Метод аналитического исследования.
Штамповка на молотах в открытых штампах.
Технологический процесс штамповки на молотах осуществляется в следующей последовательности:
- подготовка заготовки (перераспределение металла вдоль оси штамповки для вытянутых в плане заготовок или осадка для облегчения центрирования её в ручье штампуемого ручья и для сбивки окалины);
- штамповка поковки.
Согласно перечисленным мероприятиям в ходе реализации технологического процесса все ручьи молотовых штампов подразделяют на две большие группы:
- заготовительные ручьи (где происходит подготовка заготовок);
- штамповочные ручьи.
Разработка конструкции инструмента идет в обратном порядке – сначала проектируется штамповочный ручей, а затем – заготовительные. При штамповке мелких вытянутых в плане поковок, кроме этого, могут быть использованы разделительные ручьи, передний и задний ножи.
Разработка технологического процесса заключается в:
- составлении чертежа поковки;
- выборе ручьев;
- определении размеров заготовки;
- выборе оборудования для осуществления штамповки заготовки.
Составление чертежа поковки было упомянуто выше. При выборе поверхности разъема нужно учесть одну особенность штамповки на молотах – при многоударной штамповке лучше заполняется верхняя полость штампа, так как остывание заготовки будет больше со стороны нижней части из-за непрерывного контакта металла со штампом. Поэтому труднозаполняемые полости при штамповке на молотах располагают в верхней половине штампа.
Выбор молота для штамповки.
Штамповка на молотах происходит за несколько ударов. Если энергия удара молота оказывается недостаточной, то увеличивают число ударов, но поковку получают на данном молоте. При увеличении энергии удара молота число ударов резко сокращается. Таким образом, в смысле получения поковки, правильность выбора необходимого по энергии удара молота не имеет существенного значения. Однако с точки зрения производительности труда, точности штамповки и стойкости штампов, расхода металла и энергии предъявляются требования для выбора массы падающих частей.
В настоящее время используют эмпирические формулы (Г. Гофмейстера), а также теоретически обоснованный расчет необходимой для штамповки массы падающих частей молота.
Формулы Г. Гофмейстера. На основании многочисленных опытов по штамповке на молотах простого действия Г. Гофмейстер пришел к заключению, что работа молота, затрачиваемая на штамповку в чистовом ручье штампа примерно пропорциональна полной поверхности штампуемой поковки, т.е.
,
где 
- масса падающих частей молота простого действия, кг;
- высота падения бабы;
- число ударов в чистовом ручье;
- полная поверхность поковки, м2;
- работа, затрачиваемая на 1 м2 полной поверхности поковки, кг х м.
Величина была определена опытным путем для поковок с 
=500-550 Мн/м2. Она оказалась равна 2,25. Для приблизительных расчетов Гофмейстер принял 
м и получил следующую формулу:
.
Вывод этой формулы основывался на предположении, что в среднем все поковки в чистовом ручье требуют одинаковой работы на деформирование единицы площади поверхности поковки. Здесь не учтена степень подготовки заготовки перед штамповкой в чистовом ручье. Принятое число ударов в чистовом ручье 
является усредненным. В действительности число ударов колеблется от 2 до 12 (и даже больше).
Формула не учитывает размеры мостика заусенечной канавки (ее толщину), прочность материала и температуру окончания штамповки.
Позже формула Гофмейстера была изменена в результате следующих допущений и уточнений:
- поверхность поковки была заменена площадью проекции поковки в плане 
(оказалось, что в среднем для различных поковок 
);
- для молотов простого действия было принято 
.
В результате формула получила свой распространенный вид:
.
Учитывая, что 
эквивалентен 
была получена формула для молотов двойного действия:
.
Последние формулы являются еще менее точными, так как к отмеченным недостаткам исходной формы поковки прибавляется отсутствие учета сложности формы поковки, вследствие замены значением 
.
Следует отметить, что формулы очень просты и удобны. Можно рекомендовать пользоваться ими для ориентировочных расчетов.
Теоретический расчет массы падающих частей штамповочного молота. Как уже было упомянуто выше, штамповка на молотах происходит за несколько ударов. За каждый последующий удар поковка осаживается на меньшую высоту и, соответственно, развивается большие силы деформирования. Чем больше силы деформирования развиваются и чем меньшая величина осадки достигается за каждый удар, тем меньше оказывается коэффициент полезного действия (к.п.д.) удара, тем больше потерь на сотрясение шабота и фундамента, упругую деформацию штампа и т.п. В течение последнего удара молота развиваются наибольшие силы деформирования и достигается наименьшая величина осадки за весь процесс штамповки. Последний удар оказывается самым неэкономичным, учитывая это обстоятельство, можно выдвинуть предположение, что за последний удар должна быть совершена какая-то «экономичная» осадка, т.е. предполагается, что к.п.д. удара не был бы меньше какой-то определенной величины. Для получения экономичной осадки за последний удар молота требуется определенная работа деформирования и соответствующая энергия падающих частей молота. Эта энергия будет достаточна для получения экономичной осадки за последующие удары. Учитывая вышесказанное, расчет необходимой для штамповки массы падающих частей молота можно вести, исходя из последнего удара при штамповке.
Полезная работа, затрачиваемая при последнем ударе, может быть определена по формуле:
, (1)
где 
- необходимая сила деформирования в течение последнего удара молота;
- начальная высота заусенца;
- конечная высота заусенца;
- текущая высота заусенца.
Величина изменяется в течение последнего удара при штамповке в соответствии с изменением , увеличиваясь к концу процесса аналогично изменению на прессах. Влияние скоростного коэффициента на изменение величины в течение удара оказывает воздействие в связи со временем удара и, как показывают экспериментальные данные по осадке, может быть усреднено. Максимум силы возникает в конце удара, перед упругой разгрузкой, а вся кривая силы монотонно изменяется от минимума до максимума. Рис.1.
Рис.1. График изменения силы по ходу при открытой молотовой штамповке.
Сила вычисляется с учетом скоростного коэффициента. Пределы интегрирования в формуле (1) можно определить, зная осадку за последний удар 
(мм), причем:
. Высота мостика заусенечной канавки 
известна, а величиной необходимо задаться, или определить ее по формуле А.В. Ребельского:
, (2)
где 
- диаметр поковки для круглых в плане поковок или приведенный диаметр поковки для удлиненных в плане поковок 
( - площадь проекции поковки в плане).
Практическая величина 
относительно меньше для крупных поковок. Она близка к величине доштамповки поковки, когда полость ручья заполнена полностью.
При этих условиях сила при последнем ударе можно определить по методике, учитывающей форму очага пластической деформации, заменив в ней на . После интегрирования формулы (1), с учетом формулы (2) и равенства
,
где 
- номинальная масса падающих частей паровоздушного штамповочного молота двойного действия, кг;
- энергия одного удара молота, Дж,
Выполнив преобразования, получаем формулу для определения номинальной массы падающих частей паровоздушного штамповочного молота двойного действия для круглых в плане поковок:
,(3)
где 
- сопротивление деформированию материала поковки при данной температуре;
- ширина мостика заусенечной канавки.
Учитывая указания А.В. Ребельского, легко получить формулу для некруглых в плане поковок:
(4)
где 
- приведенный диаметр поковки ();
- длина поковки в плане;
- средняя ширина поковки в плане (
).
Массу падающих частей молотов простого действия можно определить по формулам (3) или (4) с учетом переводного коэффициента, т.е. умножив полученный результат на 1,7.
Указанные формулы пригодны для расчетов при крупносерийном и массовом производстве поковок. При мелкосерийном производстве возможно применение молотов с меньшей массой падающих частей при условии увеличения количества ударов при штамповке.
Формулы (3) и (4) пригодны лишь в тех случаях, когда минимальная толщина поковки больше (
. В других случаях необходимо учитывать повышенную неравномерность распределения деформации и температуры, увеличивая значение массы в 1,2 – 1,3 раза.
Полученные формулы показывают зависимость необходимой массы падающих частей молота от основных факторов:
¨ толщины и ширины заусенца;
¨ диаметра и площади поковки;
¨ величины осадки;
¨ величины , зависящей в свою очередь от температуры окончания штамповки.