§ 90. ОСНОВНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ГОРЯЧЕЙ ШТАМПОВКИ
В отличие от свободной ковки, когда течение металла направляется кузнецом с помощью различных инструментов, при штамповке течение металла ограничивается поверхностями полостей, вырезанных в штампе, в которых металл принимает необходимые форму и размеры. Для того чтобы изготовить поковку штамповкой, для каждого изделия нужен свой штамп.
Штампами называются бойки, в которых вырезана форма штампуемой в них детали. Каждый штамп состоит из двух частей, соответствующих верхнему и нижнему бойкам.
Место, занимаемое штамповкой в горячей обработке металла, по сравнению с другими видами этой обработки очень велико. Подсчитано, что около 15–20% всего металла, изготовляемого в СССР, подвергается горячей штамповке. Так, например, современный автомобиль содержит по весу до 80% деталей, изготовляемых штамповкой: самолёт — 85%; танк — 70%; паровоз — до 60% и т. д. В массовом и крупносерийном производстве кованые детали изготовляются преимущественно штамповкой, так как свободная ковка невыгодна.
При мелкосерийном производстве, например, когда цех за год изготовляет 30–50 шт. деталей, применять штамповку невыгодно, так как стоимость изготовления штампа намного увеличит стоимость поковки; такие поковки выгоднее изготовлять свободной ковкой или штамповкой с применением подкладных штампов.
В мелкосерийном и единичном производстве метод изготовления мелких поковок (для молотов до 30 кг) свободной ковкой иногда заменяют методом комбинированной ковки-штамповки на специальном высокопроизводительном оборудовании (на кривошипных прессах). При этом применяется специальная оснастка, и работы ведутся по специальной технологии с расчленением сложного технологического процесса изготовления поковки на отдельные простые операции, которые выполняются в определённой последовательности в ручьях штампа или приспособления.
Преимущество штамповки перед свободной ковкой не ограничивается только сокращением времени, необходимого для изготовления такого же изделия методом свободной ковки. Штампованные детали более точны, а припуски на механическую обработку меньше, что значительно сокращает время, затрачиваемое на механическую обработку, а также расход металла для поковки. Штамповка даёт возможность изготовлять изделия очень сложной формы. Работать на штамповочном молоте могут менее квалифицированные рабочие, чем на молотах свободной ковки.
При штамповке серийные детали получаются совершенно одинаковых размеров (взаимозаменяемыми), что облегчает их дальнейшую механическую обработку. Механические свойства штампованных изделий во многих случаях выше, чем изделий, изготовленных свободной ковкой, так как в штампе легче создать такие условия распределения волокон в металле, которые улучшают механические свойства изделий при их работе в машинах под нагрузкой. Расход металла при штамповке меньше, чем при свободной ковке.
Для штамповки применяются штамповочные молоты, приводные прессы, гидравлические прессы и горизонтально-ковочные машины.
Штамповочные молоты. По своему устройству штамповочные молоты очень похожи на уже описанные ковочные молоты и отличаются от них в основном тем, что станины штамповочных молотов укрепляются на шаботах, тогда как станины ковочных молотов крепятся к фундаментам независимо от шаботов.
Станина штамповочного молота укрепляется на шаботе для жёсткости конструкции с тем, чтобы достичь точного совпадения при ударе верхнего штампа с нижним и тем самым обеспечить получение точной формы и размеров штампуемого изделия.
Кроме того, на штамповочных молотах можно в более широких пределах регулировать силу ударов от самого слабого до очень сильного. Управление штамповочным молотом проще, чем ковочным. Для управления штамповочным молотом не нужен машинист — молотом управляет сам штамповщик, нажимая ногой на пусковую педаль. На фиг. 260 показан паровоздушный штамповочный молот.
Штамповочные молоты строятся мощностью от 0,5 до 20–30 т. Для таких молотов нужны очень тяжёлые шаботы (400–500 т) и громоздкие фундаменты, поэтому в настоящее время находят некоторое распространение так называемые бесшаботные штамповочные молоты. В отличие от обычных штамповочных молотов бесшаботные штамповочные молоты не имеют шаботов и громоздких фундаментов. Бесшаботные штамповочные молоты имеют две бабы, которые движутся друг другу навстречу, т. е. нижняя половина штампа движется навстречу верхней половине штампа.
Управление штамповочным молотом производится самим штамповщиком через систему рычагов. Схема такого управления приведена на фиг. 261. Из этой схемы видно, что система рычагов шарнирно закреплена в четырёх точках: у золотника 1; у дросселя 2; на станине 3 и у педали 4. Баба 5, выводимая из своего среднего по высоте положения лёгким нажатием на педаль 6, переходит на автоматическое качание.
Если не трогать педаль, то точка 7 остаётся неподвижной. Рычаг 8 прижимается к наклонному скосу на бабе, качается вправо и влево, передавая вторым своим концом движения золотнику 9. Когда баба идёт вниз, золотник опускается, и пар (или воздух) начинает поступать в рабочий цилиндр под поршень 10, заставляя бабу через шток 11 изменить направление движения. Когда же баба идёт вверх, золотник поднимается, и пар (воздух) начинает поступать в рабочий цилиндр над поршнем 10, заставляя бабу изменить направление движения. Далее цикл повторяется.
Для нанесения удара нужно нажать на педаль 6 в тот момент, когда баба идёт вниз. Тогда точка 7 получает движение вверх, и это приводит к резкому подъёму золотника. Одновременно с этим на полное сечение открывается дроссель 2. Происходит удар. Если затем опустить педаль, то положение рычага 8 приводит к быстрому подъёму бабы и возвращению её на автоматическое качание.
Таким образом, главная задача всей системы состоит в автоматизации подъёма бабы. Удары наносятся штамповщиком при нажатии на педаль, причём удары могут быть сильными и слабыми. Они зависят от силы нажатия на педаль, а стало быть, от степени открывания воздушных каналов в золотнике: чем больше будет поступать пара или воздуха в рабочий цилиндр молота за единицу времени, тем сильнее будет удар.
Штамповочные прессы. Для штамповки применяются: а) гидравлические и парогидравлические прессы как вертикального, так и горизонтального действия и б) приводные прессы. Ковочные гидравлические и парогидравлические прессы применяются так же, как и штамповочные. Обычно на таких прессах штампуются крупные поковки.
Особенно выгодно штамповать на гидравлических и парогидравлических прессах пустотелые поковки, применяя для этого в качестве исходных заготовок толстые листы (10–25 мм и более), вместо сортового проката или слитка при свободной ковке.
В качестве штамповочных приводных прессов применяются фрикционные и кривошипные прессы. Мощность пресса — это то давление, которое осуществляет пресс. Если, например, фрикционный пресс имеет мощность 100 т, то это значит, что он может нажимать на металл с силой, равной 100 т.
Если под прессом будет производиться работа, требующая для деформирования металла большее усилие, чем то, на которое рассчитан пресс, то может произойти поломка частей пресса. Поэтому надо вести работу под тем прессом, который указан в технологической карте.
Винтовые фрикционные прессы. Винтовые фрикционные прессы применяются для штамповки и гибки. Фрикционный пресс (фиг. 262) имеет следующее устройство. В станине пресса 1 укреплена гайка 2 с прямоугольной резьбой; через эту гайку проходит винт 3, закреплённый нижним концом в ползуне 4, а верхним концом — в маховике 5. Над маховиком расположен горизонтальный приводной вал 6 с двумя дисками 7. Расстояние между дисками несколько больше диаметра маховика. Поэтому когда один диск соприкасается с маховиком, другой диск удалён от него на некоторое расстояние.
Передвигая к маховику тот или другой диск, можно заставить винт вращаться в одну или другую сторону. При этом ползун пресса будет опускаться или подниматься, уменьшая или увеличивая рабочее пространство 9. Скорость движения винта по мере опускания вниз возрастает. Поэтому нажатие ползуна фрикционного пресса происходит не так плавно, как у эксцентрикового или кривошипного прессов, а с ударом, — поэтому винтовые фрикционные прессы часто называют винтовыми фрикционными молотами.
Это свойство фрикционного пресса позволяет применять его с успехом для выполнения гибочных и правочных работ, а также для высадки головок у болтов. В этом случае выталкиватель 10 посредством винтов 11, соединённых с ползуном, выталкивает отштампованную деталь из штампа (см. фиг. 262). Менее удобен фрикционный пресс для вытяжки, когда требуется плавное нажатие, или для вырубки, когда при ударном действии быстрее разрушаются штампы.
Преимущество фрикционных прессов состоит в том, что они не требуют какой-либо регулировки хода или определённой высоты положения ползуна в зависимости от величины штампа. Фрикционные прессы тихоходны, а потому малопроизводительны. В зависимости от мощности они дают от 10 до 30 ударов в минуту. По ГОСТ 713—49 они выпускаются мощностью от 30 до 500 т. Имеются фрикционные прессы мощностью 2000 т.
Кривошипные прессы. В настоящее время имеются мощные универсальные кривошипные прессы, конструкция которых разработана советскими инженерами в содружестве с кузнецами — новаторами производства. Они с успехом применяются для штамповки различных сложных поковок. Кривошипные прессы имеют большие преимущества перед штамповочными молотами при изготовлении нетяжёлых поковок и вполне могут заменить штамповочные молоты мощностью 3–4 т.
Приводные прессы вытесняют паровоздушные молоты потому, что последние имеют много недостатков:
1) коэффициент полезного действия их очень низкий и составляет не более 3%;
2) они малопроизводительны;
3) требуют затраты большой физической силы;
4) для обслуживания их необходимы высококвалифицированные рабочие;
5) для установки их нужны громоздкие дорогостоящие фундаменты;
6) они занимают большую производственную площадь и для них нужны высокие здания;
7) при ударах они вызывают сотрясение почвы, что отрицательно отражается на зданиях цехов и на соседнем оборудовании;
8) для работы на них требуется пар или сжатый воздух;
9) для подачи пара или воздуха приходится сооружать дорогостоящие паро- и воздухопроводы;
10) при изготовлении на этих молотах поковок расходуется много металла.
Кривошипные приводные прессы по сравнению с паровоздушными молотами имеют следующие преимущества:
1) более высокий коэффициент полезного действия, равный примерно 60%;
2) для установки их требуется меньше производственной площади;
3) устанавливать их можно на менее громоздких фундаментах, так как давление от плунжера не передаётся на фундамент, а воспринимается станиной пресса;
4) вследствие отсутствия ударов они не вызывают колебаний почвы;
5) для питания прессов не нужно сооружать котельных или компрессорных установок;
6) кривошипные прессы более производительны, так как каждая операция производится за один ход пресса; при штамповке под молотом для выполнения одной операции требуется несколько (от 3 до 15) ударов бойка;
7) штампы прессов меньше по весу штампов молотов;
8) прессы могут обслуживаться менее квалифицированными рабочими;
9) условия труда при работе на прессах лучше, чем при работе на молотах.
На фиг. 263 приведена кинематическая схема ковочно-штамповочного пресса, а на фиг. 264 — внешний вид ковочно-штамповочного кривошипного пресса.
Из фиг. 263 видно, что пресс получает движение от электродвигателя 11, который через шкив 10 передаёт с помощью клиноремённой передачи вращение маховику 9. Маховик 9 посажен на приёмный вал 7. Маховик оборудован фрикционным предохранительным устройством, которое ограничивает крутящий момент на приёмном валу. Вспомогательный тормоз 8 служит для остановки маховика 9, приёмного вала 7 и большой шестерни. Главный вал 3 получает движение от шестерён 6 и 5. На левом конце вала 3 имеется тормоз 4, который служит для остановки главного вала 3, шатуна 2 и ползуна 1. Ползун пресса 1 двигается в направляющих станины, получая движение через шатун 2 от главного вала 3. Двухклиновое устройство 12 служит для регулирования закрытой высоты пресса.
В настоящее время в СССР выпускаются кривошипные прессы мощностью до 4000 т. Для перевода мощности паровоздушного ковочного молота на равноценное давление пресса можно пользоваться закономерностью: мощность тонны штамповочного молота соответствует давлению пресса, равному 1000 т. Например, штамповочный молот мощностью 4 т можно заменить кривошипным прессом с давлением 4000 т.
