то на штампе предусматривают отрубной ру-

чей или нож.

Для получения поковок в штампах обычно используют паро-

воздушные молоты с падающими частями массой 0,5...30 т. По

сравнению с молотами для свободной ковки они имеют увели-

ченную длину направляющих, в которых перемещается баба мо-

лота. Кроме того, у них больше масса шабота и более жесткая

станина. Эти отличия обеспечивают высокую точность штамповки.

3.6.3. Штамповка на кривошипных и горячештамповочных

прессах

В кузнечно-штамповочном производстве широко применяют

прогрессивные методы изготовления поковок на различном обо-

рудовании: кривошипных горячештамповочных прессах, гидрав-

лических, винтовых фрикционных прессах и прессах с дугоста-

торным приводом.

Кривошипные горячештамповочные прессы (КГШП) выполняют

штамповку усилием 5... 100 МН, совершая 35 —90 ходов в минуту.

Они успешно заменяют и во многих случаях по технологическим

возможностям превосходят паровоздушные штамповочные моло-

118

ты. Поковки с повышенной точностью размеров можно получать

на КГШП благодаря постоянству хода ползуна пресса. Штампов-

ка на КГШП ведет к повышению коэффициента использования

металла за счет имеющихся в штампах верхнего и нижнего вытал-

кивателей, позволяющих уменьшить штамповочные уклоны, на-

пуски и припуски. Кроме того, штамповка на КГШП в 1,5 —

2 раза производительнее штамповки на молотах за счет того, что

деформация заготовки на прессе в каждом ручье происходит за

один рабочий ход, в то время как на молоте — за несколько

ударов. КГШП не требуют громоздких фундаментов и в сочета-

нии с индукционным нагревом заготовки улучшают условия труда

в цехе.

При штамповке на прессе деформация металла существенно

отличается от деформации при штамповке на молоте. При ударах

молота деформируются в основном поверхностные слои поков-

ки, а при штамповке на прессе нагрузка на поковку возрастает

постепенно и деформация распространяется на весь объем метал-

ла. Это необходимо учитывать при конструировании штампов для

прессов.

При штамповке на прессах, как и на молотах, формирование

поковки происходит в предварительных ручьях за несколько пе-

реходов. Однако число ручьев должно быть минимальным. Поэто-

му для штамповки на прессах рекомендуется применять фасон-

ные заготовки, изготовленные из периодических профилей, по-

лученных продольной или поперечной прокаткой.

Перед штамповкой с поверхности нагретой заготовки необхо-

димо удалить окалину, иначе она может вдавиться в тело поковки

и в дальнейшем привести к нежелательным последствиям — сни-

жению механических свойств детали, ее внутренней коррозии и

др. Обычно окалину удаляют гидравлическим способом.

Для конструкции КГШП характерно то, что усилие, возника-

ющее при штамповке, воспринимается массивной станиной и

практически не передается на фундамент. На прессе можно штам-

повать поковки в открытых и закрытых штампах.

Кинематическая схема КГШП показана на рис. 3.19.

От электродвигателя / через клиноременную передачу 11 пере-

дается вращательное движение на маховик 10, установленный на

промежуточном валу 2. При помощи зубчатой передачи 3 враще-

ние передается на кривошипный вал 5. Ползун 8, скрепленный с

помощью шатуна 6 с кривошипным валом, получает возвратно-

поступательное движение. Верхняя (подвижная) часть штампа за-

креплена на ползуне 8, а нижняя (неподвижная) — на столе

пресса 7. Стол пресса имеет специальное клиновидное устройство

для регулирования расстояния между штампами в крайнем ниж-

нем положении ползуна. В ползуне и столе пресса расположены

выталкиватели, служащие для удаления поковки из штампа.

119

Включение и выключение кривошипно-шатунного механизма

осуществляется пневматической муфтой 4, а остановка — при

помощи ленточного тормоза 9. Управление прессом кнопочное и

педальное.

Горячую объемную штамповку или ее отдельные операции (гиб-

ку, протяжку, прошивку и др.) можно осуществлять также на

гидравлических и фрикционным прессах.

На гидравлических прессах штампуют крупногабаритные поков-

ки массой 100...350 кг и более, которые невозможно получить на

другом кузнечном оборудовании из-за недостаточной мощности.

На гидравлических прессах получают также поковки, для штам-

повки которых необходим большой рабочий ход (при глубокой

прошивке). Тихоходность гидравлических прессов создает тяже-

лые условия работы штампового инструмента из-за более продол-

жительного контакта с поковкой.

Штамповочные гидравлические прессы могут создавать усилие

до 750 МН. Принцип их действия не отличается от принципа дей-

ствия ковочных гидропрессов, но они имеют более жесткую кон-

струкцию, несколько большую скорость перемещения ползуна,

увеличенную площадь стола, снабжены выталкивателями, меха-

низмами для установки и смены штампов и др. Прессы применя-

ют для штамповки поковок из легких сплавов и стали в условиях

массового производства (например, колес подвижного железно-

дорожного состава).

При работе на винтовых фрикционных прессах деформация по-

ковки происходит в основном за счет энергии вращательного дви-

жения, накопленной маховиком при движении вниз всей систе-

мы: маховик — шпиндель — ползун. Фрикционные прессы приме-

няют для штамповки мелких поковок.

120

Штамповка на винтовых прессах с дугостаторным приводом ос-

нована на использовании вращающегося электромагнитного поля,

создаваемого не круговыми, как в обычных электродвигателях, а

дуговыми статорами, которые приводят во вращение короткозам-

кнутый ротор-маховик и связанный с ним винт. Последний пере-

мешает вверх или вниз ползун пресса. Преимущество конструк-

ций винтовых прессов состоит в том, что они допускают пере-

грузку. Скорость движения ползуна в этих прессах 0,5...0,9 м/с.

Вследствие этого производительность штамповки на них низкая.

Однако этот недостаток становится преимуществом при штам-

повке поковок из сплавов, чувствительных к высоким скоростям

деформации. Винтовые прессы с дугостаторным приводом вслед-

ствие высокой надежности и долговечности в работе постепенно

вытесняют винтовые фрикционные прессы.

3.6.4. Штамповка на горизонтально-ковочных

и специальных машинах

На горизонтально-ковочных машинах (ГКМ) выполняют штам-

повку поковок в разъемных матрицах практически без облоя и с

минимальными штамповочными уклонами. Поковки, как прави-

ло, имеют вид стержня с головкой или утолщением (болты, за-

клепки и др.). При штамповке прутка отпадает необходимость в

его предварительной разделке на мерные заготовки, так как штам-

пы ГКМ имеют отрезной ручей. Машина имеет жесткую конст-

рукцию, что увеличивает точность поковок.

Типичным для ГКМ является процесс многоручьевой штам-

повки прутковой заготовки в закрытом штампе, состоящем из

пуансона и разъемных матриц. В зависимости от сложности поко-

вок матрицы могут иметь до шести ручьев. Каждому ручью соот-

ветствует свой пуансон.

На рис. 3.20 представлена схема штамповки поковки на ГКМ.

Штампы для ГКМ состоят из неподвижной 3 и подвижной 5 по-