Начальный, промежуточный и конечный моменты штамповки в открытом штампе приведены на рис. 3.11.
Рис. 13.11. Открытая штамповка:
а, б, в – начальный, промежуточный и конечный моменты штамповки;
1 – нижняя часть штампа; 2 – верхняя часть штампа; 3 – заготовка; 4 – канавка для облоя; 5 – магазин; 6 – промежуточная поковка; 7 – поковка; 8 – облой.
Объем заготовки 3 несколько больше объема полости штампа. При сближении частей штампа 1 и 2, течение металла заготовки 3 происходит в направлении наименьшего сопротивления. В некоторый момент металл, растекаясь в направлении, перпендикулярном движению частей штампа, выдавливается в облойную канавку 4, образуя промежуточную поковку 6, облой 8. Канавка для облоя (размеры: ширина и толщина) проектируется и изготавливается таким образом, чтобы сопротивление металла выдавливанию облоя было несколько больше, чем сопротивление металла по заполнению любой наиболее сложной части штампа. Поэтому только при заполнении всей полости штампа (рис. 13.11, в) излишек металла выдавится в облой. В открытом штампе кроме канавки (щели) размещается магазин 5, в который выдавливается излишек металла. Поэтому к точности объема заготовки не предъявляется жестких требований.
Открытая штамповка позволяет получать сложную по форме штамповку.
После штамповки облой обрезается в обрезных штампах, как правило, на кривошипных прессах. Облой после обрезки направляется в переплавку. Средний отход металла на облой составляет 15…20%. специализированных кривошипных прессах, при КИМ (коэффициент использования металла, равный отношению массы поковки к массе исходного материала) 80…85% (рис. 13.12). Низкий КИМ при открытой штамповке значительно ухудшает технико-экономические показатели кузнечного производства. Повышение КИМ может быть достигнуто применением малоотходной штамповки. При малоотходной штамповке взамен канавки для облоя для выдавливания излишков металла предусматривается специальная полость, называемая компенсатором. Действие компенсатора, аналогично канавке для облоя, основано на законе наименьшего сопротивления, т.е. последовательном заполнении элементов полости штампа различной сложности. В отличие от канавки для облоя, располагаемой по всему периметру поковки, геометрическая форма, размеры и место компенсатора рассчитываются согласно заданной конфигурации поковки. При малоотходной штамповке КИМ увеличивается до 60…80% и более.
Штамповка в закрытых штампах (рис. 3.13) не предусматривает образование облоя. Практически весь объем заготовки идет на образование поковки. При закрытой штамповке во избежание перегрузки штампа и оборудования (что особенно опасно для машин кривошипного действия) предъявляются жесткие требования к точности равенства объема заготовки и объема полости штампа, на которую влияет множество факторов.
Рис. 3.13. Закрытая штамповка: 1 - поковка; 2 – выталкиватели.
Для повышения точности объема заготовки применяют точную отрезку заготовок в штампе со специальными дозирующими устройствами, что удорожает подготовку производства. Основное ограничение применения закрытой штамповки - значительное увеличение сопротивления деформации при перераспределении металла по объему полости.
При производстве поковок сложной формы необходимое усилие возрастает в 1,5 раза и более, стойкость инструмента резко снижается и расходы на инструмент превышают экономию от повышения коэффициента использования металла. Закрытую безотходную штамповку в настоящее время практически целесообразно применять только при производстве поковок простой осесимметричной формы (но не шаров).
Фасонированием заготовок непосредственно из заготовок постоянного сечения (отрезанных от сортового проката (прессованных прутков)) можно изготовить поковки только простой формы. В этом случае штамповка производится в одноручьевом штампе. Если поковка имеет сложную форму, то из обычной заготовки в одноручьевом штампе ее отштамповать практически невозможно. В большинстве случаев требуются заготовительные операции, в результате которых получается фасонная заготовка, близкая по форме и размерам к готовой поковке. Из фасонной заготовки в штамповочных ручьях получают окончательную форму поковки. Фасонную заготовку получают ковкой, периодической прокаткой, вальцовкой на ковочных вальцах, предварительной штамповкой на прессах, ГКМ и др. кузнечном оборудовании, а также многоручьевой штамповкой. Ковкой получают фасонные заготовки для штамповки крупных деталей. В этом случае сочетаются преимущества ковки (сокращаются расходы на инструмент) и объемной штамповки (уменьшаются припуски и напуски, повышается производительность). Периодический прокат с металлургических заводов получают при массовом производстве поковок штамповкой. Прокатка более производительна и в целом более экономична. Учитывая преимущества периодического проката, при крупносерийном и серийном производстве, например, в автомобилестроении, станы периодической прокатки устанавливаются непосредственно на машиностроительном заводе.
Заготовка переменного по длине сечения может быть получена также на ковочных вальцах (рис. 3.14).
Рис. 3.14. Получение поковки на ковочных вальцах: 1 – упор; 2 – секторные штампы.
Валки вальцов, на которых укреплены секторные штампы 2 с ручьями, вращаются в разные стороны. Заготовка подается в вальцах до упора 1, когда штампы поворачиваются в нерабочее положение. При обжатии поковка движется в сторону, обратную подаче положения. Деформация может, производится в нескольких ручьях, за несколько проходов.
Ковочные вальцы обычно агрегатируют с КГШП, ГКМ и другими кузнечными машинами.
При многоручьевой штамповке все необходимые для последовательного формоизменения заготовки ручьи изготавливают в одном штамповом блоке, образующем многоручьевой штамп. Многоручьевая штамповка на КГШП применяется при серийном и крупносерийном производстве (автотракторостроение, сельхозмашиностроение и др.). Ручьи при многоручьевой штамповке делятся на штамповочные и заготовительные. В заготовительных ручьях получают фасонную заготовку, из которой в штамповочных ручьях получают окончательную форму поковки. Многоручьевую штамповку применяют для поковок небольших по массе и длине.
КГШП относится к большому классу штамповочных машин, у которых рабочим органом является ползун, который приводится в возвратно-поступательное движение при помощи кривошипно-ползунного механизма (рис. 13.15).
Электродвигатель 2 передает движение клиновыми ремнями 13 на маховик 1, сидящий на приемном (промежуточном) валу 3. На другом конце закреплено малое зубчатое колесо 4, которое находится в зацеплении с большим зубчатым колесом 5, свободно вращающемся на кривошипном валу 7. С помощью пневматической фрикционной дисковой муфты 6 зубчатое колесо может быть сцеплено с кривошипным валом. Тогда вал приводится во вращение. Посредством шатуна 8 вращение кривошипного вала преобразуется в возвратно-поступательное движение ползуна 11. Для остановки вращения вала после выключения муфты служит тормоз 12. Высота положения стола 10 пресса может изменяться с помощью клина 9. Для облегчения удаления поковки из штампа на прессы устанавливают выталкиватели, расположенные в столе и ползуне. Выталкиватели срабатывают при ходе ползуна вверх.
Основные особенности штамповки на КГШП заключаются в следующем:
на КГШП можно штамповать как в одноручьевых, так и в многоручьевых штампах, при этом обжатие в каждом ручье осуществляется за один ход ползуна, т.к. КГШП имеет фиксированную нижнюю точку хода ползуна.
При штамповке на КГШП применяют сборные штампы, состоящие из пакета с направляющими колонками и сменных ручьевых вставок, что позволяет экономить штамповую сталь, снижать трудоемкость изготовления и время на ремонт Поковки с удлиненной осью и значительными перепадами сечений можно изготавливать на КГШП, используя фасонные заготовки, полученные на ковочных вальцах, а также периодический прокат. Сквозные отверстия в поковках получают на отдельной позиции в штампе КГШП, либо на обрезном кривошипном прессе. Облой при открытой штамповке удаляют аналогично.
Рис. 3.15. Кривошипный горячештамповочный пресс (КГШП):
1 – маховик; 2 – электродвигатель; 3 – приемный (промежуточный) вал; 4 – малое зубчатое колесо; 5 – большое зубчатое колесо; 6 – пневматическая фрикционная дисковая муфта; 7 – вал; 8 – шатун; 9 – клин; 10 – стол пресса; 11 – ползун; 12 – тормоз; 13 – клиновые ремни.
На КГШП применяют прямое (рис. 3.16, а), обратное (рис. 3.16, б) и другие виды выдавливания. Использование выдавливания при горячей объемной штамповке дает возможность получить поковки с длинными стержнями простого, сложного и переменного сечения, глубокие стаканы и др. При штамповке выдавливанием за счет больших деформаций повышается производительность, улучшаются механические свойства, и повышается КИМ (штамповочные уклоны и облой в ряде случаев могут отсутствовать). На КГШП возможна широкая механизация и полная автоматизация процесса, включая подачу заготовок в штамп и передачу из ручья в ручей, практически полная безопасность в работе.
Рис. 13.16. Схемы выдавливания:
а – прямое;
б – обратное.
Типовые поковки, штампуемые на КГШП приведены на рис. 3.17.
Рис. 3.17. Классификация поковок, штампуемых на КГШП.
Первая группа - осесимметричные поковки, изготовляемые осадкой в торец или осадкой с одновременным выдавливанием.
Вторая группа - поковки удлиненной формы с небольшой разницей поперечных сечений.
Третья группа - поковки удлиненной формы со значительной разницей сечений с предварительным фасонированием заготовки.