§ 91. ИНСТРУМЕНТЫ И ПРИСПОСОБЛЕНИЯ ДЛЯ ГОРЯЧЕЙ ШТАМПОВКИ ПОД МОЛОТАМИ
Инструменты и приспособления, применяемые при горячей штамповке и при свободной ковке, разделяются на основные и вспомогательные. К основным инструментам относятся штампы, которые, в свою очередь, разделяются на ковочные и обрезные. В ковочных штампах изготовляются изделия, а в обрезных обрезаются заусенцы (т. е. облой) после штамповки.
К вспомогательным инструментам и приспособлениям при штамповке относятся:
1) транспортные приспособления и устройства; их назначение — загрузка металла в печь, подача металла от печи к молоту, передача заготовки от одного молота (пресса) к другому и т. п.;
2) инструменты и приспособления, с помощью которых заготовка подаётся под штамповку и перекладывается во время штамповки из одного ручья штампа в другой, а также удаляется из штампов после изготовления поковки;
3) измерительный инструмент и шаблоны, с помощью которых производится периодический контроль (измерение) отштампованных поковок.
Штампы. Штампами, как уже было сказано, называются бойки, в которых вырезана форма той детали, которую в них изготовляют.
Рассмотрим на примере, как устроены штампы. Требуется отштамповать шестерню со втулкой (фиг. 265). Для этого сначала нужно изготовить штамп. Форма готовой шестерни после штамповки будет такой, какая дана на фиг. 265, б. Это изменение формы поковки объясняется, во-первых, тем, что стенки штампа никогда не делаются вертикальными, так как иначе деталь при штамповке будет застревать в штампе и её будет трудно извлечь. Поэтому в штампе имеется штамповочный уклон, который делается для наружных поверхностей до 7°, а для внутренних — до 10°. Изменение формы поковки происходит, во-вторых, потому, что все острые углы в штампе закругляются: радиус закругления колеблется от 2 до 25 мм в зависимости от глубины выреза в штампе и величины штампуемой поковки.
После исправления чертежа детали решается вопрос, какую часть детали расположить в верхнем штампе и какую — в нижнем, т. е. нужно определить линию (плоскость) разъёма штампа. Выбор линий разъёма определяется главным образом конфигурацией детали, а также способностью металла заполнять вырезанные в штампе полости (ручьи). При штамповке деталей под молотом металл течёт в нижний штамп хуже, чем в верхний, а при штамповке под прессом оба штампа заполняются металлом одинаково. Поэтому более высокие части детали (рёбра) при штамповке под молотом располагаются в верхнем штампе.
Штамп для штамповки шестерни имеет вид, изображённый на фиг. 266. Вокруг ручья вырезана специальная канавка 3, куда вытесняется избыток металла, называемый заусенцем (облоем). При такой конструкции штампа заусенец всегда получается при штамповке изделий независимо от формы изготовляемого изделия и желания кузнеца. Поэтому при подсчёте размеров заготовки для штамповки всегда к объёму поковки добавляют некоторый объём на образование заусенца. В зависимости от формы, размера и веса штампуемой детали вес металла, необходимый для заусенца, составляет от 10 до 50% и выше от веса штампуемого изделия.
Заусенец, выходящий из ручья тонким слоем, остывает быстрее, чем основная масса нагретой штампуемой заготовки. Остывая, он становится прочнее, текучесть его становится хуже, течение металла из ручья в канавку начинает задерживаться, и металл лучше заполняет полость штампа.
При штамповке в глубоких штампах между полостью заготовки и дном штампа остаётся прослойка воздуха, который при нагревании расширяется, а при ударе действует как буфер и выбрасывает поковку из штампа. Для того чтобы заготовка не выбрасывалась из штампа, в штампе устраивают отдушины 4 (см. фиг. 266) для выхода воздуха из него.
Штамповка в открытых штампах более распространена, чем штамповка в закрытых штампах. В закрытых штампах производится штамповка деталей весом до 100 кг (фиг. 268). В открытых штампах штампуются детали весом до 1 т. Штамповка в открытых штампах производится на молотах и прессах, а в закрытых штампах — на прессах и горизонтально-ковочных машинах.
Иначе производится штамповка деталей, имеющих более сложную форму, например рычага (фиг. 267, а). Если такую заготовку положить сразу в ручей штампа, то металл потечёт в стороны наименьшего сопротивления, заполнит центральную часть штампа, даст очень большой заусенец, а углы штампа не будут заполнены металлом. Поэтому сначала из исходной болванки куют заготовку (фиг. 267, в), т. е. придают заготовке грубую форму рычага, а затем в штампе (фиг. 267, г) штампуют заготовку в форму изделия.
В изделиях штампуются в одноручьевых штампах, в которых вырезана одна форма (ручей). Существуют многоручьевые штампы, т. е. такие, в полостях которых вырезано несколько форм (ручьёв). В многоручьевых штампах делается два вида ручьёв: 1) заготовительные, предназначенные для подготовки изделия к окончательной штамповке; 2) штамповочные, в которых производится окончательная штамповка. Заготовительные ручьи подразделяются на пережимные, гибочные, протяжные и подкатные. Пережимной ручей применяется в тех случаях, когда требуется пережать заготовку в тех местах, где сечение изделия должно быть меньше сечения заготовки. Гибочный ручей применяется при штамповке изогнутых изделий. Протяжной ручей применяется в случае, когда требуется протянуть часть заготовки. Подкатной ручей служит для штамповки изделий, имеющих выступы (фиг. 269).
Штамповочные ручьи разделяются на черновые и чистовые. Чистовой ручей применяется только для штамповки несложных деталей, не имеющих больших выступов, рёбер и острых углов. Черновой штамповочный ручей применяется для образования грубых (неокончательных) форм поковок, причём в этом ручье получается заусенец. Применять штампы с одним чистовым ручьём не рекомендуется, так как они быстро срабатываются. Во всех случаях лучше перед чистовым (окончательным) ручьём поковку проштамповать в черновом (предварительном) ручье.
Штампы имеют для закрепления хвостовик (ласточкин хвост) и пазы для шпонок (фиг. 270). Хвостовик штампа 1 вставляют в пазы бабы (верхняя половина) и штамподержателя 2 (нижняя половина) и закрепляют клиньями 3. Клин 3 должен быть изготовлен так, чтобы он прилегал к хвостовику всей плоскостью (фиг. 270, б). Чтобы предотвратить перемещение штампа в продольном направлении, применяются шпонки, или сухари (фиг. 271).
Уход за штампами. Штампы очень дороги: один штамп может стоить до 15000 руб., а иногда и дороже. Поэтому правильный уход за штампом — одно из основных средств повышения его стойкости. Ниже приводятся основные правила ухода за штампами.
Перед работой необходимо:
1) осмотреть штамп: нет ли в нём повреждений, трещин, забоин; о всех неисправностях нужно сообщить мастеру;
2) установить штамп точно по установочному угольнику или рискам, а при наличии замка проверить, чтобы половинки штампа свободно смыкались при опускании бабы;
3) следить за правильной опорой штампа, не подкладывать под хвостовик прокладок, не допускать, чтобы штамп опирался на заплечики (фиг. 270, а), так как это вызывает поломку штампа;
4) надёжно закрепить штамп, забить клинья сильными ударами кувалды или «сокола»;
5) проверить по установочным рискам или угольникам, правильно ли штамп установлен; при обнаружении перекоса отрегулировать его боковыми клиньями;
6) подогреть штамп до температуры не менее 150–200°, закладывая между его половинками и по бокам горячие куски металла, или другими способами.
Во время работы необходимо:
1) следить за надёжностью крепления штампа, периодически (через полчаса) проверять затяжку клиньев;
2) не допускать сильных холостых ударов верхней половины штампа о нижнюю;
3) не штамповать металл, охладившийся до температуры ниже допустимой;
4) перед штамповкой очищать нагретые заготовки от окалины;
5) не допускать нагрева штампа во время работы до температуры выше 400°, а в случае сильного разогрева охлаждать, обдувая сжатым воздухом;
6) смазывать штамп перед штамповкой каждой детали;
7) при обнаружении на штампе мелких трещин немедленно прекращать работу, чтобы удалить эти трещины.
После работы необходимо:
1) обдуть зеркало штампа сжатым воздухом или паром от окалины и грязи;
2) если штамповка на данном штампе прекращается: а) снять штамп с молота или пресса; б) протереть ручьи и зеркало концами; в) смазать ручьи и зеркало солидолом; г) убрать штамп на отведённое для него место.
Изготовление штампов. В настоящее время применяются штампы: чугунные, стальные литые и стальные кованые.
Чугунными штампами пользуются исключительно при штамповке под прессами небольшого количества деталей. Преимущества чугунных штампов — дешевизна и простота изготовления. Но чугунные штампы быстро разрушаются, особенно от ударов. Литые стальные штампы употребляются редко, так как поверхность литой стали обычно пористая и трудно поддаётся механической обработке.
В массовом производстве применяются исключительно штампы из кованой углеродистой или легированной стали. Наиболее распространёнными штамповыми сталями являются хромоникелевые, хромомолибденовые, хромотитановые и хромовольфрамовые.
Изготовление стальных штампов начинается с ковки заготовок, так называемых кубиков. Кубики нагреваются и проковываются со всех сторон под молотом или прессом, причём осадка должна чередоваться с вытяжкой. Такой метод ковки применяется для того, чтобы проковать металл насквозь и получить одинаковые механические качества во всех направлениях. После ковки кубики отжигают и передают в механический цех на обработку.
В механическом цехе штамп обрабатывается на строгальных, токарных или фрезерных станках. В настоящее время ручьи изготовляются на специальных станках, работающих по модели или шаблону. После механической обработки штампы проходят термическую обработку: закалку и отпуск, а затем окончательную механическую обработку.
Описанный метод изготовления штампов слишком трудоёмок. Поэтому теперь переходят на изготовление штампов со вставными сменными вкладышами, которые более дешевы, чем штампы, изготовленные из целого куска металла.
Штампы со сменными вкладышами (фиг. 272) состоят из вкладышей (вставок) 2, вставляемых в штамповочные блоки 1. Изготовление таких штампов позволяет экономить дорогостоящую легированную сталь, так как из неё делаются только вкладыши, а блоки изготовляются из более дешёвой углеродистой стали. После износа вкладыши легко и быстро заменяются, а штамповочные блоки остаются прежними. Крепление сменных вставок осуществляется двумя способами: горячей посадкой (фиг. 272, а) и с помощью клиньев (фиг. 272, б). Практически лучшие результаты получены при горячей посадке.
