Оборудование для горячей объемной штамповки и его технологические особенности

Для горячей объемной штамповки применяют молоты, криво­шипные горячештамповочные прессы, горизонтально-ковочные машины, гидравлические прессы, винтовые прессы и машины для специализированных процессов штамповки. Процесс штамповки на машинах этого типа имеет свои особенности, обусловленные устройством и принципом их действия.

Основным видом штамповочных молотов являются паровоз­душные штамповочные молоты.

Паровоздушные молоты. Принцип их действия тот же, что и паровоздушных ковочных молотов, но конструкция другая.

Штамповочные молоты имеют автоматизированное управление от педали, на которую штамповщик нажимает для нанесения уда­ра. Если педаль отпустить, то баба молота автоматически возвраща­ется в исходное положение. Паровоздушные штамповочные молоты строят с массой падающих частей 630-25 000 кг.

Кроме паровоздушных молотов двойного действия, для горя­чей штамповки применяют фрикционные молоты с доской и бесшаботные молоты. У фрикционных молотов с доской в бабе за­крепляют деревянную доску, зажатую между вращающимися роликами, которые при вращении поднимают падающие части вверх. В верхнем положении доски с бабой ролики расходятся, и происходит свободное падение бабы. Эти молоты имеют массу падающих частей 500-1500 кг, их применяют для штамповки мелких поковок.

У бесшаботных паровоздушных молотов шабот заменен по­движной бабой, соединенной с верхней бабой механической или гидравлической связью. При соударении верхней и нижней баб развивается значительная энергия (до 1,0 МДж), что позволяет штамповать на этих молотах крупные поковки преимущественно в одноручьевых штампах (ввиду подвижности обоих штампов многоручьевая штамповка на них затруднена).

Все большее распространение находят гидравлические молоты, подвижные части которых приводятся в действие жидкостью под давлением.

На штамповочных молотах штампы закрепляют: верхнюю часть с помощью «ласточкина хвоста» и клиньев в бабе молота, а нижнюю - в подштамповой плите, в свою очередь, закреплен­ной тем же способом в шаботе молота.

На молотах штампуют поковки разнообразных форм преимуще­ственно в многоручьевых открытых штампах. Так как ход молота нежесткий, штамп конструируют так, чтобы при последнем ударе его половинки сомкнулись по плоскости соударения. На молоте обычно штампуют за несколько (3-5) ударов. После каждого удара баба молота уходит вверх, и в процессе деформирования наступает перерыв. Это приводит к тому, что часть поковки, деформируемая в верхнем штампе, охлаждается менее интенсивно, чем нижняя часть поковки. Поэтому на молотах верхняя полость штампа заполняется металлом лучше, чем нижняя. Течение ме­талла облегчается также за счет того, что после каждого удара окалина отваливается от поверхности заготовки и выдувается сжатым воздухом из штампа.

В закрытых штампах на молотах штампуют реже; при этом в основном штампуют поковки, круглые в плане.

Массу падающих частей молота, необходимую для штамповки, определяют практически в зависимости от массы и конфигурации поковки по упрощенным эм­пирическим формулам или на основании справочных дан­ных. Ориентировочно можно принять, например, что на молоте с массой падающих частей 10 т можно штампо­вать поковки массой 40- 100 кг. Если энергия удара молота оказывается недоста­точной, штампуют за боль­шее число ударов.

Кривошипные горячештамповочные прессы. Эти прессы строят усилием 6,3-100 МН. Такие прессы успеш­но заменяют паровоздушные штамповочные молоты с мас­сой падающих частей 0,63-10 т. Кинематическая схема кривошипного горячештамповочного пресса приведена на рис. 35. Электродвигатель 4 передает движение клиновыми ремнями на шкив 3, сидящий на приемном (промежуточном) валу 5, на другом конце которого за­креплено малое зубчатое колесо в. Это колесо находится в за­цеплении с большим зубчатым колесом 7, свободно вращающимся на кривошипном валу ,9. При помощи пневматической фрик­ционной дисковой муфты 8 зубчатое колесо 7 может быть сцеп­лено с кривошипным валом 9; тогда последний придет во вра­щение. Посредством шатуна 10 вращение кривошипного вала пре­образуется в возвратно-поступательное движение ползуна 1.

Рис.35. Кинематическая схема кривошипного горячештамповочного пресса

Для остановки вращения кривошипного вала после выключе­ния муфты служит тормоз 2. Стол пресса 11, установленный на наклонной поверхности, может перемещаться клипом 12 и тем самым в незначительных пределах регулировать высоту штампового пространства. Для облегчения удаления поковки из штампа прессы имеют выталкиватели в столе и ползуне. Выталкиватели срабатывают при ходе ползуна вверх.

Кривошипные прессы имеют постоянный ход, равный удвоен­ному радиусу кривошипа. Поэтому в каждом ручье штампуют за один ход пресса, и производительность штамповки на прессах выше, чем на молотах. Наличие хода постоянной величины при­водит к большей точности поковок по высоте, а высокая жесткость конструкции пресса, отсутствие ударов и сотрясений делают воз­можным применение направляющих колонок у штампов, что практически исключает их сдвиг. Штамповочные уклоны у поко­вок также меньше, так как на прессах предусмотрены выталки­ватели. При штамповке на кривошипных прессах имеются боль­шие возможности для механизации и автоматизации процесса, чем при штамповке на молотах.

Наряду с перечисленными преимуществами штамповка на кривошипных прессах имеет и недостатки. Ввиду жесткого хода ползуна на прессах при многоручьевой штамповке нельзя приме­нять такие ручьи, как протяжной, подкаткой и отрезной.

Заготовка перед штамповкой на прессе должна быть полностью очищена от окалины, так как деформация происходит за один ход пресса; при наличии окалины она заштамповывается в по­верхность поковки. Стоимость кривошипного горячештамповочного пресса в 3-4 раза выше стоимости эквивалентного по мощ­ности молота.

На кривошипных прессах возможна штамповка всех видов поковок, штампуемых на молотах. Однако при штамповке поковок с удлиненной осью и большой разницей площадей поперечных сечений по длине требуется применение предварительно профи­лированных заготовок.

Течение металла при штамповке на прессах отличается от те­чения в молотовом штампе, что необходимо иметь в виду при проектировании технологического процесса. Поскольку скорость деформирования на прессах ниже, время контакта металла с ин­струментом больше, чем на молотах. Это приводит к переохлажде­нию поверхности заготовки и худшему заполнению полости штам­па. С другой стороны, если при штамповке на молоте заусенец остывает и препятствует течению металла в стороны, то на прессе при деформировании за один ход в заусенец поступает наиболее нагретый металл. В результате течение его в горизонтальном направлении происходит легче, чем в вертикальном. Поэтому для хорошего заполнения прессового штампа плоскость разъема выби­рают вблизи торца поковки, так что полость в одной из частей штампа получается значительно глубже другой.

Ввиду худшего заполнения полостей при штамповке сложных поковок на прессах увеличивают число ручьев по сравнению с молотовыми штампами. Штампы на прессах не должны смы­каться на величину, равную толщине заусенца, поэтому полость для него делается открытой, в отличие от молотовых штампов.

Определение усилия, потребного для штамповки на кривошипном горячештамновочном прессе, имеет большое значение, так как если усилие пресса окажется недостаточным, может произойти его поломка. Существуют аналитические, экспериментально про­веренные формулы для определения усилия штамповки с доста­точной степенью точности.

Отсутствие ударных нагрузок при работе кривошипного пресса позволяет применять на нем сборные штампы. Сборный штамп состоит из отдельных вставок с соответствующими ручьями; вставки закрепляют в специаль­ных обоймах (башмаках) с направляющими колонками и втулками.

Гидравлические штамповочные прессы. Устройство этих прессов принципиально не отличается от ковочных. Усилие современных гидравлических штамповочных прессов достигает 750 МН.

На гидравлических прессах штампуют поковки типа дисков, коленчатых валов, различного рода рычагов, кронштейнов, толсто­стенных сферических днищ, цилиндрических стаканов. Особое значение имеет штамповка на гидравлических прессах крупно­габаритных панелей и рам из легких сплавов в самолетостроении. Исходной заготовкой является прокат (в том числе листовой) и полуфабрикат ковки. Перед закладкой в штамп нагретая заготовка должна быть очищена от окалины.

Штампуют в открытых и закрытых штампах (с одной и двумя плоскостями разъема), как правило, в одном ручье.

На гидравлических прессах осуществляют изотермическую штамповку. При этом способе горячее деформирование происходит в изотермических условиях, когда штампы и окружающее их ограниченное пространство нагреваются до температуры дефор­мации сплава. В этих условиях штампуют при низких скоростях реформирования, чтобы обеспечить наиболее полное протекание разупрочняющих процессов во время деформации. Температура нагрева рабочей зоны установки и штампов, изготовляемых из жаропрочного сплава (ЖС6-К), может достигать 900°С. Нагре­вают индукторами, встроенными в установку.

Изотермическая штамповка значительно повышает пластич­ность деформируемого сплава и снижает усилия деформирования.