§ 21. Сутність процесу гарячого штампування і область її застосування 

На відміну від вільного кування, коли деформація металу на плоских бойках відбувається у різних напрямках, при штампуванні протягом металу обмежена стінками робочої порожнини (струмка) штампа і відбувається за заданими напрямками до певної межі. При цьому форма і розміри струмка штампа повністю визначають конфігурацію виготовленої поковки. Штампи по конструкції можуть бути одноручьевыми - для деталей простої форми, і многоручьевыми - для складних.
Для виготовлення поковок методами гарячої об'ємної штампування застосовують штампувальні молоти, кривошипні кувально-штампувальні преси, фракційні преси, горизонтально-кувальні машини, ротаційно-кувальні машини кувальні вальці. На вибір того або іншого устаткування для штампування впливають форма і розміри виготовленої поковки, її матеріал, серійність виробництва, необхідна точність розмірів і інші фактори.У ряді випадків доцільно застосовувати комбінований процес штампування на різних видах обладнання, наприклад штампування колінчастого вала автомобільного двигуна виробляють на штампувальному довбні, а подальшу штампування фланця на кінці вала виконують на горизонтально-кувальної машині. Часто комбінують попереднє формоутворення заготовки на кувальних вальцях з наступним штампуванням її на кривошипному пресі.
Гаряча штамповка порівняно з ковкою володіє поруч переваг. До них відносяться: висока продуктивність, в десятки разів перевищує продуктивність вільного кування, однорідність і точність одержуваних поковок; висока якість поверхні штампованих поковок, що дозволяє обробляти їх тільки в місцях сполучень з іншими деталями; можливість отримання поковок досить складної конфігурації, з мінімальними напусками металу.Впровадження гарячої штампування замість кування забезпечує масовий випуск дешевої продукції завдяки значного зниження витрати металу на поковки і трудомісткості їх подальшої обробки.
До недоліків штампування відносяться: відносно невелика маса поковок (зазвичай до 200 - 300 кг) і висока вартість штампів, які на відміну від універсальних ковальських інструментів є спеціалізованим інструментом, придатним для виготовлення лише однієї певної поковки. Тому застосування штампування економічно вигідно лише при серійному або масовому виробництві. Гаряче об'ємне штампування застосовують в машинобудуванні та інших галузях промисловості для виготовлення складних за формою заготовок відповідальних деталей машин зі сталі і кольорових сплавів.
Після штампування поковок піддають оздоблювальним операціям: обрізанні облоя і зачищення задирок, виправленню і калібрування, очищення поверхні.
Облоєм називають деякий надлишок металу у вихідній заготовці, витісняється в заключній фазі процесу штампування в облойную канавку, що складається з вузького проміжку - містка і розширеній частині - магазину (рис. IV.25,а). Застосовують два основних методи штампування: у відкритих штампах, з утворенням облоя, і в закритих штампах - безоблойную.

 Відкритим називають штамп, з робочої порожнини якого аблой має вихід в облойную канавку, розташовану по периметру струмка штампа (рис. IV.25,а). Такий штамп складається з двох частин (половинок) 3 - верхній і нижній. Верхня частина допомогою хвостовика (у вигляді ластів'ячого хвоста) і сталевого клина 2 кріпиться в пазу баби 1-штампувального молота і при роботі молота завдає ударів по нагрітій заготівлі, встановлюваної кліщами в струмок нижній, нерухомої половини штампа.Нижня частина штампа кріпиться клином в штамподержателе 4 (перехідний сталевий подушці), а останній також за допомогою клина 5 - в пазу шабота 6 молота. Зміщення штампів в пайовому напрямі попереджається сталевими сухарями (шпонками) 7.
Утворюється при штампуванні аблой ускладнює витіснення металу назовні з струмка штампа, так як щілина канавки в містку вузька (2 - 5 мм). При цьому тиск металу в порожнині штампа підвищується і він змушений заповнювати весь складний її рельєф, забезпечуючи гарне формоутворення поковки. Відхід металу в облой становить в середньому 10 - 20% від маси поковки. Переходи штампування поковок шестерні у відкритому штампі наведено на рис. IV.25,б.
Метод штампування у відкритих штампах на молотах і пресах є найбільш поширеним і універсальним, так як він застосовується для виготовлення поковок як простий, так і складної форми (шатунів, хрестовин, колінчатих валів та ін).
  3акрытым, або безоблойным, називають штамп, порожнину якого не має виходу для надлишку металу (рис. IV.25,6). На відміну від відкритих штампів, що мають поверхня роз'єму у вигляді площини, закриті штампи мають роз'єм складної поверхні з напрямних замком, що забезпечує точне зіткнення половин штампа в кінці процесу штампування. При цьому виступ нижньої частини штампа при останніх удари молота замикає робочу порожнину, розташовану в основному у верхній частині штампа, закриваючи вихід металу зі струмка штампа (рис. IV.25,в).
Безоблойная штампування забезпечує зниження витрати металу до 20% і економію на витратах, пов'язаних з обрізанням облоя.Переходи штампування поковок тієї ж шестерні в закритому штампі наведено на рис. IV.25,р.
Однак закриті штампи для деталей складної форми конструктивно важко здійснимі, дороги у виготовленні і швидко виходять з ладу. Крім того, застосування безоблойной штампування вимагає точного різання заготовки за обсягом (масі), підвищеної уважності штамповщиков і точної установки заготовки по центру струмка штампа, інакше можливий шлюб з одностороннім торцевим заусенцам і незаполнению форми штампа (рис. IV.25,д).
В якості вихідного матеріалу при штампуванні у відкритих і закритих штампах застосовують зазвичай сталевий прокат круглого і квадратного профілю або пресовані прутки з кольорових металів і сплавів.
Масу вихідної заготовки G_з при штампування у відкритих штампах визначають за формулою G_з = G_шп + G_y + G_o, де G_шп - маса штампованої поковки; G_y - маса чаду при нагріванні; G_o - маса облоя.
Масу штампованої поковки G_шп визначають по її об'єму V_шп, подсчитанному за номінальним розмірам креслення поковки (з урахуванням припусків і напусків металу) G_шп = V_шпу, де у - щільність металу в г/см3.
Масу чаду G_y приймають при полум'яному нагріванні що дорівнює 3% від G_шп, а при электронагреве струмами високої частоти або контактному - 0,5% від G_шп.
Масу облоя G_o орієнтовно визначають за формулою G_o = nyfoS, де n = 0,5 ÷ 0,8 - коефіцієнт заповнення облойной канавки металом; fo - поперечний переріз облойной канавки в см2 (вибирається по таблиці довідника залежно від ваги поковки); S - периметр поковки в площині роз'єму штампів див. в
Креслення штампованої поковки є основним технологічним документом, що визначає конфігурацію і розміри поковки після штампування.За нього проектують ковочный, обрізний і проколочный штампи, а також приймають готову продукцію контролери ВТК. Креслення штампованої поковки (рис. IV.26,6) розробляють з креслення готової деталі (рис. IV, 26, а) у відповідності з прийнятим технологічним процесом штампування.

При проектуванні деталі, наміченої до виготовлення гарячої штампуванням, і її складанні робочого креслення конструктор повинен поряд з експлуатаційними вимогами до деталі враховувати і технологічні вимоги до її конструкції, які забезпечують можливість виготовлення деталей штампуванням.
Основні вимоги технологічності конструкції для горячештампованных деталей, зазвичай не оброблюваних колом, зводяться до правильного вибору площині роз'єму штампу, призначенням штампувальних ухилів і напусків металу на поверхнях поковки, перпендикулярні до цієї площини, вибору допусків на розміри і перехідних радіусів заокруглень за необрабатываемым елементів деталі відповідно до вимог Гост 7505 - 55. Штампувальні ухили (5 - 7°, рис. IV.26,б) кілька розкривають струмки (порожнини) в бік площини роз'єму, що полегшує видалення поковки зі штампу.Перехідні радіуси заокруглень (R4 - R10 мм) дозволяють забезпечити краще плин металу в штампі і сприяють підвищенню міцності та стійкості штампів.
При штампуванні в кувальних штампів на молотах і пресах неможливе отримання наскрізних отворів у поковках. Тому їх замінюють зустрічними виїмками - ремарками в (див. рис. IV. 26,б), між якими залишається тонка плівка, що вилучається проколкой при обрізанні облоя після штампування.
Конструктор повинен знати і про те, що сприятливе для міцності і зносостійкості деталі розташування волокон металу в ній (макроструктура) забезпечується тим чи іншим методом деформування заготовки в процесі штампування. Напрямок волокнистості повинно відповідати напрямку додатки найбільших експлуатаційних навантажень деталі.

§ 22. Технологія штампування на молотах 

  Штампувальні молоти. Для штампування різноманітних поковок із сталі масою 0,1 - 300 кг застосовують пароповітряні штампувальні молоти з масою падаючих частин 0,5 - 25 т, фрикційні молоти 0,5 - 2 т і бесшаботные молоти з енергією удару до 100 000 кГ.м (981 кДж).

 Пароповітряний штампувальний молот подвійної дії (рис. IV.27,а) відрізняється від кувального видовженими регульованими направляючими баби, що забезпечують точне поєднання верхнього і нижнього штампів при ударі; кріпленням стійок молота безпосередньо на шаботе, а не на окремому фундаменті; утяжеленним шабатом, що підвищує до. п. д. удару молота і точність штампування. Молот має педальне управління замість ручного, що забезпечує можливість управління молотом самим ковалем - штампувальником. Молот забезпечений товстим штоком замість нормального.Такі штоки не ламаються від утоми металу і забезпечують більшу жорсткість удару штампів.
  У фрикційного молота простої дії (рис. IV. 27,б) баба молота з верхнім штампом, що рухається в направляючих, прикріплена до дошки, яка проходить між двома обертовими від електродвигуна чавунними валками 2. Коли один з валків, вісь якого забезпечена ексцентриком, притискається до дошки допомогою вертикальної тяги, то вона силами тертя піднімається вгору разом з бабою. Після разжима валків баба з дошкою і штампом починає падати, але затримується гальмівними самозаклинивающимися кулачками 3.Штампувальник, натискаючи на педаль 1, розтискає кулачки, і при падінні штампа з бабою здійснюється штампування.Потім ролики знову піднімають бабу і удари продовжують слідувати один за іншим, поки не буде відпущена педаль.
Масу падаючих частин молота, необхідну для штампування даної поковки, можна наближено визначити множенням сумарної площі горизонтальної проекції поковки з облоєм (у см2) на умовний питома тоннаж молота. Його значення практично беруть 4 кГ/см2 для пароповітряних молотів подвійної дії і 6 кГ/см2 для молотов простої дії.
  Бесшаботные молоти (рис. IV.27,в) мають дві соударяющиеся баби, а шабот у них відсутній. Енергія удару тут майже цілком витрачається на деформацію поковки і взаємно поглинається бабами, не передаючись на фундамент. Верхня баба є провідною, вона приводиться в рух тиском пари або повітря, що надходить у циліндр молота через золотниковое пристрій. Нижня баба отримує робоче рух від верхньої допомогою сталевих стрічок, перекинуті через шківи.
Потужність бесшаботного молота, що виражається ефективною енергією удару L_е = 80 000 кГ·м (785 кДж), приблизно еквівалентна потужності звичайного штампувального молота подвійної дії з масою падаючих частин 40 т. Застосовують такі молоти для штампування великих поковок, масою до 3600 кг
  Способи штампування на молотах. В залежності від характеру виробництва (дрібносерійне, серійне чи масове) застосовують такі основні способи штампування на молотах: в підкладних штампах, у одноручьевых штампах закріпленого типу, в багаторівчакових штампах закріпленого типу.
  Штампування в підкладних штампах застосовується в умовах дрібносерійного виробництва поковок, коли розмір партії одноразово виготовлених деталей становить не менше 20 - 40 шт. Цим способом штампуються зазвичай дрібні деталі масою до 3 - 5 кг.
Штампи виконують полегшеного типу і при штампуванні підкладають між плоскими бойками кувального молота. Штамп, зображений на рис. IV,28,б складається з нижньої 1 і верхній 4 частин, в яких зроблені струмки 2 за формою виготовленої поковки (шатуна). Для забезпечення збігу половин штампа при їх накладенні у нижній частині запресовані напрямні шпильки 3, які при штампуванні входять в отвори 5 верхній частині. Штампи забезпечені рукоятки 6.

Для деталей круглих в плані, з виступами і маточинами штампи зазвичай роблять з однієї нижньої частини, в цьому випадку роль верхній частині штампа виконує верхнього бойка молота (рис. IV.28,а).
Штампування здійснюється, як правило, з одного нагріву з мірною прокатаної заготовки, причому в разі штампування складних за формою деталей заготівлю попередньо кують під молотом, повідомляючи їй форму, близьку до форми струмка штампа.
При штампуванні поковок обуха у відкритому штампі, що складається з корпусу 1 та додатку 2 (рис. IV. 28, а), коваль встановлює расплющенную на кінці циліндричну заготовку вертикально в струмок штампа і присаджує її серією ударів верхнього бойка молота 4.Незначний за обсягом аблой 3 при цьому витісняється між торцевою поверхнею штампа і лицьовою поверхнею верхнього бойка.У процесі штампування підручний коваля утримує штамп на нижньому бойку циркульними кліщами, що охоплюють заточку штампа, а по закінченні штампування повертає штамп на ребро, після чого поковка вибивається ударом ручника по додатку 2. Потім штамп охолоджують у воді і процес штампування повторюється.
При виготовленні поковки з наскрізним отвором проводиться прошивка його на прошивном кільці конусним прошивнем, з подальшою калібруванням поковки в тому ж штампі. Після штампування торцевій аблой зазвичай не обрізається, а видаляється разом з припуском при подальшій обробці поковок на токарному верстаті.