Профессиональное обучение
(сборник учебников по профессиям)

Горячая объемная штамповка

       

Инструмент и оборудование для горячей объемной штамповки

Инструмент. Основным рабочим инструментом для горячей объемной штамповки являются специальные штампы, предназначенные для изготовления только заданной детали. В некоторых случаях применяют штампы, конструкция которых позволяет осуществлять их переналадку (путем замены отдельных частей и блоков) для выполнения одноименных операций при изготовлении различных деталей. Конструкция штампа должна обеспечивать необходимое формоизменение заготовки, а также прочное закрепление штампа на оборудовании, сохранение точности его установки и удобство транспортирования.

Штампы для горячей объемной штамповки испытывают большие механические и термические нагрузки, поэтому для их изготовления используют высококачественную легированную сталь. В целях экономии дорогостоящей легированной инструментальной стали штампы часто изготовляют не цельными, а со вставками из менее дефицитных металлов. В процессе штамповки штампы обдувают сжатым воздухом для охлаждения и сдува окалины, а также наносят на них смазывающе-охлаждающие жидкости (СОЖ) разных составов. Смазка уменьшает износ штампов, облегчает их заполнение металлом. Изношенные ручьи можно возобновлять неоднократно путем наплавки с последующей обработкой. Стойкость штампов определяется количеством полученных в них поковок. Это количество до первого возобновления ручьев может достигать, например, при штамповке поворотных кулаков 5000 шт., шестерен — 15 000 шт.

Стойкость штампов обеспечивается правильным выбором марки штамповой стали в зависимости от штампуемых поковок, соблюдением технологии изготовления и правил эксплуатации штампов. В последнее время для повышения стойкости штампов применяют наплавку твердыми сплавами их быстроизнашивающихся частей, химико-термическую обработку и лазерное упрочнение.

Условия работы штампов, их стойкость и конструктивные особенности зависят от оборудования, на котором производится штамповка. По видам кузнечных машин штампы подразделяют на молотовые, прессовые, штампы горизонтально-ковочных машин и др.

Конструкция молотового штампа показана на рис. 11.8. Точную установку штампа на молоте осуществляют по обработанным граням 4 и 5, относительно которых изготовлена гравюра рабочей полости штампа. Крепление последнего и его фиксирование выполняют с помощью шпонки, вставляемой в паз 7, и клина, забиваемого между хвостовиком 2 штампа и соответствующей присоединительной поверхностью молота. Отверстие 3 является транспортным.

Рис. 11.8. Молотовый штамп:
1 - паз, 2 - хвостовик, 3 - транспортное отверстие, 4, 5 - обработанные грани

Прессовые штампы, использующиеся на кривошипных и гидравлических прессах, имеют более сложную конструкцию. Штамп, показанный на рис. 11.9, состоит из двух пакетов. В верхнем пакете 2 с помощью болтов 3 закрепляют ручьевые вставки: 7 — гибочный ручей, 5 — черновой ручей, 6 — чистовой ручей. Нижний пакет 9 имеет направляющие колонки 8, а верхний — втулки 4. Нижний и верхний пакеты через отверстия 1 крепятся соответственно на столе и на ползуне кривошипного пресса. Наличие направляющих колонок, во-первых, увеличивает точность совпадения верхнего и нижнего ручьев при смыкании половин штампа, во-вторых, дает возможность собирать и налаживать штампы вне оборудования, что уменьшает его простои.

Рис. 11.9. Сборный штамп кривошипного пресса:
1 - крепежные отверстия, 2, 9 - верхний и нижний пакеты, 3 - болты, 4 -втулки, 5, 6, 7 - ручьевые вставки, 8 - направляющие колонки

Штампы ГКМ (рис. 11.10) в отличие от рассмотренных ранее имеют две плоскости разъема: первую вертикальную, перпендикулярную осям пуансонов 2, и вторую вертикальную, проходящую через их оси и являющуюся плоскостью разъема между неподвижной 3 и подвижной 4 матрицами. При смыкании матриц их ручьи 5 и 6 образуют рабочие полости, в которых под действием пуансонов 2 заготовка приобретает требуемую форму. Пуансоны крепятся в блоке 1 центрального ползуна, неподвижная матрица — в станине ГКМ, а подвижная — в его боковом ползуне.

Рис. 11.10. Трехручьевой штамп ГКМ:
1 - блок центрального ползуна, 2 - пуансоны, 3, 4 - неподвижная и подвижная матрицы, 5,6 - ручьи

Оборудование. Для горячей объемной штамповки применяют штамповочные молоты, прессы, горизонтальноковочные и другие машины.

Из штамповочных молотов наиболее широко используют паровоздушные штамповочные молоты двойного действия с массой ударных частей 0,63 ... 25 т (рис. 11.11). Принципы действия паровоздушных штамповочных и ковочных молотов идентичны, отдельные узлы и детали сходны между собой.

Рис. 11.11. Паровоздушный штамповочный молот двойного действия:
1 - предохранительный амортизатор, 2 - рабочий цилиндр, 3 - парораспределительное устройство, 4 - шток, 5 - саблевидный рычаг, 6 - баба, 1,9- верхний и нижний штампы, 8 - тяги системы управления, 10 - подштамповая подушка, 11 - педаль, 12 - шабот, 13 - стойки

Паровоздушные молоты просты по конструкции, удобны в эксплуатации, надежны и широко используются для многоручьевой и одноручьевой открытой штамповки (реже — для закрытой штамповки).

Особенностями конструкции штамповочного молота являются еле дующие: более жесткая конструкция станины (ее стойки 13 жестко крепятся непосредственно на шаботе 12, что обеспечивает более точное совпадение верхнего и нижнего штампов); масса шабота в 20 ... 25 раз превышает массу ударных частей. Указанные особенности конструкции штамповочного молота повышают точность получаемых на нем поковок.

Из штамповочных прессов для объемной штамповки применяют кривошипные горячештамповочные прессы (КГШП), а также гидравлические .

Кривошипные горячештамповочные прессы выпускают усилием до 125 МН. Кинематическая схема КГШП дана на рис. 11.12. Нижний штамп 14 крепится на клиновидной плите 15, верхний штамп 13 — к ползуну 12 пресса. Клиновидная плита 15 служит для регулирования положения нижнего штампа по вертикали. Ползун 12 пресса приводится в движение через шатун 11 от кривошипного вала 10. Последний вращается электродвигателем 4 через клиноременную передачу 3, шкив 2, промежуточный вал 6 и шестерни 7 и 8. Шестерня-маховик 8 может свободно вращаться на валу 10.

Рис. 11.12. Кинематическая схема кривошипного горячештамповочного пресса:
1 - тормоз, 2 - шкив, 3 - клиноременная передача, 4 - электродвигатель, 5 - станина, 6, 10 - промежуточный и кривошипный валы, 7,8 - шестерни, 9 - пневматическая муфта, 11 - шатун, 12 - ползун, 13, 14 - верхний и нижний штампы, 15 - плита

В момент включения пресса на рабочий ход пневматическая муфта 9 соединяет шестерню-маховик 8 с валом 10. Вал совершает один оборот, муфта выключается, а тормоз 1 останавливает вал в верхней мертвой точке. За один оборот вала ползун совершает один рабочий ход, опускаясь и поднимаясь по направляющим в станине 5. В столе и ползуне пресса имеются выталкиватели для удаления поковок из штампов. Они позволяют уменьшить штамповочные уклоны на поковках, а также широко применять штамповку выдавливанием и штамповку в закрытых штампах.

Для изготовления крупных деталей сложной формы служат штамповочные гидравлические прессы усилием до 750 МН. Принцип их действия не отличается от принципа действия ковочных гидравлических прессов, но штамповочные гидравлические прессы имеют более жесткую конструкцию, снабжены выталкивателями, механизмами для установки и смены штампов и др.

На горизонтально-ковочных машинах производят штамповку в разъемных матрицах поковок без облоя и штамповочных уклонов. При штамповке от прутка отпадает необходимость в предварительной разделке последнего на мерные заготовки, так как штампы ГКМ имеют отрезной ручей. Машина имеет жесткую конструкцию, что увеличивает точность поковок.

Привод ГКМ осуществляется от электродвигателя 8 (рис. 11.13). Через клиноременную передачу 9 разгоняется маховик с фрикционной муфтой 10. При включении муфты движение через шестерни 7 передается коленчатому валу 4, который через шатун 5 обеспечивает возврат-но-поступательное движение главного ползуна 11 с пуансоном 12.

Рис. 11.13. Кинематическая схема горизонтально-ковочной машины:
1 - рычаги, 2, 11, 17 - боковой, главный и зажимный ползуны, 3 - кулачок, 4 - коленчатый вал, 5 - шатун, 6 - тормоз, 7 - шестерни, 8 - электродвигатель, 9 - клиноременная передача, 10 - муфта, 12 - пуансон, 13 - упор, 14, 16 - неподвижная и подвижная матрицы, 15 - заготовка

В момент отключения муфты 10 включается тормоз 6, останавливающий коленчатый вал в нужном положении. Немногим раньше главного ползуна срабатывает механизм сжатия заготовки. Осуществляется это следующим образом. Боковой ползун 2 приводится в возвратно-поступательное движение кулачком 3, закрепленным на валу 4. При перемещении ползуна 2 система ломающихся рычагов 1 приводит в движение зажимный ползун 17 с подвижной матрицей 16, которая прижимает заготовку 15 к неподвижной матрице 14 на период высадки пуансоном 12. Исходная заготовка продвигается перед штамповкой до убирающегося упора 13, чем обеспечивается точное дозирование металла на одну поковку.

ГКМ выпускают усилием до 31,5 МН; на них можно штамповать поковки из круглых прутков Ø 20 .. . 270 мм.

Кроме рассмотренных универсальных кузнечно-штамповочных машин применяют специальные машины узкого технологического назначения — ковочные вальцы, горячештамповочные автоматы, электро-высадочные машины и др.

В ковочных вальцах деформирование заготовки 1 (рис. 11.14, а) осуществляется во вращающихся секторных штампах 4 и 6, закрепленных на валках 3 и 7. В момент расхождения секторных штампов заготовку 1 подают до упора 2 клещами 5. При вращении валков заготовка обжимается в соответствии с профилем штампов и выдается из вальцов в сторону вальцовщика. Вальцовка по такой схеме называется формовочной и служит для предварительного профилирования заготовок удлиненной формы — шатунов, рычагов, гаечных ключей и др. (рис. 11.14, б) перед последующей штамповкой на другом оборудовании. Достигаемое при этом перераспределение металла по длине заготовки с учетом формы и сечений поковки позволяет существенно снизить отходы металла и повысить производительность труда при штамповке. Профилирование заготовок на вальцах и их штамповку производят с одного нагрева.

Рис. 11.14. Схема вальцовки (а) и примеры получаемых заготовок (б) и поковок (в):
1 - заготовка, 2 - упор, 3, 7 - валки, 4, 6 - секторные штампы, 5 - клещи

Кроме того, вальцовку применяют для изготовления поковок простой формы (рис. 11.14, в); такую вальцовку называют штамповочной. В этом случае ручьи располагают по всей окружности валков и заготовка движется от вальцовщика. За один оборот валков можно получить цепочку из четырех-пяти поковок и более. Производительность штамповочной вальцовки достигает нескольких тысяч поковок в смену.

Горячештамповочные автоматы по принципу действия сходны с ГКМ; они отличаются высокой производительностью и точностью размеров поковок при малых отходах металла.

Особенностью электровы садочных машин является наличие высадочного механизма, совмещенного с нагревательным устройством в зоне деформации.

Контрольные вопросы

  1. Каковы преимущества и недостатки горячей объемной штамповки?
  2. Перечислите основные способы горячей объемной штамповки.
  3. Какова роль облоя при открытой объемной штамповке?
  4. В чем заключается недостаток закрытой объемной штамповки?
  5. Какова сущность многоручьевой штамповки?
  6. Перечислите отделочные операции после объемной штамповки.
  7. От чего зависит стойкость штампов и как ее можно увеличить?
  8. Назовите основное оборудование, применяемое для объемной штамповки.
  9. Каковы достоинства КГШП и ГКМ но сравнению с молотами?

Рейтинг@Mail.ru
Рейтинг@Mail.ru