/
Author: Уик Ч.
Tags: формообразование со снятием стружки молоты и прессы разделительные операции без образования стружки, дробление и измельчение, обработка листового материала, изготовление резьбы металлургия переводная литература издательство мир техническая литература холодная обработка металлов снятие стружки
Year: 1965
Text
Ч.УИК
myj
ОБРАБОТКА
МЕТАЛЛОВ
БЕЗ СНЯТИЯ
СТРУЖКИ
ИЗДАТЕЛЬСТВО
«М ИР»
CHIPLESS MACHINING
Methods of Cold Forming Ferrous
Metals including Heading, Rolling,
Spinning, Swaging, Extruding and
High-Energy — Rate Forming
CHARLES H. WICK
THE INDUSTRIAL PRESS, N. Y. 1960
ч. у и к
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ
БЕЗ СНЯТИЯ СТРУЖКИ
Перевод с английского В. И. Викулова и А. А. Падогина
Под редакцией и с предисловием А. Ф. Нистратова
ИЗДАТЕЛЬСТВО «МИР» @ МОСКВА 1965
УДК 621.90
В книге собран обширный материал по важной
отрасли современной технологии — холодной обра-
ботке металлов без снятия стружки. Описаны новые
технологические процессы, применение которых в
современной технике за последние годы быстро воз-
растает. К таким процессам относятся холодная вы-
садка, накатка резьбы, накатка рифлений, шлицев и
шестерен, ротационное выдавливание или раскатка,
ротационная ковка, холодное выдавливание стальных
изделий, а также различные процессы штамповки
под действием импульсных нагрузок.
Книга представляет интерес для научных работ-
ников, конструкторов и инженерно-технических ра-
ботников, занимающихся вопросами технологии и
оборудования для получения изделий методом холод-
ной обработки давлением без снятия стружки.
Редакция литературы по вопросам новой техники
ПРЕДИСЛОВИЕ РЕДАКТОРА
За последнее время в области механической обработки ме-
таллов были достигнуты большие успехи: стало, например, воз-
можным благодаря использованию станков с программным
управлением изготовлять сложнейшие изделия с высокой сте:
пенью точности, при незначительных потерях на брак. Однако
процесс резания металлов до сих пор является процессом доро-
гостоящим и трудоемким, при котором значительное количество
металла идет в стружку и довольно велики затраты электро-
энергии и человеческого труда. По данным зарубежной печати,
даже в такой высокоразвитой отрасли промышленности, как
автомобильная, на одну тонну полезного веса готового авто-
мобиля затрачивается примерно две тонны исходного металла^
Отсюда можно сделать вывод, что создание новых процессов
обработки металлов без снятия стружки и совершенствование
уже существующих является одной из насущных задач метал-
лообработки.
В решении этой проблемы основное место принадлежит
процессу обработки металлов давлением, так как он открывает
широкие перспективы как в области сокращения общего коли-
чества затрат металла, труда и энергии, так и в области повы-
шения прочности используемых материалов, что в свою очередь
ведет к дальнейшей экономии металла.
Поскольку промышленность испытывает настоятельную по-
требность в использовании новых процессов обработки метал-
лов без снятия стружки, широкие круги инженеров и техников
проявляют к этим процессам большой интерес. Однако надо
сказать, что указанные процессы еще довольно слабо внедряют-
ся в промышленность и недостаточно освещены в отечественной
технической литературе. Имеющиеся же отдельные монографии
6
Предисловие редактора
и статьи касаются лишь некоторых вопросов обработки метал-
лов давлением без снятия стружки и не отражают всей пробле-
мы в целом.
Предлагаемый вниманию читателей перевод книги Ч. Уика
«Обработка металлов без снятия стружки» до некоторой сте-
пени восполняет этот пробел, так как в ней дан довольно широ-
кий обзор тех наиболее прогрессивных и новых процессов обра-
ботки металлов без снятия стружки, которые в настоящее вре-
мя или уже получили широкое распространение, или еще внед-
ряются в промышленность США. В книге приводится описание
следующих основных прогрессивных методов обработки метал-
лов давлением без снятия стружки: холодная высадка (гл. 3);
накатка резьбы (гл. 4); накатка рифлений, шлицев и шестерен
(гл. 5), ротационное выдавливание или раскатка (гл. 6); рота-
ционная ковка (гл. 7); получение внутренних профилей ротаци-
онной ковкой (гл. 8); холодное выдавливание стальных изделий
(гл. 9—15); различные процессы штамповки под действием
импульсных нагрузок (гл. 16).
Наряду с описанием указанных процессов обработки метал-
лов давлением без снятия стружки в книге освещаются перспек-
тивы развития каждого метода, а также указываются присущие
данному методу недостатки. Кроме того, здесь читатель найдет
необходимые технико-экономические показатели, характеризую-
щие процесс, описание конструкции инструментов и оборудова-
ния с указанием основных требований, которые предъявляются
к ним при эксплуатации, а также типовые примеры применения
того или иного процесса. Наряду с этим приводятся некоторые
расчетные и оправочные данные. В книге содержатся также не-
которые сведения о фирмах, изготовляющих и эксплуатирующих
оборудование для того или иного процесса. Эти данные (с не-
большими сокращениями) оставлены в переводе, так как они
показывают, в каких отраслях внедрены или внедряются рас-
сматриваемые процессы. Книга имеет важное практическое и
научное значение несмотря на то, что она написана сжато и в
популярной форме, не все ее главы по объему и содержанию
равноценны, а освещаемый в ней материал почти пятилетней
давности.
Предисловие редактора
7
Основную часть книги составляет материал, посвященный
процессу холодного выдавливания как наиболее прогрессивному
во всем комплексе процессов обработки металла давлением.
Этот процесс в ближайшее время несомненно займет подобаю-
щее ему место среди других процессов металлообработки.
Приведенные автором данные, касающиеся технологии,
инструмента, оборудования, смазки и т. д., отражают достиже-
ния промышленности США и могут представлять интерес для
советских специалистов. Интересны также содержащиеся в кни-
ге материалы по ротационной ковке и ротационному выдавли-
ванию (раскатке), они несомненно привлекут внимание совет-
ских специалистов, так как эти процессы должны найти бо-
лее широкое распространение, чем это имеет место в настоя-
щее время.
Не менее интересны материалы гл. 16, касающиеся штампов-
ки с использованием импульсных нагрузок, однако за последние
пять лет в данной области достигнуты значительные успехи,
так что приводимые в книге сведения по этому вопросу являют-
ся далеко не полными.
Чтобы читатель в случае необходимости мог познакомиться
более глубоко с тем или иным процессом обработки металлов
давлением без снятия стружки, в конце книги приводятся биб-
лиографический указатель и список дополнительной литературы.
А. Нистратов
ПРЕДИСЛОВИЕ АВТОРА
Придание окончательной формы металлическим изделиям
посредством обработки без снятия стружки привлекает все боль-
шее внимание и находит широкое применение в промышленно-
сти как процесс, обеспечивающий высокую экономичность. Од-
нако если такие методы пластической деформации, как ковка
и литье, достаточно широко освещены в технической литературе,
то прессование, накатка шлицев, выдавливание и импульсный
метод освещены недостаточно. Имеющиеся же немногие опуб-
ликованные данные в большинстве своем отрывочного харак-
тера, рассеяны по многим книгам, журналам и трудам научных
и технических обществ.
Настоящая книга, в которой собраны воедино наиболее важ-
ные сведения, содержащиеся в литературных источниках, мо-
жет послужить удобным и полезным пособием при планировании
и технологической разработке производственных процессов об-
работки металлов без снятия стружки. Так как необходимая
для этого подробная техническая информация была взята из
многих источников, давать конкретные ссылки на них в тексте
было бы затруднительным. К тому же материалы были допол-
нены сведениями, которые автор смог получить из переписки и
бесед с крупными специалистами в рассматриваемой области,
а также при посещении заводов, на 'которых применяется обра-
ботка металлов без снятия стружки. Поэтому в конце книги
приводится лишь общий список литературы.
Несмотря на большой интерес к новым методам обработки
металлов без снятия стружки и все большее внедрение этих
методов в промышленность, этим практически занимается отно-
сительно небольшое число фирм. Многие из них неохотно де-
лятся своим опытом, считая его еще недостаточным. Тем более
Предисловие автора
9
нам представляется целесообразным собрать имеющиеся огра-
ниченные данные, чтобы ими могли воспользоваться и другие
предприятия применительно к своему производству. Фирмы,
внедряющие новые методы, могут познакомиться с опытом дру-
гих, а фирмы, покупающие изделия, изготовленные этими мето-
дами, из настоящей книги узнают о возможностях этих методов
и их недостатках. Многие специалисты придерживаются мнения,
что более широкое и быстрое внедрение новых методов задер-
живается из-за недостатка достоверной и подробной информа-
ции. Такая информация в данной книге содержится.
В книге приводится описание различных процессов обработ-
ки металлов без снятия стружки, подчеркиваются существенные
преимущества изготовления изделий таким методом, а также
приводится описание конструкций необходимого оборудования
и инструмента и типичные примеры его применения. Освещение
теоретических, металловедческих и математических вопросов
сведено к минимуму, за исключением гл. 2, в которой приведе-
ны металловедческие основы холодной пластической деформа-
ции черных металлов и их свойства. Хотя содержащийся в этой
главе материал необязателен для понимания других глав, од-
нако он представит интерес для читателей, желающих глубже
понять описанные процессы. Для тех, кто хочет более подробно
познакомиться с отдельными процессами, в конце книги приво-
дится библиографический указатель.
Многое из того, что помещено в книге, элементарно, и узкие
специалисты по тем или иным методам обработки могут быть
в какой-то степени разочарованы краткостью и общностью
изложения. Однако мы убеждены, что книга представит несом-
ненный интерес для многих читателей, в той или иной мере
занимающихся металлообработкой. Общая трактовка вопросов
обработки металлов без снятия стружки поможет расширению
кругозора читателей. Автор поставил перед собой задачу рас-
смотреть области применения различных процессов, их пре-
имущества и недостатки, а также дать рекомендации по кон-
струированию и выбору оборудования, инструмента и прочей
оснастки.
Книга предназначена главным образом для руководителей
предприятий, занятых поисками производительных и экономии-
10
Предисловие автора
ных методов изготовления продукции улучшенного качества;
конструкторов, желающих знать факторы, которые следует учи-
тывать при конструировании изделий, чтобы изготовление по-
следних было экономичным; технологов, тщательно взвешиваю-
щих сравнительные преимущества различных производственных
процессов; инженеров, разрабатывающих технологическую
оснастку для этих процессов, которые найдут в книге сущест-
венные указания для правильного проектирования и много де-
тальных примеров хороших конструкций инструментов; производ-
ственников, заинтересованных в изучении эксплуатационных
данных по каждому процессу и типу оборудования для обеспе-
чения высокой эффективности производства.
Автор надеется, что изложение известных ему фактов под-
нимет интерес к обработке металлов без снятия стружки, сти-
мулирует обмен информацией и побудит к еще более широкому
использованию новых методов обработки металлов для повыше-
ния производительности и экономичности существующего про-
изводства при одновременном улучшении качества продукции.
Чарльз Уик
Детройт, Мичиган
Август, 1960 г.
ГЛАВА 1
ПРОЦЕССЫ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛА
БЕЗ снятия СТРУЖКИ
Выражение «обработка металла без снятия стружки» все
чаще служит общим названием новых методов холодного де-
формирования металла для получения готовых изделий или
близких к ним по фО)рме и размерам заготовок, требующих ми-
нимальной последующей обработки резанием.
Некоторые процессы холодной обработки стали, такие, как
волочение проволоки, прутков и труб, холодная высадка, че-
канка и обычная штамповка и вытяжка, известны давно. Но
наряду с этим получили развитие и новые производственные
методы, связанные с большими деформациями металла в про-
цессе обработки. Этой новой технике посвящено большинство
глав настоящей книги.
В США до второй мировой войны мало уделялось внимания
прецизионному формообразованию металла давлением вследст-
вие быстрого развития процесса обработки резанием и отно-
сительно низкой стоимости металла, а также довольно хоро-
шего' снабжения металлами. Однако непрерывный рост стоимо-
сти материалов и рабочей силы, а также повышение требова-
ний к качеству продукции и темпам производства приводят к
значительному повышению стоимости изделий, если не при-
менять прогрессивные технологические процессы.
СНИЖЕНИЕ СТОИМОСТИ
Повышение стоимости рабочей силы в известной мере
компенсируется за счет более широкой автоматизации произ-
водства. Очевидно, лучшим противопоставлением росту цен
на материалы является уменьшение расхода последних, которое
может быть достигнуто за счет использования процессов обра-
ботки металлй без снятия стружки, обеспечивающих значитель-
ную экономию потребляемого материала и сокращение объема
механической обработки. Экономичность обработки заключает-
ся не в удалении металла в виде стружки, а в придании изде-
лию требуемой формы путем соответствующей пластической де-
формации заготовки.
12
Глава 1
Растущая популярность и расширение области применения
методов обработки без снятия стружки, равно* как и непрерыв-
ное развитие техники пластической деформации металлов, объ-
ясняются главным образом открывающимися при этом возмож-
ностями уменьшения расхода материалов, снижения времени об-
работки и стоимости рабочей силы. Экономия материалов, кото-
рая может иметь существенное значение даже при использовании
обычных металлов, становится еще более важной, когда изде-
лия изготовляются из новых, более прочных и более дорогих
металлов и сплавов, применяемых при производстве сверхзву-
ковых самолетов, управляемых снарядов и спутников Земли.
Эти материалы, как правило, трудно поддаются механической
обработке, а требования производства по сокращению времени
изготовления изделий обычно очень высокие. Следует учесть,
что эти труднообрабатываемые материалы, несомненно, найдут
применение и в других отраслях машиностроения.
В автомобилестроении около 45% стоимости готовой продук-
ции приходится на материалы, 35 составляют накладные рас-
ходы и 201% идут на покрытие расходов по рабочей силе. По-
этому экономия в материалах оказывает существенное влияние
на стоимость продукции. Непроизводительные расходы мате-
риалов в виде стружки при некоторых операциях резания до-
стигают 70%, тогда как при пластическом деформировании
они уменьшаются до нескольких процентов или могут быть пол-
ностью исключены. В этом случае экономия металлов обычно
составляет 50% и более.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
В США, по скромной оценке Комитета исследования реза-
ния металлов и Исследовательского фонда Американского об-
щества инженеров-технологов и производственников, ежегодно
уходит в стружку более 15 млн. т металла, что обходится стра-
не в 10 млрд. долл. По другому, независимо от этого сделанно-
му докладу, стоимость металла, ежегодно переводимого в
стружку, оценивается в 15 млрд. долл. Эта оценка основана на
том, что ежегодно в металлообрабатывающей промышленности
10% промышленных расходов составляют потери металла в
стружку, стоимость которой в 10 раз меньше стоимости исход-
ного металла. Другим путем было установлено, что ежегодно
превращается в стружку 20% перерабатываемого металла.
Истощение наших естественных 'ресурсов, в особенности ме-
талла, ставит перед нами серьезные проблемы. Мы зависим от
импорта многих легирующих элементов. Поэтому экономное рас-
ходование металла имеет для нас первостепенное значение.
Обработка металла без снятия стружки
13
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ экономия
Для обработки металлов без снятия стружки требуется
сравнительно меньшее количество машин, чем при резании ме-
таллов, в результате чего получается дополнительная экономия
средств на капитальных вложениях на оборудование.
Экономия, получаемая за счет полного или частичного
устранения снятия стружки, может быть больше, если обра-
ботке подлежат изделия сложной формы, не считая экономии
на инструменте, который при изготовлении этих изделий ре-
занием работает в более тяжелых условиях. Преимуществом
холодной пластической деформации металла является также
и то, что улучшаются физические свойства последнего и в неко-
торых случаях становится ненужной последующая термообра-
ботка; кроме того, можно использовать более дешевые исход-
ные материалы: углеродистую или малолегированную сталь
вместо термически обработанной высоколегированной стали.
Также может быть получена высокая размерная точность и чи:
стота поверхности изделия. Часто достигается более высокая
производительность процесса обработки и затрачивается мень-
ше труда на изготовление изделий. В отдельных случаях стои-
мость изделия становится даже’ниже стоимости исходных ма-
териалов, используемых при прежних методах обработки.
Оборудование, на котором можно осуществить высокие дав-
ления в процессе пластической деформации металлов, и надле-
жащая смазка поверхности обрабатываемого металла позволя-
ют осуществлять значительные деформации стали без предва-
рительного нагрева. Поэтому можно ожидать, что, когда в
результате усовершенствования: процессов выплавки стали и
термической обработки появятся более чистые по составу и об-
ладающие лучшей пластичностью металлы, станет возможным
применять процессы, пластической деформации для обработки
большого числа высокоуглеродистых и легированных сталей.
Дальнейшее развитие этих процессов, вероятно, приведет к
более частому применению «полугорячего» формообразования,
представляющего собой комбинацию процесса снятия напряже-
ний и пластического деформирования при слегка повышенной
температуре.
Каждое металлообрабатывающее предприятие будет тща-
тельно рассматривать технологичность изделий еще на стадии
их проектирования -с точки зрения возможности применения ме-
тодов обработки без снятия стружки. Если результаты такого
анализа благоприятны, будет приниматься решение делать эти
детали самим или покупать их готовыми.
14
Глава 1
КАКИЕ ПРОЦЕССЫ ОТНОСЯТСЯ К ОБРАБОТКЕ МЕТАЛЛОВ
БЕЗ СНЯТИЯ СТРУЖКИ
В тех случаях, когда литейные процессы (литье в землю,
центробежное литье, литье в постоянные формы, литье под дав-
лением, литье в гипсовые формы, литье по выплавляемым мо-
делям, в оболочковые формы и т. д.) и процессы горячего пла-
стического деформирования (выдавливание, штамповка, высад-
ка, гибка, вытяжка и т. д.) обеспечивают получение изделий
требуемой формы, они могут быть также отнесены к процессам
металлообработки без снятия стружки. Однако эти процессы
давно известны и поэтому в книге не рассматриваются.
Горячая обработка металлов давлением находит широкое
применение благодаря тому, что для нее требуется минималь-.
ное количество энергии, идущей на формообразование изделий,
и она позволяет осуществить наибольшее преобразование формы
заготовки. Однако горячая обработка имеет тот недостаток, что
в процессе ее происходит окисление поверхности или образова-
ние окалины, что снижает качество поверхности и размерную
точность изделия. Кроме того, тепло от заготовки передается
на инструмент, что сокращает срок службы последнего. Одним
из решений этих проблем является применение импульсных
методов обработки, позволяющих до минимума сократить
время образования окалины и передачи тепла инструменту
(см. гл. 16).
В книге рассматриваются в основном методы холодной обра-
ботки стали и главным образом новые процессы, которые мо-
гут быть использованы для изготовления изделий вместо про-
цессов резания. Поэтому здесь совсем не рассматривается об-
работка листового материала: вытяжка, штамповка резиной,
гибка и другие операции, применяемые при холодной листовой
штамповке.
Не рассматриваются также процессы холодного волочения,
предназначенные для обработки горячетянутых стальных прут-
ков, труб, проволоки или полос различного сечения посредством
протягивания их через фильеры или между валками. Эти про-
цессы не рассматриваются еще и потому, что они в основном
предназначены для получения полуфабрикатов, а не готовых
изделий и осуществляются они на, металлургических заводах.
Не рассматривается здесь также изготовление бесшовных труб
прокаткой на конической оправке, носящей название процесса
«Рокрайт», разработанного фирмой «Тыоб редьюсинг корпо-
рейшен», и метод «Флотружен», разработанный фирмой «Флот-
ружен» и заключающийся в протягивании труб при помощи
фасонной оправки для получения изделия со стенками перемен-
Обработка металла без снятия стружки 15
ной толщины. Не рассматривается применение многороликовых
и регулируемых вытяжных головок для изготовления квадрат-
ных, прямоугольных и фасонных прутков, так как это тоже яв-
ляется одним из основных процессов, выполняемых на метал-
лургических заводах.
Из новейших процессов в книге детально разбираются сле-
дующие: накатка шлицевых валов и шестерен, ротационное
выдавливание, внутреннее профилирование ротационной ковкой,
радиальная ковка, холодное прессование многоступенчатых ва-
лов, холодное выдавливание и импульсная, или высокоэнергети-
ческая штамповка, включая обработку взрывом. Отдельные
главы посвящены также хорошо известным процессам холодной
высадки, накатки резьбы и ротационной ковки, имеющим нема-
ловажное значение в современной практике обработки металлов
без снятия стружки.
ДРУГИЕ ПРОЦЕССЫ ОБРАБОТКИ
Чтобы сконцентрировать внимание только на производст-
венных процессах обработки без снятия стружки и не увеличи-
вать объем книги, в ней лишь упоминается о таких методах об-
работки, как электроискровая, электролитическое шлифование,
ультразвуковой метод и химическое фрезерование, в результате
которых образуется своеобразная «стружка».
При электроискровой обработке пульсирующие разряды пе-
реходят от профильного электрода через диэлектрическую жид-
кую среду к обрабатываемому изделию, поверхность которого
постепенно эродирует. Этот процесс пригоден в основном для
образования полостей заданной формы в очень твердых мате-
риалах. Недостаток метода заключается в его низкой произво-
дительности, нежелательном и даже вредном образовании
высокой температуры на поверхности изделия, а также в не-
обходимости частой замены быстро изнашивающихся электро-
дов.
При ультразвуковой обработке жидкость, содержащая аб-
разивные частицы, протекает между быстро колеблющимися
инструментом и изделием, снимая с поверхности последнего ча-
стицы металла в соответствии с формой инструмента. Спе-
циальный преобразователь трансформирует электрическую энер-
гию в механическое движение инструмента, совершающего
30 000 колебаний в секунду. Этот процесс, подобно электроис-
кровому методу, может быть использован для сверления, нат
резки внутренней резьбы и прошивания отверстий сложной
формы. Однако он относительно мало производителен и не так
пригоден для обработки очень твердых материалов, как.элек-
16
Глава I
троискровой, хотя и не вызывает образования внутренних на-
пряжений и коробления изделия.
При химическом фрезеровании изделие погружают в резер-
вуар с химическим раствором, вытравливающим с него излишек
металла на тех участках, где это необходимо, и с нужной ско-
ростью. Поверхность изделия, не подлежащая обработке раство-
ром, защищается нейтральной легко снимаемой пленкой из
неопрена или винила. Процесс особенно удобен для уменьше-
ния веса крупных деталей, когда толщина снимаемого слоя ма-
териала должна быть небольшой. Применение его ограничивает-
ся тем, что' раствор стравливает металл не только в незащищен-
ных местах, но и частично подтравливает под нейтральной
пленкой.
При электролитическом шлифовании металл удаляется элек-
трохимическим путем и переходит в раствор, где образует ме-
таллические соли. Процесс подобен гальваническому, но изделие
в этом случае является анодом. Обычные шлифовальные станки
с абразивными кругами на металлической связке могут быть
приспособлены для электролитического шлифования и заточки
режущего инструмента, если станок соединить с источником по-
стоянного тока и подводить электроэнергию при низком напря-
жении к шпинделю шлифовального круга и к затачиваемому
инструменту или к приспособлению, в котором закреплен инст-
румент или изделие.
Специальный, не вызывающий коррозии, соляной раствор
служит как охлаждающая жидкость и как электролит для про-
хождения тока между абразивным кругом и изделием. Этот
метод обработки может быть также применен для прошивания
отверстий и снятия металла при образовании полостей.
ПОРОШКОВАЯ МЕТАЛЛУРГИЯ
Порошковая металлургия — один из сравнительно новых про-
цессов— также не нашел отражения в данной книге, потому
что это специальная область техники, о которой написана не
одна книга. Это — высокопроизводительный метод изготовления
изделий из весьма тугоплавких металлов и их сплавов, которые
не могут быть получены обычными литейными методами.
Заранее определенное количество смешанных металлических
порошков укладывается в прессформу и подвергается давлению.
Полученная прессованием заготовка имеет форму, близкую к
форме готового изделия. Чтобы придать заготовке необходимую
прочность, ее помещают в печь, где металл, из которого она со-
стоит, спекается при температуре несколько ниже точки его
плавления.
Обработка металла без снятия стружки 17
Изделия из металлического порошка иногда чеканят для
получения лучшей чистоты поверхности, уплотнения металла
или повышения точности размеров. Последующими операциями
могут быть термическая обработка и обработка резанием.
К достоинствам порошковой металлургии относится воз-
можность достижения высокой производительности при низких
затратах на рабочую силу и исключение или уменьшение отхо-
дов в виде стружки. К недостаткам процесса относятся: сравни-
тельно высокая стоимость исходных материалов, непрочность
изделий, не подвергнутых инфильтрации, чеканке и другим вто-
ричным операциям, а также высокая стоимость прессформ, ко-
торая оправдывается только при изготовлении изделий больши-
ми партиями.
ОБРАЗОВАНИЕ ПОЛОСТЕЙ
В МАТРИЦАХ ВДАВЛИВАНИЕМ
Хотя вдавливание и является хорошим примером холодного
пластического деформирования стали, оно в данной книге не
рассматривается, так как представляет собой метод образова-
ния полостей в прессформах и кокилях, высадочных и ковоч-
ных штампах.
При осуществлении операции вдавливания закаленный и хо-
рошо отполированный пуансон, представляющий собой форму
получаемой полости, вдавливается под большим давлением в
стальную заготовку, изготовленную из специальной или простой
углеродистой стали. При вдавливании иногда требуется перио-
дический отжиг заготовки. По окончании вдавливания изделие
подвергается цементации, закалке или хромированию.
ПОЛИРОВАНИЕ
Еще один процесс пластического деформирования метал-
лов— полирование обкаткой, здесь также не рассматривается,
так как он служит для повышения чистоты поверхности или точ-
ности изделия без изменения его формы. К разновидностям по-
лирования относятся: полирование роликами, протягивание ша-
ровыми протяжками и др.
Внутренние и наружные цилиндрические поверхности (от-
верстия цилиндров двигателей внутреннего сгорания, галтелей
валов, подвергаемых кручению и изгибу, и несущих поверхно-
стей осей железнодорожного подвижного состава) окончательно
обрабатываются накаткой роликами, прижимаемыми к враща-
ющимся деталям. Такая обработка увеличивает усталостную
9 4. Уик
18
Глава I
прочность сильно нагруженных деталей, твердость и износо-
стойкость несущих поверхностей.
Для полирования отверстий малых диаметров' применяется
метод, основанный на использовании вращающейся многороли-
ковой головки. В головке размещены по периферии центральной
оправки на равных расстояниях друг от друга конусные ролики,
оси которых для обеспечения эффекта самоподачи слегка на-
клонены к оси головки. Оправка имеет конусность, обратную
конусности роликов. Это позволяет раздвигать ролики в ради-
альном направлении для получения заданного диаметра от-
верстия.
Протягивание шаровой протяжкой применяется для крепле-
ния втулок в зубчатых колесах или в других деталях без
использования шпонок, шпилек и шлицев. Этим методом в
отверстии детали при помощи пластического деформирования
образуются продольные канавки, отделенные друг от друга не-
высокими гребнями. При запрессовке втулки в протянутое от-
верстие гребни смещают более мягкий материал втулки в ка-
навки отверстия, образуя их соединение.
ГЛАВА 2
ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПЛАСТИЧЕСКОГО
ДЕФОРМИРОВАНИЯ МЕТАЛЛОВ
Основные сведения о свойствах стали, ее кристаллической
структуре и пластическом деформировании весьма необходимы
для более полного 'понимания описываемых в этой книге про-
цессов обработки металлов без снятия стружки.
Данная глава не является каким-то металлургическим по-
собием, поскольку этим вопросам посвящено много специаль-
ных книг. Она скорее представляет собой попытку показать
в простом изложении некоторые наиболее важные основы,
относящиеся к главной теме настоящей книги, а именно основы
холодного пластического деформирования стали посредством
различных технологических процессов обработки без снятия
стружки.
МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МЕТАЛЛОВ
Одним из наиболее важных свойств металлов в отношении
описываемых ниже технологических процессов надо считать
сопротивление металла деформированию. Это сопротивление
можно измерить различными путями.
Прочность металлов — мера способности противостоять на-
грузке без разрушения или заметной остаточной деформации.
Пластичность — способность металлов к устойчивому изме-
нению формы без разрушения.
Дуктильность — качественное понятие, характеризующее от-
носительную пластичность металла под действием растягива-
ющей нагрузки и измеряемое величиной устойчивого удлинения
до момента разрыва.
Ковкость — качественное понятие об относительной степени
устойчивого деформирования металла под действием сжимаю-
щих усилий без разрушения.
Упругость—/способность металла восстанавливать первона-
чальную форму после снятия нагрузки.
Вязкость — совокупный критерий прочности и способности
металла устойчиво деформироваться без разрушения. Непосред-
2*
20
Глава 2
ственно не измеряется, но косвенным показателем вязкости яв-
ляется ударная вязкость.
Ударная вязкость — способность металла сопротивляться
динамическим нагрузкам. Обычно измеряется величиной энер-
гии (кем), требующейся для разрушения надрезанных образцов
(по Изоду или Шарли) на маятниковом копре. Однако на по-
казатели ударных испытаний влияют многие факторы, так что
результаты испытаний не имеют смысла, если не определены
характер испытания и особенности металлургического произ-
водства образцов.
Хрупкость — качественное понятие, характеризующее недо-
статочную вязкость. Хрупкие металлы не выдерживают без
разрушения заметной пластической деформации и обладают
малой ударной вязкостью.
Твердость — понятие, объединяющее несколько различных
свойств материала. Преимущественно твердость — это сопро-
тивление истиранию, резанию, вдавливанию, износу или устой'
чивой деформации. В большинстве случаев при испытаниях на
твердость измеряют глубину отпечатка от сферического, пира-
мидального или конического индикатора. Из различных испы-
таний этого рода следует упомянуть испытания по Роквеллу,
Бринеллю, Виккерсу и по способу Монотрон. Как показывают
испытания на растяжение, повышение твердости, или сопротив-
ление деформированию, непосредственно зависит от упроч-
нения.
Жесткость—критерий сопротивляемости прогибу или изгибу
под локальной нагрузкой, приложенной к изделию, который за-
висит от прочности и упругости материала, а также от размеров
изделия.
ДИАГРАММА НАПРЯЖЕНИЕ - ДЕФОРМАЦИЯ
Один из наиболее широко используемых видов испытаний
металлов—г испытание на растяжение. При этих испытаниях
образец металла постоянного сечения и стандартной длины по-
степенно нагружают до разрушения. Измерение величины при-
лагаемой нагрузки и изменение длины испытуемого образца
дают исходные величины для построения диаграммы напряже-
ние— деформация (фиг. 1). Такую кривую можно получить из
данных диаграммы нагрузка — растяжение, автоматически за-
писываемых специальным устройством на испытательной маши-
не на растяжение или определяемых по результатам отдельных
замеров.
Напряжение есть мера внутренних сил в изделии, оказыва-
ющих сопротивление приложенным внешним нагрузкам. В ис-
Физические основы пластического деформирования металлов
21
пытаниях на растяжение напряжение выражается силой, при-
ходящейся на единицу площади поперечного сечения и полу-
чающейся от деления приложенной нагрузки на площадь
исходного поперечного сечения испытуемого образца.
Область упругих деформаций
ПЯппгтн пппг.тнирг.ниг
Относительная деформация, °/0
Фиг. 1. Диаграмма 'напряжение — деформация, полученная
при испытании образца на растяжение.
Деформация — мера изменения размеров или формы тела,
отнесенная к их первоначальным значениям. Если деформация
есть безразмерная величина, то она выражается как изменение
единичного линейного размера (в долях мм на один милли-
метр длины или в процентах от длины). При испытаниях на
растяжение принято измерять только одну составляющую, на-
зывая ее «деформацией». В этих случаях линейной деформаци-
ей является удлинение, или изменение длины образца, получае-
мое как результат деления приращения длины образца на его
первоначальную длину.
Начальный участок кривой на диаграмме напряжение —
деформация представляет .собой прямую линию, характеризую-
щую пропорциональность изменения деформации от нагрузки в
22
Глава 2
соответствии с законом Гука. Точка, где прямая линия перехо-
дит в кривую, соответствует пределу пропорциональности, т. е.
тому высшему напряжению, при котором металл еще сохраняет
способность восстанавливать начальные размеры после снятия
нагрузки (иными словами, выдерживать нагрузки без остаточ-
ной деформации). Хотя предел упругости и предел пропор-
циональности практически почти одно и то же, все же предел
упругости в действительности бывает несколько выше. Предел
упругости изменяется, например, от 21 кг/мм2 для малоуглеро-
дистой стали до 70 кг)мм2 и более для термически обработан-
ной легированной стали.
Такие металлы, как малоуглеродистая сталь, под дейст-
вием напряжения определенной величины, превышающего
предел упругости, начинают удлиняться уже без увеличения
нагрузки. Это напряжение называется пределом текучести. Кри-
вые на диаграммах характеризуются наличием определенной
точки перегиба в этом месте (см. фиг. 1). На таких кривых
имеются верхний и нижний пределы текучести. Так как преде-
ла текучести не существует для материалов, которые не обна-
руживают отчетливо выраженного свойства текучести, понятие
о соответствующем напряжении используется только в конст-
рукционных целях. Предел текучести обычно определяется
как напряжение, при котором у металла явно обнаруживается
ограниченное отклонение от предела пропорциональности. Ча-
сто это называют напряжением, при котором остаточная дефор-
мация достигает постоянной величины 0,2% (т. е. 0,002 мм/мм).
Напряжение текучести можно определить из диаграммы напря-
жение— деформация по методу, иллюстрируемому фиг. 2. Ли-
нию ВС проводят параллельно линии ОА. Пересечение линии
ВС с кривой на диаграмме в точке X дает максимальную вели-
чину напряжения, называемую (условно) пределом текучести.
ПРЕДЕЛ ПРОЧНОСТИ ПРИ РАСТЯЖЕНИИ
За пределом текучести напряжение достигает максимального
значения, известного под названием предела прочности при
растяжении, или просто предела прочности. В этот момент при
испытаниях на растяжение хрупкие материалы разрушаются,
а у образцов из пластичных материалов поперечное сечение
быстро сокращается даже при уменьшении нагрузки до тех пор,
пока образец не разрушится. Форма кривой в области пласти-
ческой деформации- зависит главным образом от скорости де-
формации и степени наклепа. Деформационное упрочнение рас-
сматривается ниже в разделе о механизме процессе и его влия-
нии на пластическую деформацию.
Напряжение
Ф и г. 2. Диаграмма, показывающая метод определе-
ния предела текучести совмещением.
Фиг. 3. Кривая истинных напряжений, полученная на
основании данных испытания образца на растяжение
при постоянной скорости деформирования.
24
Глава 2
Так называемый предел прочности при растяжении есть
просто максимальная зарегистрированная нагрузка, отнесенная
к исходной площади поперечного сечения образца, замеренного
перед началом испытаний. Поскольку эта площадь значительно
сокращается до достижения максимального' напряжения, по-
следнее не является ни «предельным», ни напряжением, прихо-
дящимся на единицу поперечного сечения. Поэтому оно имеет
относительно малое значение применительно к операциям пла-
стического деформирования и не характеризует действительных
максимальных напряжений, возникающих при пластическом де-
формировании металла.
КРИВАЯ ИСТИННЫХ НАПРЯЖЕНИИ
Так как техническая кривая напряжение — деформация не
дает четкого представления о пластическом поведении металла,
по тем же данным можно построить так называемую кривую
истинных напряжений, показанную на фиг. 3. Истинное напря-
жение определяется делением приложенной силы на фактиче-
скую площадь сечения при данной нагрузке. Истинная дефор-
мация есть сумма приращений всех деформаций в процессе
испытания. Она определяется путем интегрирования прираще-
ний деформации, т. е. сложением изменений длины, отнесенных
к длине, существовавшей к моменту возникновения каждого
изменения. Такое интегрирование показывает, что истинная де-
формация есть натуральный логарифм конечной длины, разде-
ленной на первоначальную длину.
Кривая истинных напряжений на фиг. 3 получена при испы-
таниях на растяжение при малой и постоянной скорости де-
формирования при постоянной температуре. Как видно из этой
кривой, разрушающее напряжение превышает предел прочно-
сти при растяжении, а не меньше того его значения, которое
дает техническая диаграмма напряжение — деформация. На-
клон кривой между пределом текучести в точке У и пределом
прочности в точке U непрерывно изменяется, а затем до разру-
шающего напряжения в точке F изменение протекает медлен-
нее. Наклон кривой служит мерой скорости деформационного
упрочнения.
Пользование диаграммой истинных напряжений предпола-
гает необходимость внесения поправки, чтобы получить кривую
напряжений, соответствующих растяжению образца без образо-
вания шейки (вызывающих радиальные и касательные напря-
жения). Величина поправки зависит от радиуса кривизны шей-
ки. Кривая истинных напряжений с учетом таких поправок
показана на фиг. 3 пунктиром.
Физические основы пластического деформирования металлов 25
Надо отметить, что на фиг. 3 приведена диаграмма истин-
ных напряжений для высокопрочной горячекатаной стали
SAE-4140. Нормально эту сортовую горячекатаную сталь нель-
зя подвергать пластическому деформированию вхолодную. Ее,
как правило, приходится отжигать до сфероидального состо-
яния.
При испытании пластичных материалов на растяжение ве-
личины относительного удлинения и уменьшения площади попе-
речного сечения образца могут служить мерой пластичности
металла. Сокращение площади поперечного сечения испытуе-
мого образца служит показателем при выборе металла для од-
них целей, а удлинение — при выборе металла для иных назна-
чений. Диаграммы напряжение — деформация, получаемые при
испытаниях на сжатие, подобны диаграммам, снимаемым при
испытаниях на растяжение, с той лишь разницей, что в первом
случае площадь поперечного сечения образца возрастает, а во
втором — уменьшается.
Определение истинных значений напряжения является тру-
доемким процессом. И хотя получаемые при этом фактические
данные полезны при специальных исследованиях, практическая
применимость этого метода испытаний при операциях холодной
обработки давлением ограничивается допустимыми сроками и
наличием лабораторного оборудования. Обычно более надежно
пользоваться показателями твердости металла, характеризую-
щими пределы операции по холодной обработке давлением и по
отжигу. Однако многое зависит от конструкции изделия, т. е.
его размеров, формы и количества деформируемого за данную
операцию металла, а также и от его химического состава.
КРИСТАЛЛИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА МЕТАЛЛОВ
Во всех металлах атомы образуют в кристаллах (зернах)
геометрически правильную трехмерную структуру. Когда за-
твердевают расплавы разных металлов, возникают различные
кристаллические структуры. Кристаллы начинают образовы-
ваться одновременно во многих точках. Каждый кристалл по-
степенно растет из зародыша — атомы выстраиваются в пра-
вильном порядке на определенных расстояниях друг от друга
(под действием сил отталкивания и притяжения между атома-
ми) — пока его рост не задерживается другими вырастающими
кристаллами. Последнее обстоятельство лишает отдельные кри-
сталлы способности приобретать симметричную внешнюю фор-
му. Однако в отношении внутреннего расположения атомов в
пространстве кристаллы одного и того же металла всегда иден-
тичны друг другу. Металлурги называют эти кристаллы непра-
26
Глава 2
вильной формы зернами. Общая регулярность размещения ато-
мов имеет ту или иную пространственную ориентацию, хотя со-
седние кристаллы редко ориентированы совершенно одинаковое
Свойства металла зависят главным образом от характери-
стик атомов, размеров, формы и расположения кристаллов или
зерен. Эти факторы в свою очередь зависят от состава металла,
претерпеваемого им в процессе термической обработки превра-
щения и от степени его деформации.
В большинстве случаев атомы в металлах располагаются в
узлах той или иной из трех кристаллических решеток: гране-
центрированного куба, объемноцентрированного куба и плотно-
упакованной гексагональной решетки. В кубических решетках
существуют три равновеликие и взаимно перпендикулярные оси.
В гексагональной же решетке три равные по длине оси распо-
лагаются в одной плоскости, но наклоненные друг к другу под
углом 120°, а четвертая, неравная им по длине, ось перпенди-
кулярна трем остальным осям.
В объемноцентрированной кубической решетке в каждой
вершине куба находится по одному атому, и еще один атом
располагается в центре. Таким строением обладают как низ-
котемпературная (от 910° С), так и высокотемпературная (свы-
ше 1430°С) модификации железа (соответственно альфа-желе-
зо и дельта-железо), хром, молибден, тантал и вольфрам.
Структура с решеткой гранецентрированного куба характе-
ризуется наличием одного атома в каждой вершине куба и
одного атома в центре каждой грани. В этой решетке кристал-
лизуются среднетемпературная (910—1430°С) модификация же-
леза (гамма-железо), медь, алюминий, никель, свинец, серебро,
платина и золото.
Гексагональные плотноупакованные решетки можно охарак-
теризовать как шестигранные призмы с семью атомами на верх-
ней и нижней гранях, образующими шестигранники с одним
атомом в центре каждой и тремя атомами между верхней и
нижней гранями. Этот вид структуры присущ магнию, титану,
кобальту, цинку и кадмию.
ТВЕРДЫЙ РАСТВОР И НЕОДНОРОДНЫЙ СПЛАВ
Чистый металл состоит из многочисленных кристаллов од-
ного и того же вида. Двойные сплавы, получающиеся при при-
садке одного металла к другому, могут иметь однородную ми-
кроструктуру твердого раствора, в которой все зерна имеют
одинаковый состав. Это является результатом того, что метал-
лы, полностью растворившись друг в друге в расплавленном
состоянии, остаются по составу неизменными и в твердом состо-
Физические основы пластического деформирования металлов 27
янии. Могут быть также и неоднородные сплавы, когда два
металла растворяются в расплавленном состоянии не полно-
стью, так что окончательная структура состоит из отдельных
зерен, представляющих как твердый раствор, так и интерметал-
лические соединения. Кристалл одного вида может внедриться
в маточную основу другого или расположиться по границам
между зернами. Присадка третьего металла может привести к
образованию либо однородного твердого раствора, либо неод-
нородной структуры.
ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ СТАЛИ
Хотя все стали содержат углерод, термины «углеродистая
сталь» или «обычная углеродистая сталь» употребляются для
обозначения стали, к которой не добавлялись в заметном коли-
честве легирующие элементы. Обычные углеродистые стали
представляют собой сплавы железа с углеродом с небольшими
добавками марганца, фосфора, серы и кремния. Поскольку эти
стали относительно дешевы, очень мягки и легко обрабатыва-
ются, они находят широкое применение, если это допускается
техническими условиями.
Углерод легко растворяется в гамма-железе. Такой твердый
раствор называется аустенитом. Но когда его, медленно охлаж-
дая, доводят до температуры около 700°С, железо из гамма-
модификации превращается в альфа-железо (феррит), способное
растворить лишь небольшое количество углерода. Поэтому ра-
створенный в гамма-железе углерод при температуре 700° вы-
падает из раствора и образует карбид железа, называемый
цементитом. Относительно твердый и хрупкий цементит в зна-
чительной степени влияет на свойства стали, поскольку вклю-
чения цементита повышают сопротивление зерен деформиро-
ванию.
При комнатной температуре обычная углеродистая сталь
(содержащая до 0,851% углерода) в отожженном состоянии
представляет собой смесь феррита (сравнительно чистого же-
леза) и перлита (смесь феррита и цементита в соотношении
около 13% цементита и 87% феррита). Количество перлита в
зависимости от термообработки практически колеблется от ну-
ля в сталях, содержащих 0,05% углерода, до 100% в сталях с
содержанием 0,85}% углерода. Таким образом, увеличивая со-
держание углерода в стали благодаря образованию перлита,
повышают ее прочность, твердость и сопротивление пластиче-
ской деформации в отожженном состоянии.
На свойства стали, кроме содержания углерода, влияет ее
микроструктура (в особенности размеры, форма и распределе-
28
Глава 2
ние частиц цементита). Более высокоуглеродистые стали со-
храняют упругость до более высоких напряжений, после чего
начинают «течь». При повышении содержания углерода умень-
шаются вязкость и ударная вязкость, но улучшается износостой-
кость. Чем ниже содержание углерода, тем выше пластичность
стали для холодной обработки давлением.
ЛЕГИРОВАННЫЕ СТАЛИ
Во многих практических случаях требуется улучшать свой-
ства сталей, особенно способность к упрочнению при термиче-
ской обработке, что достигается добавками легирующих эле-
ментов. Добавки неодинаково влияют на свойства легируемой
стали.
Никель повышает прочность, твердость и упругость стали
без потери или с очень небольшой потерей пластичности, повы-
шает вместе с тем сопротивление ударным нагрузкам и задер-
живает рост зерен.
Хром повышает прочность, твердость и вязкость, улучшая
износостойкость стали.
Молибден повышает прочность, твердость, вязкость и уп-
ругость стали, не снижая пластичности. Он образует устойчивые
карбиды, способствуя мелкозернистости структуры и повыше-
нию вязкости стали на разных уровнях твердости.
Вольфрам образует плотную и мелкозернистую структуру
в стали. В других отношениях он обладает преимуществами
молибдена, но содержание 1 % молибдена в стали эквивалент-
но лишь содержанию 2—0% вольфрама.
Ванадий замедляет рост зерна и способствует образова-
нию в стали мелкозернистой структуры. Он также повышает
прочность, твердость, упругость и сопротивление ударным и пе-
ременным нагрузкам, способствуя образованию в стали проч-
ных карбидов.
Кобальт повышает прочность и твердость стали и усили-
вает действие прочих легирующих элементов.
Алюминий, будучи сильным раскислителем, задерживает
рост зерна, ограничивая этот процесс и повышая как проч-
ность, так и твердость.
Марганец присутствует во всех-сталях. При его содержа-
нии свыше 1,65% сталь классифицируется как легирован-
ная. Содержание марганца можно увеличить для повышения
прочности и твердости при незначительном снижении пластич-
ности. Однако в высокоуглеродистых сталях влияние марган-
ца в этом отношении сказывается сильнее, чем в малоуглеро-
дистых.
Физические основы пластического деформирования металлов
29
Обычно содержание фосфора в стали стараются всяче-
ски понижать (выдерживать на уровне не свыше 0,10%), так
как он делает сталь хладноломкой. Но небольшое содержа-
ние фосфора повышает прочность, твердость и текучесть
стали.
Кремний в небольших количествах тоже присутствует во
всех сталях как раскислитель и поглотитель газов. В количест-
вах до 2,5% он повышает предел прочности при растяжении,
твердость и текучесть за счет небольшой потери пластичности.
Однако при содержании свыше 2,5:% кремний придает стали
хрупкость. При правильном выборе содержания кремния и
марганца сталь становится необычно высокопрочной при со-
хранении хорошей пластичности и ударной вязкости.
Для того чтобы придать стали необходимые характери-
стики, в нее вводят несколько легирующих элементов. Сочета-
ние двух или нескольких элементов обычно придает стали ха-
рактерные свойства каждого из них, а общий эффект обычно
бывает выше, чем дает суммирование отдельных эффектов.
Например, ванадий усиливает действие хрома и придает боль-
шую прочность, вязкость и сопротивление усталости. Совокуп-
ное действие хрома и никеля тоже повышает пластичность и
вязкость стали.
МИКРОСТРУКТУРА СТАЛИ
Микроструктура — один из главных факторов, определяю-
щих свойства стали. При нагреве стали до температуры выше
критической точки феррит и цементит образуют аустенит.
Зерна аустенита в момент образования 'бывают очень малы,
но с повышением температуры растут до определенной величи-
ны и затем уже не увеличиваются в размерах. Хотя аустенит
обычно отсутствует в охлажденных сталях, зернистость ферри-
та и перлита отражает размеры зерен аустенита до его прев-
ращения. На свойства стали в значительной степени влияет
размер зерен аустенита.
Если обычную углеродистую сталь, содержащую около
0,80% углерода, медленно охлаждать до температуры образо-
вания аустенита, то феррит и цементит выделяются вместе и
образуют характерную перлитную структуру. В стали с содер-
жанием углерода менее 0,80% избыточный феррит выделяется
по границам зёрен. Чем быстрее идет охлаждение, тем ниже
температура, при которой происходит превращение в перлит.
При еще большей скорости охлаждения аустенит превращает-
ся непосредственно в мартенсит при температурах ниже 232°С.
Мартенсит—самая твердая и хрупкая микроструктура, если
30
Глава 2
его не подвергать отпуску, а количество его зависит от скоро-
сти охлаждения стали до температуры, при которой заканчи-
вается образование мартенсита.
Сфероидизация — термическая обработка стали, состоящая
в длительной выдержке ее при соответствующей температуре
с последующим медленным охлаждением, сопровождающимся
образованием крупных шаровидных частиц цементита. Обрабо-
танные таким образом стали мягки, пластичны и обладают изо-
тропной структурой. Это делает их особенно пригодными для
пластического деформирования. Другой вид термической обра-
ботки, которому подвергают высокоуглеродистую стальную про-
волоку,— патентирование — способствует образованию чрезвы-
чайно малых частиц цементита, создающих прочную вязкую
сталь.
ХОЛОДНАЯ ОБРАБОТКА ДАВЛЕНИЕМ
Обработка металла давлением представляет собой процесс
формообразования, осуществляемый в холодном или горячем
состоянии при помощи механических устройств, воспроизводя-
щих растягивающие, сжимающие или сдвигающие усилия или
комбинацию всех трех. Эта классификация исключает процессы
резания металлов и литья.
Холодная обработка давлением может быть определена как
пластическая деформация металлов при температурах ниже тем-
ператур рекристаллизации, в результате которой происходит
упрочнение металла, или наклеп. Температура рекристаллиза-
ции для холодно-обработанных сталей колеблется в пределах
510—704 °C и зависит от скорости и степени деформации ме-
талла.
Горячая обработка давлением — это пластическая деформа-
ция металлов при температурах выше температур рекристалли-
зации. Преимущества горячей обработки давлением заключают-
ся в малом сопротивлении деформированию, высокой степени
пластичности, получении мелкозернистой структуры и улучше-
нии в связи с этим механических свойств. К недостаткам горя-
чей обработки относятся окисление и образование окалины на
поверхности (процессы, которые можно в известной мере кон-
тролировать), относительно низкая чистота поверхности и не-
экономичность в связи с необходимостью дополнительной обра-
ботки.
Некоторые операции горячей обработки давлением могут
быть заменены или дополнены холодной пластической дефор-
мацией. Однако их влияние на кристаллическую структуру и
свойства обработанного изделия различны. В то время как в
Физические основы пластического деформирования металлов 31
процессе горячей обработки структура стали становится более
мелкозернистой, при холодной пластической деформации зерна
частично разбиваются и зернистая структура нарушается. При
холодной обработке требуется применение более высоких дав-
лений, чем при горячей. Поэтому, поскольку холодная обработ-
ка выполняется при температурах ниже температур рекристал-
лизации, в процессе ее не происходит улучшения кристалличе-
ской структуры металла. Следовательно, могут возникнуть
дефекты в кристаллической структуре металла. Ориента-
ция осколков верен, или «блоков», несколько различна, но они
стремятся повернуться в устойчивое ориентированное поло-
жение. «Блоки» состоят из осколков частиц различных раз^
меров.
По мере осуществления операций холодной обработки дав-
лением пластичность металла уменьшается часто до такой сте-
пени, что продолжать обработку становится возможным только
после частичного снятия внутренних напряжений или полного
отжига. В процессе холодной обработки давлением достигается
требуемая ориентация зерен и повышается прочность и твер-
дость изделия. Однако пластичность металла заметно умень-
шается. Холодная обработка давлением имеет совершенно опре-
деленные преимущества перед горячей обработкой при изготов-
лении некоторых видов изделий. Эти преимущества заключаются
в том, что в процессе холодной обработки меньше расходуется
металла, увеличивается срок службы инструмента и приспособ-
лений, структура и свойства металла получаются более одно-
родными благодаря промежуточному отжигу и последующему
снятию напряжений. Кроме того, при холодной обработке дав-
лением можно выдержать более узкие допуски на размеры и
получить лучшую чистоту поверхности.
ПЛАСТИЧЕСКАЯ ДЕФОРМАЦИЯ
Когда металл подвергается воздействию внешней нагрузки,
он ведет себя либо как упругое, либо как пластичное тело. Го-
ворят, что металл упругий, если он после снятия нагрузки при-
нимает первоначальную форму, и пластичный — если изменения
формы остаются и после снятия нагрузки. В то время как за-
кономерности поведения металла в упругом состоянии довольно
хорошо изучены, значительно сложнее определить их для пла-
стичных металлов. Развитие теории пластической деформации
и упрочнения, например теории трехмерного напряженного со-
стояния, теории дислокации и теории истечения и разрушения,
настолько усложнилось, что обсуждение этих теорий выходит за
рамки данной главы. Читатели, интересующиеся этими вопро-
32
Глава 2
сами, могут найти соответствующие материалы в литературных
источниках, помещенных в конце книги.
Когда металл нагружается выше предела упругости, в нем
возникают пластические деформации, и изделие уже больше не
возвратится к своей первоначальной форме. Происходит дефор-
мация кристаллов металла в результате скольжения, изгиба и
вращения или образования двойников осколков кристаллов
либо в результате комбинаций всех четырех процессов.
Скольжение представляет собой перемещение одной части
кристалла относительно другой вдоль определенной плоскости,
называемой плоскостью скольжения. Это перемещение элемен-
тов кристаллической решетки легче всего происходит вдоль
плоскостей с наиболее густо расположенными атомами. Линии
скольжения представляют собой пересечение плоскостей сколь-
жения с плоскостью поверхности. При сильном оптическом уве-
личении можно часто видеть, что отдельная линия скольжения
состоит из нескольких линий, которые вместе называют полосой
скольжения. Наличие полос скольжения—параллельных линий
пластически деформированных кристаллов — указывает на то,
что одна часть кристалла переместилась относительно другой,
соседней с ней. По мере увеличения деформации число систем
скольжения также увеличивается. Каждая последующая дефор-
мация требует больших напряжений, чем предыдущая, и приво-
дит к появлению новых линий скольжения. Таким образом, пол-
ная деформация является суммой множества небольших пе-
ремещений вдоль бесчисленных плоскостей скольжения.
Образование двойников кристаллов, или двойникование,
представляет собой смещение полного сечения кристалла в дру-
гую позицию, симметричную относительно определенной плос-
кости решетчатой структуры остающегося кристалла.
Переориентированная часть является зеркальным отображе-
нием основного кристалла. Этот процесс по своему характеру
является сдвигом, и новая ориентация более благоприятна для
скольжения.
ПЛАСТИЧНОСТЬ
Одним из ограничивающих и управляющих факторов во
всякой операции обработки давлением является степень пла-
стичности материала. Поэтому взаимосвязь между напряжением
и деформацией при пластическом деформировании является
предметом интенсивного изучения, и для описания течения пла-
стичных металлов при заданных условиях составлены мате-
матические уравнения и сформулированы законы. Однако эти
сложные математические выкладки находятся вне рамок дан-
Физические основы пластического деформирования металлов
33
ной книги, и интересующегося ими читателя мы отсылаем к
литературным источникам, помещенным в конце книги.
Металлы, подобно жидкостям, почти несжимаемы. Умень-
шение объема стали под давлением так мало, что им можно пре-
небречь при рассмотрении пластической деформации. Заметное
уменьшение объема металла может быть достигнуто при горя-
чей обработке, как, например, при прокатке или ковке слитков,
блюмсов, сутунок, слябов и прутков. При холодной обработке
металлов давлением практически происходит увеличение объема
(при уменьшении плотности). Однако весьма незначительное
изменение объема, не превышающее 0,3%, происходит при чрез-
вычайно тяжелых режимах обработки давлением. Очевидно, это
результат того, что нарушенная кристаллическая структура об-
работанного при таких условиях металла мешает ему уплот-
ниться, так.же как и при недеформированной кристаллической
структуре.
Если после обработки давлением металл подвергнуть отжи-
гу, то его плотность и объем возвратятся к нормальному состоя-
нию. Металлы, обладающие лучшими пластическими свойства-
ми, это те, у которых существует наибольший интервал между
пределом текучести и пределом прочности при растяжении.
Этот интервал у большинства металлов характеризуется ли-
нейной зависимостью между уменьшением площади поперечного
сечения и напряжением.
ТЕЧЕНИЕ МЕТАЛЛА В ПРОЦЕССЕ ВЫДАВЛИВАНИЯ
Для изучения течения металла берут цилиндрическую бол-
ванку, разрезают ее на части вдоль оси, на каждой из которых
наносят сетку из взаимно перпендикулярных линий. Затем эту
болванку подвергают обработке давлением, в результате чего
на поверхности изделия получается новый рисунок, который
дает картину течения металла в процессе выдавливания. Иног-
да достаточно изделие после выдавливания подвергнуть макро-
травлению, чтобы определить, как перемещается металл. Дру-
гим способом изучения линий течения металла является выбо-
рочное сверление отверстий в болванке, в которые затем встав-
ляются медные стержни или проволока, и в таком виде болванка
подвергается выдавливанию. Затем изделия разрезают в том
месте, где желательно изучить характер течения металла. В ре-
зультате таких исследований было установлено, что при обрат-
ном выдавливании внутренняя поверхность подвергается боль-
шим деформациям, чем наружная. При прямом выдавливании
чашеобразных заготовок наружная поверхность деформируется
больше, чем внутренняя.
3 Ч. Уик
34
Глава 2
ВЛИЯНИЕ ХОЛОДНОГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ
Пластическое течение металла, при котором происходит
устойчивое деформирование кристаллов, сопровождается за-
метными изменениями физических и механических 'Свойств ме-
талла. Повышаются предел прочности при растяжении, предел
текучести и твердость, и уменьшается пластичность или способ-
ность металла принимать заданную форму. Затем, если дефор-
мация кристаллов продолжается, металл становится хрупким и
возникают большие о-статочные напряжения как следствие того,
что деформация протекала неравномерно.
Выдвинуто много сложных теоретических объяснений упроч-
нения металла при устойчивом деформировании в процессе
обработки. Но одно можно сказать, что, поскольку кристаллы
претерпевают пластическую деформацию, усилия, необходимые
для сдвига кристаллических решеток, должны увеличиваться
по мере того, как металл становится тверже и прочнее.
Вульф, Тэйлор и Шелер в своей книге «Металлургия для
инженеров» предлагают следующее упрощенное объяснение,
почему упрочняется металл в процессе холодной обработки дав-
лением.
1. Когда блоки атомов перемещаются в плоскостях сколь-
жения, то некоторые отдельные атомы могут быть вытянуты из
кристаллических решеток и зажаты между блоками, что пре-
пятствует дальнейшей деформации. Эти атомы больше не при-
надлежат какой-нибудь нормальной кристаллической решетке и
рассматриваются как аморфный металл.
2. Вместо отдельных атомов из кристаллической решетки
могут быть вырваны и размещены на плоскостях скольжения
большие частицы, состоящие из многих атомов,— это гипотеза
фрагментарной теории.
3. Вся кристаллическая решетка может быть деформирова-
на и плоскости скольжения перекручены или искривлены, в ре-
зультате чего будет затруднено обычное скольжение блоков,
атомов. Это составляет основу теории искривленных решеток,
служащей для объяснения явления упрочнения металла.
Вследствие неоднородной ориентации кристаллов возникает
сопротивление скольжению, или торможение. В процессе сколь-
жения возрастает сопротивление зерен дальнейшему скольже-
нию. Так же, по мере увеличения деформации, отдельные зерна
скользят преимущественно в направлении деформирования и
соответственно вытягиваются в этом направлении. Когда вслед-
ствие механических помех перестает действовать одна система
скольжения, начинает действовать другая. Этот процесс про-
Физические основы пластического деформирования металлов 35
должается до тех пор, пока не останется ни одной не вступив-
шей в действие системы.
При ,продолжении деформации металл разрушается, если
только он не подвергается отжигу с целью устранения «блоки-
рованного скольжения».
Фиг. 4. Схематическое изображение основного изменения
кривой растягивающее напряжение — деформация при
холодном деформировании малоуглеродистой стали.
Одна из более поздних теорий поведения металлов при пла-
стическом деформировании, выдвинутая многими современными
исследователями, объясняет упрочнение металлов в этом случае
несовершенством кристаллических решеток, которое в атомных
системах называется дислокациями (наличием безатомных уча-
стков в кристаллах металла). Число дислокаций увеличивается
по мере увеличения деформирования.
Влияние холодного деформирования на характер кривой
напряжение — деформация для обычной малоуглеродистой ста-
ли, испытанной на растяжение, показано на фиг. 4. В нормали-
3*
36
Глава 2
зованном 'Состоянии сталь дает обычную кривую, приведенную
на фиг. 1. После холодного деформирования кривая поднимает-
ся и укорачивается, что указывает на повышение предела теку-
чести и предела прочности при растяжении, а характерная
площадка у предела текучести исчезает. Степень изменения
формы кривой зависит от степени деформации.
СКОРОСТЬ УПРОЧНЕНИЯ МЕТАЛЛА
Даже небольшие изменения химического состава металлов
могут оказывать значительное влияние на скорость упрочнения
в процессе обработки давлением. Наклон кривой истинных на-
пряжений (полученной при испытаниях на растяжение) в каж-
дой точке определяется мгновенной скоростью упрочнения.
Быстро упрочняющиеся металлы вызывают интенсивный износ
инструмента при холодной обработке давлением. С увеличе-
нием степени деформирования возрастает также вероятность
разрыва или разрушения металлов, однако это зависит от хи-
мического состава, исходной структуры и вида деформации.
Если металл упрочняется не быстро, можно получить боль-
шую степень деформации до максимального упрочнения. Поэто-
му важным обстоятельством является возможность управления
ростом зерен.
По мере того как зерна металла вытягиваются в направле-
нии пластической деформации, свойства металла, измеренные в
этом же направлении, начинают отличаться от свойств, изме-
ренных в направлении, ему перпендикулярном. Обычно предел
прочности при растяжении и удлинение холоднообработанной
стали в продольном направлении больше, и этот эффект делает-
ся все более отчетливо выраженным по мере того, как условия
деформации становятся более тяжелыми.
Продолжительность упрочнения зависит от времени дефор-
мирования, температуры и степени деформации, а также от
исходной прочности металла. Все стали имеют различные ха-
рактеристики при холодной обработке давлением, особенно
легированные, так как различные комбинации легирующих эле-
ментов увеличивают сопротивляемость скольжению в кристал-
лах. На фиг. 5 показаны некоторые механические свойства
обычной углеродистой стали в зависимости от степени дефор-
мации в процессе холодной обработки. Общая форма кривых
для каждого свойства одна и та же, независимо от содержания
углерода в стали, но уровни кривых неодинаковы.
Увеличивая содержание углерода или добавляя легирующие
элементы, можно усиливать эффект наклепа и повышения твер-
дости в результате пластической деформации. Однако это
Твердость no
Бринеллю
а Т^срдоств
1060
60
Ю16
r Пластичность Q,
уменьшение площади
поперечного сечения
150
1060
юо
Степень деформации, %
Степень деформации
Напряжение, кг/мм2
200
98
106 о Л
>1000
70
1016
02
74
Степень деформации.',°/а
Фиг. 5. Влияние содержания
отожженной малоуглеродистой
деформированию.
г. Вязкость
С
1060
+71
-107
-213]
--&7
Степень деформации,^
-18
углерода на механические свойства
стали, подвергнутой холодному
38
Главка 2
повышение прочности и твердости стали достигается за счет
уменьшения пластичности. Вместе с тем с увеличением содер-
жания углерода или легирующих элементов ухудшается обраба-
Ф и г. 6. Влияние степени холодно-
го деформирования на физические
свойства металла.
тываемость металла.
В общем предел прочности
при растяжении и предел теку-
чести возрастают пропорцио-
нально относительной дефор-
мации в то время, как пла-
стичность уменьшается. Одна-
ко при первоначально невысо-
кой степени холодного дефор-
мирования происходит значи-
тельное увеличение предела
прочности при растяжении и
предела текучести, а пластич-
ность снижается незначитель-
но, как это показано на участ-
ке А (фиг. 6). Средние по вели-
чине степени холодного дефор-
мирования, указанные на уча-
стке В (фиг. 6), вызывают от-
носительно небольшие допол-
нительные изменения прочно-
сти и пластичности сравни-
тельно с их величинами, ука-
занными на участке А. При
высоких степенях холодного
деформирования (участок С)
прочность металла повышает-
ся, а пластичность уменьшается не слишком резко. Поэтому
наибольшая эффективность холодного деформирования в смыс-
ле повышения прочности стали достигается в двух случаях —
при относительно невысоких и высоких степенях холодного де-
формирования.
ВЛИЯНИЕ ХОЛОДНОГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ
НА ПРЕДЕЛ ТЕКУЧЕСТИ МЕТАЛЛА
При равномерно протекающем процессе холодного деформи-
рования повышается также предел текучести. Однако при рас-
тяжении предварительно растянутого металла предел текучести
повышается и снижается при последующем сжатии. Хотя уве-
личение твердости происходит одновременно с повышением
предела прочности при растяжении, твердость возрастает очень
Физические основы пластического деформирования металлов 39
быстро, до того, как площадь поперечного сечения уменьшится
до 10%, и затем происходит медленное увеличение твердости по
мере увеличения степени относительной деформации. При процес-
сах холодной обработки, в которых преобладают напряжения сжа-
тия (как, например, при (выдавливании), как правило, происхо-
дит меньшее увеличение твердости и меньший наклеп и в мень-
шей степени снижается пластичность, чем при процессах с пре-
обладающим напряжением растяжения (волочение труб).
По мере увеличения скорости холодного деформирования
происходит большее упрочнение металлов. Однако при более
низких скоростях холодной обработки имеет место большая
деформация металла при меньших усилиях деформирования.
Высокие скорости в общем случае не оказывают вредного вли-
яния на свойства металла при условии, если они равномерны и
применяются правильно. При высоких скоростях холодной обра-
ботки средне- и высокоуглеродистых и легированных сталей в
них могут образовываться слои, содержащие аустенит и мартен-
сит, очевидно, вследствие возникновения температур выше кри-
тических точек. Быстрое изменение скорости деформирования, и
особенно в начальные периоды контакта, может вызвать раз-
рушение металла. Когда быстро перемещающийся инструмент
приходит в контакт с металлом, энергия его расходуется на
пластическую деформацию металла, упругую деформацию ча-
стей оборудования и сообщение ускорения частицам металла.
Вблизи площади контакта, т. е. в зоне концентрации напряже-
ний, частицы металла обладают наибольшим ускорением. Таких
концентраций необходимо избегать при растяжении и по воз-
можности уменьшать скорость удара; концентрация напряже-
ний оказывает менее разрушительное действие при сжатии.
Присутствие в металле загрязняющих примесей, или вклю-
чений, может оказывать значительное влияние на операции хо-
лодного деформирования, а также на получаемые в процессе
обработки свойства металла. Вследствие нарушения кристал-
лической структуры металла за счет примесей увеличивается
сопротивление деформированию. В процессе пластического де-
формирования включения вытягиваются, или рассредоточива-
ются так же, как зерна металла, что может вызвать разруше-
ние металла. Если включения имеют острые углы, они стремят-
ся создать зоны концентрации напряжений и в результате
увеличивают опасность разрушения.
В результате неравномерной деформации на участках, рас-
положенных ближе к поверхности контакта, возникают остаточ-
ные напряжения. Так называемый поверхностный эффект зави-
сит от многих причин: от геометрии инструмента, смазки, скоро-
сти деформирования, правильной установки инструмента и т. д.
40
Глава 2
Остаточные напряжения в металлах, деформируемых вхолод-
ную, можно снижать путем дополнительного пластического де-
формирования (другого вида, чем предыдущий) или примене-
нием низкотемпературной ’ термической обработки.
Эффект Баушингера, или деформационное размягчение,—
явление, при котором в процессе пластической деформации ме-
талла предел текучести повышается в направлении пластиче-
ского течения и уменьшается в противоположном направлении.
Остаточные напряжения не влияют на твердость, предел проч-
ности при растяжении и на пластичность и оказывают сущест-
венное влияние на предел текучести, предел упругости и усталость.
После холодного деформирования происходит старение не-
которых металлов, и в связи с этим увеличивается сопротив-
ляемость деформированию. Другими словами, если между дву-
мя последовательно выполняемыми операциями холодного де-
формирования проходит определенный период времени, то дав-
ление, необходимое для осуществления второй операции, значи-
тельно возрастает.
РЕКРИСТАЛЛИЗАЦИЯ ОТЖИГОМ
В процессе холодного деформирования повышается твер-
дость металла и он упрочняется, одновременно с этим сни-
жается его пластичность. Металлы при этом находятся в
сильно напряженном состоянии и обладают высоким уровнем
внутренней энергии. Атомы таких металлов могут перестраи-
ваться в более устойчивую структуру, однако при комнатной
температуре этот процесс происходит очень медленно. Если же
температуру упрочнившегося металла повысить, то перестройка
происходит быстро, вредное влияние на способность металла
деформироваться начинает исчезать, металл возвращается в
свое нормальное структурное состояние, и пластичность быстро
восстанавливается. Эти изменения происходят тогда, когда ме-
таллы нагревают до определенного диапазона температур —
температур отжига. Температуры отжига для различных метал-
лов различны. Влияние отжига на свойства и микроструктуру
холоднодеформированных металлов условно показано на фиг. 7.
При нагреве до очень низких температур отжига, ниже Т\,
внутренние напряжения упрочненного металла почти полностью
снимаются без видимого изменения структуры и без заметного
снижения прочности или твердости. В действительности проч-
ность и твердость могут даже слегка увеличиться. Такая тер-
мическая обработка называется снятием напряжений и извест-
на как восстановление, или возврат. Она часто применяется для
снятия внутренних напряжений в той мере, в какой это
Рост зерна
Снятие напряжений
или возврат
Начало рекристал- Полная рекрис- Рост зерна
лизации таллизация закончен
™еРдость
Прочность
Фиг. 7. Влияние температуры отжига на физические свойства
и микроструктуру холоднодеформируемого металла.
Температура-
Линии сколь-
жения
После холодного де-
формирования и воз-
врата
Частичная рек-
ристаллизация
Переформирован-
ные новые зерна
Частичный рост
зерна
42
Глава 2
возможно без потери механических свойств, приобретаемых ме-
таллом при холодном деформировании.
При температуре Т\ металл начинает размягчаться, и между
71 и ?2 твердость и прочность его быстро уменьшаются, и про-
порционально этому увеличивается пластичность. Ядра новых
кристаллов начинают формироваться у границ зерен в плоско-
стях скольжения и двойникования и наконец вытесняют старые
деформированные кристаллы. Новые зерна постепенно заме-
няют деформированные удлиненные зерна. Это явление назы-
вается рекристаллизацией. При температуре Т2 новые недефор-
мированные зерна полностью заменяют старые, образуя совер-
шенно новую структуру, достаточно пластичную, но с низкой
прочностью и твердостью. Когда металл нагревают выше Т2,
зерна увеличиваются в размерах, поглощая друг друга. Этот
процесс называется ростом зерна.
ТЕМПЕРАТУРА РЕКРИСТАЛЛИЗАЦИИ
Температура, при которой сталь рекристаллизуется после
холодного деформирования, зависит главным образом от ее со-
става и степени деформации. Для данной степени деформации
температура рекристаллизации металла зависит от времени на-
грева— с увеличением продолжительности отжига температу-
ра рекристаллизации уменьшается.
Деформированная вхолодную малоуглеродистая сталь ре-
кристаллизуется при температурах между 500 и 700° С. Так как
это ниже критического интервала, то здесь не имеет места по-
вышение твердости металла или уменьшение размера зерна
при охлаждении. Температура рекристаллизации обратно про-
порциональна степени деформирования. Чем больше степень
деформации, тем ниже температура рекристаллизации. Чем
больше степень деформации, тем меньше размер зерна после
отжига.
ГЛАВА 3
ХОЛОДНАЯ ВЫСАДКА
Холодная высадка, которую иногда называют холодной фор-
мовкой, обсадкой или ковкой, является 'процессом, в результате
которого увеличивается количество металла в заданных сече-
ниях заготовки за счет пластической деформации в матрицах
Поддерживающий
Фиг. 1. Последовательность технологических операций при холодной
высадке головки типового изделия.
Толкатель поддерживает заготовку во время высадки и выталкивает изделие после
высадки.
а — заготовка на позиции высадки; б — высадка конуса; в — высадка головки;
г — изделие, выталкиваемое толкателем. 1
без предварительного подогрева. Способом холодной высадки
обычно обрабатывается холоднотянутый металл в виде прутка
или проволоки. На автоматах для холодной высадки можно вы-
полнять операции гибки и 'расплющивания металла на опреде-
ленном участке заготовки. Последовательность операций, вы-
полняемых при холодной высадке типовой детали, показана на
фиг. 1.
44
Глава 3
Термин «холодная высадка» чаще всего употребляется для
определения процесса, который первоначально служил для
образования головок у гвоздей и в настоящее время широко
применяется для изготовления болтов, винтов, различных кре-
пежных деталей и заклепок, т. е. в тех случаях, когда металл
пластично деформируется на одном конце или в головке заго-
товки. Но такое определение не совсем точно, если учесть, что
этим способом получают концентричные или эксцентричные го-
ловки или пояски с параллельными или угловыми гранями путем
осадки металла вдоль гладкого или ступенчатого стержня де-
тали. Это зависит от типа пресса, а иногда и от необходимого
специального оборудования. Если стержень высаживаемой де-
тали должен иметь некруглое сечение, для ее изготовления
используется проволока или пруток соответствующего профиля.
Но такие стержни можно изготовить и обжатием в фасонных
матрицах. Например, таким способом изготовляют суппортные
болты квадратного сечения.
ПРОЦЕССЫ, СВЯЗАННЫЕ С ХОЛОДНОЙ ВЫСАДКОЙ
В некоторых случаях холодная высадка головок сочетается
с холодным редуцированием, в результате которого уменьшает-
ся поперечное сечение заготовки. Иногда необходимо редуци-
ровать такие детали, на части стержня которых должна нака-
тываться резьба и диаметр которых должен быть рассчитан
так, чтобы внешний диаметр накатанной резьбы и гладкого
Ф и г. 2. Когда наружный диаметр резьбы должен быть равен диамет-
ру стержня, часть последнего, предназначенная под резьбу, может
быть уменьшена по диаметру методом редуцирования.
участка стержня были одинаковыми (фиг. 2). В процессе ре-
дуцирования заготовка подается в матрицу с отверстием
меньшего диаметра, чем диаметр заготовки. Эта операция либо
является составной частью холодной высадки, либо осуществ-
ляется параллельно с ней на другой машине. Угол входного ко-
нуса матрицы должен составлять 10—20° на сторону; рекомен-
дуемый переходной угол для детали—14° на сторону. Квад-
ратный подголовок, если он необходим, может быть высажен
Холодная высадка
45
за вторую операцию. Квадратные заплечики можно выполнять
также на многопозиционном автомате путем повторной высадки
ранее полученного цилиндрического заплечика в штампе для
квадратного подголовка. Однако этот метод не может быть
применен для точного изготовления деталей, так как обычно в
штампе на поверхности детали образуются складки. Макси-
мальная степень редуцирования не превышает 40% и зависит от
многих переменных факторов. Если требуется большая степень
редуцирования, то высадка производится зд несколько операций.
Обрезку головок и зачистку заусениц с головки можно про-
изводить одновременно с высадкой на многопозиционных вы-
садочных автоматах или выполнять как вторичную операцию на
обрезных автоматах. Так как операция высадки квадратных или
других фасонных .головок является более тяжелой, то такие
изделия обычно изготовляются сначала с круглыми головка-
ми, а затем обрезаются до нужной формы. На высадочных
автоматах часто выполняются и другие операции, включая
образование фасок на концах деталей, образование полукруг-
лых или конических углублений на концах стержней, выступов,
плоских колец или подголовочных усов, снятие облоя под оса-
живаемой головкой, образование конусных стержней, клейме-
ние, образование пазов и выемок в головке.
Часто холодная высадка головок комбинируется с процессом
накатки резьбы. В этом случае деталь после высадки вращает-
ся между закаленными стальными накатными плашками. Ка-
навки в плашках деформируют поверхность заготовки, в резуль-
тате чего металл 'смещается таким образом, что образуются
гребни резьбы. Хотя накатка резьбы будет более детально рас-
смотрена в следующей главе, уже здесь можно сказать, что
она обычно дешевле, чем нарезка, и, кроме того, накатанная
резьба прочней, так как ° во время пластической деформации
повышается твердость металла и образуется более плавный
профиль. Накатка резьбы обычно выполняется как вторичная
операция, но ее можно выполнять и на высадочных прессах
типа «Болтмейкёр».
Другие вторичные операции иногда бывают необходимы для
изменения формы детали, обеспечения точных размеров или
сообщения ей особых свойств. К таким операциям относятся:
гибка, фрезерование, протягивание, чеканка, зенкерование, от-
резка, 'Сверление, раскатка, подрезка, обточка, шлифование,
фрезерование канавок, прошивка, полирование, долбление, об-
жим, нарезание внутренней и наружной резьбы. Но даже когда не-
обходима одна или несколько выполняемых на отдельных ма-
шинах операций, холодная высадка во многих случаях является
самым экономичным способом.
46
Глава 3
ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ХОЛОДНОЙ ВЫСАДКИ
Метод холодной высадки давно используется для изготов-
ления стандартных гаек, болтов, гвоздей, винтов и заклепок.
С недавнего же времени коренным образом изменилась область
Фиг. 8. Изделия различной формы, которые можно экономично
изготовить способом холодной высадки.
применения холодной высадки; все больше и больше она ис-
пользуется при массовом производстве других мелких изде-
лий и специальных крепежных деталей. На фиг. 3 и 4 пока-
заны некоторые нестандартные крепежные детали, изготовлен-
ные способом холодной высадки. К таким деталям относятся: за-
глушки для труб, корпуса запальных свеч, поршневые пальцы,
фитинги, шайбы, масленки, специальные гайки, ролики под-
Холодная высадка
47
шипников, болты с полукруглой головкой и т. д. За последнее
время этот метод находит применение при изготовлении кулач-
ков, шестерен, червяков, храповиков, валов, зажимов для шлан-
гов, декоративных деталей, электрических контактов, деталей
электронной аппаратуры, рукояток, деталей артиллерийских
частей, вилок управления для тракторов и т. д. Метод холод-
ной высадки также используется для подготовки заготовок к
Фиг. 4. Нестандартные крепежные изделия, изготовляемые холодной
высадкой (трубные заглушки, корпусы запальных свеч, поршневые пальцы,
фитинги, распорные втулки, крышки и шпильки подшипников).
последующей обработке на прессах, ковочных машинах и то-
карных автоматах. Многие детали, изготовляемые в настоящее
время методом холодной высадки, раньше обрабатывались на
винторезных автоматах. Но в зависимости от конструкции и
серийности производства и теперь иногда выгоднее изготовлять
некоторые детали на винторезных автоматах, как, например,
детали с резкими переходами, поднутрениями, точные детали
и др. Бывают также случаи, когда для выполнения вторичных
операций на высаженных деталях лучше всего использовать
токарные станки.
На фиг. 5 показаны четыре детали, экономично изготовлен-
ные способом холодной высадки при одновременном повыше-
нии их прочности. Вторая.слева деталь — регулировочный винт
зажима шланга — изготовлена методом холодной высадки из
одной заготовки, благодаря чему получена значительная эко-
номия в материале и исключены расходы на сборку. Раньше
винт изготовлялся из двух частей, одна из которых вытачива-
48
Глава 3
лась и нарезалась на станке, а другая штамповалась. Нивели-
ровочный винт (крайний справа) высаживается из цельной
заготовки, а раньше его стержень склепывался с плоской голов-
кой. В дополнение к тому, что высаженный винт дешевле и луч-
шего качества, он прочнее, чем винт, собранный из двух частей.
Ф и г. 5. Типовые детали, изготовляемые методом холодной высадки.
Передвижной рычаг блокировки (второй справа) раньше изготовлялся
ковкой за две операции, а высадкой — за одну.
Крайний слева винт раньше изготовлялся на токарно-револь-
верном автомате, а теперь на высадочном прессе при 40%-ном
снижении себестоимости и повышении прочности. Рычаг пере-
ключения передач (второй справа) изготовляется на высадоч-
ном прессе путем двукратной гибки прутка под прямым углом.
Раньше рычаг изготовляли ковкой за две операции.
ПРЕИМУЩЕСТВА ХОЛОДНОЙ ВЫСАДКИ
При изготовлении достаточно большой партии деталей хо-
лодная высадка имеет следующие преимущества.
Экономичность. При этом методе обработки достигаются:
высокая производительность труда (от 35 деталей крупного
размера в минуту до 450 и более в минуту деталей малого раз-
мера); низкие расходы на оплату труда рабочих (так как боль-
шинство операций полностью автоматизировано и от рабочего
требуется лишь наладка машины и уход за ней, подача
материала и уборка готовых деталей), экономия материалов за
счет исключения или уменьшения отходов в виде стружки
Холодная высадка
49
(фиг. 6); повышение точности и 'стабильности размеров; в не-
которых случаях более низкая стоимость материала заготов-
ки. Кроме того, при холодной высадке стоимость инструмента
обычно ниже, чем при ковке, литье, штамповке, вытяжке и дру-
гих формообразующих операциях и значительно ниже для
больших -партий и деталей.
Увеличение прочности. В результате холодной пластической
деформации металла повышаются: усталостная прочность,
прочность на разрыв и сдвиг и предел текучести. Непрерывные
линии течения металла, соответствующие контуру детали, по-
казаны на фиг. 7.
Испытание винта диаметром 32 и длиной 127 мм с шести-
гранной головкой и резьбой в 7 ниток на 25,4 мм, изготовлен-
ного из стали AISI-1018 методом холодной высадки, показало,
что долговечность по усталости увеличивается вдвое, а предел
прочности при растяжении по сравнению с горячевысаженным
винтом и нарезанной резьбой — на 12%.
Улучшение качества. Благодаря холодной обработке на де-
тали не образуется окалины и нет опасности обезуглерожива-
ния металла. В процессе высадки сохраняется гладкая поверх-
ность заготовки, полученная при волочении, а кроме того, сама
высадка делает поверхность детали гладкой. Конечная чистота
поверхности зависит от состояния материала заготовки, покры-
тия ее поверхности, чистоты поверхности матрицы и других
факторов.
В то время как допуски на диаметр стержня определяются
обычно в 0,0125 и на всю длину в 0,125 мм, более практичны-
ми с производственной и экономической точек зрения следует
признать допуски, указанные в табл. 1, стр. 75—76.
Способом холодной высадки можно получать закругленные
углы и галтели без заусениц.
Конструктивные возможности. Как уже говорилось выше,
холодной высадкой получают концентричные и эксцентричные
изменения формы по длине заготовки, такие, как выступы, гра-
ни и овалы. Часто детали необычной формы, которые довольно
трудно изготовить другими методами, можно изготовить холод-
ной высадкой. Так, шестерни и кулачки могут быть выполнены
за одно целое с валом; на конце изделия могут быть сделаны
отверстия или выемки, а сборные детали изготовлены целиком.
Во многих случаях возможно уменьшать площадь поперечного
сечения, учитывая, что в процессе холодной высадки прочность
металла увеличивается. Большое количество черных и цветных
металлов можно успешно обрабатывать этим способом. Де-
тальное рассмотрение свойств материала заготовок для холод-
ной высадки будет сделано ниже.
4 Ч. Уик
Требуемый диаметр
прутка, отходов нет
Требуемый диаметр
прутка]отходы 64 % заготовки
Ф иг. 6. Экономия материала, получаемая за счет
уменьшения диаметра заготовки или за счет полного
или частичного исключения снимаемой стружки. Следует
обратить внимание .на направление волокон металла.
Фиг. 7. Увеличенный поперечный разрез высаженной
детали.
Волокна металла располагаются в направлении деформации,
при этом прочность изделия повышается.
Холодная высадка
51
В качестве примера экономичности метода холодной высад-
ки может служить изготовление втулки автомобильной муфты
сцепления длиной примерно 22 и диаметром 7 мм, у которой
оба конца обжимаются до диаметра 6,3 мм. Раньше эти детали
вытачивались из прутка на токарно-револьверных автоматах.
------0,025мм —*
—22,4мм \—3,Змм '
i
т
0,0 JvlJvL —1——
5,48 мм LJ \
' 0,25-0,20 N.C.2A
Фиг. 8. Эксцентрик, изготовленный методом холодной высадки.
Ранее он изготовлялся при помощи прецизионного литья и обходился в два
с лишним раза дороже..
Теперь их изготовляют методом холодной высадки, и они на
55,5% дешевле. Другим примером может служить производство
эксцентричных кулачков (фиг. 8), ранее изготовлявшихся спо-
собом прецизионного литья. Применение взамен литья холодной
высадки позволило снизить себестоимость изделия более чем в
2 раза и в 10 раз ’сократить расходы на технологическую
оснастку.
ОГРАНИЧЕНИЯ ПРОЦЕССА ХОЛОДНОЙ ВЫСАДКИ
Вследствие того что для осуществления процесса холодной
высадки требуются высокие давления и дорогостоящее обору-
дование, наибольший диаметр обрабатываемых изделий редко
превышает 20 мм. Однако известно, что на заводах успешно
эксплуатируются несколько уникальных высадочных автоматов
большой мощности, предназначенных для производства изде-
лий диаметром 25,4—32 'мм. Но, за исключением этих случаев,
обычно на большинстве мощных высадочных автоматов изго-
товляют изделия диаметром до '20 мм, а на малых машинах —
до 0,8 мм.
Длина высаживаемых изделий обычно не имеет ограниче-
ний: так,_ на стержневых или Прутковых высадочных автома-
тах можно изготовлять изделия любой длины с подачей заго-
товок вручную, или автоматически Из магазина. Однако в обыч-
ной практике на, высадочных автоматах диапазон длин выса-
живаемых изделий составляет 1,5—250 мм. ' :
4*
“52
Глава 3
Вследствие высокой стоимости оборудования, а также в из-
вестной степени и оснастки и существенной величины времени
наладки холодная высадка предпочтительна только при боль-
ших -партиях обрабатываемых изделий.
Размер партии зависит от конструкции и размера изделия,
материала, из которого оно изготовлено, экономичности других
возможных методов обработки и некоторых переменных факто-
ров, таких, например, как стоимость исходных материалов и про-
дажная цена изделия. В среднем можно считать, что наи-
меньшее количество относительно больших изделий, достаточ-
ное для обеспечения экономичности процесса холодной йысадки,
колеблется в пределах 5000—10 000 штук. Многие изделия
диаметром более 25 мм экономически выгодно изготовлять вы-
садкой в количестве не менее 5000 штук. Чтобы иметь доста-
точно высокие экономические показатели производства, обычно
накапливают партии деталей, одинаковых по диаметру и резьбе,
и тем самым избегают лишних наладок машин. Недостатком
этого является задержка в изготовлении деталей, требующихся
в небольших количествах. Для деталей среднего размера серия
должна быть в пределах 10 000 — 25 000 и более штук, а для
-маленьких — в пределах 25 000 — 50 000 и более штук. Конеч-
но, чем больше партия деталей, тем выше экономичность про-
изводства.
' ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ХОЛОДНОЙ ВЫСАДКИ
Хотя холодная высадка мржет быть осуществлена и на обыч-
ных кривошипных прессах, однако это применяется довольно
редко, так как в таких случаях для каждой операции требуется
(отдельный пресс с индивидуальными механизмами подач и за-
готовок и, следовательно, увеличивается общее время подачи.
Эти факторы снижают производительность процесса и увеличи-
вают капитальные затраты. Поэтому для холодной высадки
используются специальные высокопроизводительные прессы-
автоматы горизонтального типа (фиг. 9). В зависимости от вида
изделия и типа машины заготовка автоматически отрезается на
необходимую длину до или после высадки (как это имеет ме-
сто при производстве гвоздей). Отрезанная заготовка, пруток
или проволока обычно зажимаются в матрице, а -выступающий
конец высаживают за одну или несколько операций пуансоном.
На фиг. 10 показана последовательность операций, выполняе-
мых на высадочном автомате.
На фиг. 10,а видна проволока, перемещаемая в рабочую по-
зицию после того, как она была отрезана на необходимую дли-
ну. На фиг. 10,6 показан болт, образовавшийся после первого
Фиг. 9. «Болтмейкер», на котором изготовляются бол-
ты и винты диаметром 24—32 мм и длиной 250 мм;
Dj. иизвсда 1 ельность 40 штук в минуту,
Фиг, 10, Последовательность операций^ выполняемых
на высадочном автомате.
54 Г лав a 3
удара пуансона. На фиг. ГО,в виден болт, принявший оконча-
тельную форму после второгр удара. Иф наконец, на фиг. 10,г
показан момейт .вдталкивания готовой детали. "ф/
Высадочные/автоматй классйфицируются по числу ударов и
типу матриц. На этих автоматах используются два типа ма-
триц: цельные и разъемные. НаФайтоматах с цельными матри-
цами металл, подлежащий высадке, заталкивается пуансоном в
отверстие матрицы. Проволока или пруток, подается к регули-
руемому упору и отрезается ножом на необходимую длину. На
режущей части ножа имеется полукруглая выемка, благодаря
чему заготовка - (посредством шарнирного пальца или пружины)
транспортируется в позицию, соосную с отверстием, располо-
женным по оси цельной цилиндрической матрицы. Затем пуан-
сон толкает заготовку в отверстие матрицы до упора и произво-
дит высадку головки нужной формы. Изделия разной длины, но
с одинаковой формой головки и одинаковым диаметром стержня
могут быть изготовлены с помощью одной и той же матрицы
и пуансона при разной регулировке положения упора и вытал-
кивателя.
МЕТОДЫ ОБРАЗОВАНИЯ ГОЛОВОК
Головки требуемой формы на заготовке можно получить
посредством одного из четырех методов, показанных на фиг. И:
при помощи пуансона, при помощи матрицы, при помощи того
и другого одновременно либо головка образуется между пуан-
соном и матрицей. Во время высадки давление на стержень вы-
талкивателя уменьшается за счет того, что часть усилия воспри-
нимается головкой и часть — матрицей. После окончания опера-
ции высадки пуансон возвращается в исходное положение, а
выталкиватель перемещается вперед и выталкивает готовую
деталь.
Чистая ровная поверхность среза имеет существенное зна-
чение для предотвращения образования кривых изделий. Пра-
вильный рез 'выполняется на высадочных автоматах типа «Уо-
тербэри» при помощи двух расположенных один против друго-
го ножей, как это .показано на фиг. 12 (А).
Эти ножи надежно захватывают проволоку с двух сторон,
благодаря чему, обеспечивается ровный рез.
Открытые матрицы, иногда называемые зажимными матри-
цами, состоят из двух одинаковых стальных блоков с прямыми
торцами, имеющих парные канавки, идущие вдоль стороны каж-
дого блока. Когда соответствующие плоскости блоков сходятся
вместе, образуется круглое отверстие, совпадающее с осью все-
го узла. Таким способом можно образовать четыре сочетания
Толкатель
Матрица Пуапсон
а
б
6
Фиг. 11. Различные метода -придания заготовке необходимого
контура.
а — формообразование пуансоном; б — формообразование пуансоном и ма-
трицей; в — формообразование матрицей; г — формообразование между пуан-
соном1 и матрицей.
Фиг. 12. На этой высадочной машине два расположенных один про-
тив другого ножа надежно удерживают проволоку во, время отрезки.
Затем заготовка переносится к матрице механической рукой.
А ножи; Б — упор для проволоки; В — транспортирующие пальцы; Г — ма-
трица; Д — высадочные пуансоны; Е —чистовой пуансон.
56
Глава 3
различных форм и размеров (при неизменной длине стержня
детали) для каждого комплекта открытых матриц.
Во время рабочего цикла проволока подается в матрицу и
зажимается в ней. После отрезки и высадки блоки расходятся,
Линия загрузки
Линия высадки
головки
Кул а чок, раздвигающий
матрицы
[ Высадочная
> матрица
Высадочная
матрица
Фиг. 13. Разъемные матрицы для высадки головок, в которых
проволока захватывается и отрезается, а затем переносится в ра-
бочую позицию, где она точно устанавливается относительно
пуансонов.
а изделие выталкивается вновь подаваемой заготовкой или вы-
талкивающим стержнем. На современных машинах с жестким
зажимом заготовки линия раздела между двумя матрицами
едва заметна. В инструменте с разъемными матрицами, пока-
занном на фиг. 13, проволока зажимается между матрицами,
отрезается и, перемещаясь в рабочую зону, занимает нужное
положение относительно пуансонов.
ТИПЫ МАШИН ДЛЯ ХОЛОДНОЙ ВЫСАДКИ
Высадочные автоматы бывают одноударного, двухударнрго
и трехударного типов, т. е. формирование изделия производится
за один, два или три удара, каждый из которых наносится спе-
циальным пуансоном. На некоторых автоматах последователь-
ность действия достигается за счет пуансонных салазок, переме-
щающихся после каждого удара вверх на необходимое расстоя-
ние и возвращающихся в исходное положение после заверше-
ния операции. На автоматах другого типа пуансонодержатель,
или салазки, либо движутся горизонтально, либо совершают
Фиг. 14. Многопозиционный автомат (3—5 позиций)
с самостоятельной оснасткой для высадки головок.
Заготовка автоматически
передается с одной позиции на другую.
Фиг. 15. Трехпозиционный автомат для высадки головок,
налаженный на два удара и операцию обрезки.,
58
Глава 3
колебательное движение по дуге. Рабочий процесс на много-
ударных и одноударных автоматах совершается одинаково, за
исключением того, что; подающий и выталкивающий механизмы
на многоударных автоматах начинают работать только после
завершения'рабочего цикла. ' "
Существуют также высадочные автоматы последовательного
действия, или так называемые "мйдгопозиционные автоматы
(фиг. 14) (обычно от трех до пяти позиций); каждая позиция
имеет свою зажимную матрицу и свой, высадочный инструмент.
Заготовки автоматически перемещаются из одной позиции в
другую в перерывах между рабочими операциями. Благодаря
этому в равные позициях совершаются одновременно различные
операции и после каждого хода из последней матрицы вытал-
кивается готовое изделие. На многопозиционных автоматах
последовательного действия изготовляются довольно точные
детали в 7—15 раз быстрее, чем на других машинах при эко-
номии материала до 50%. Производительность таких автома-
тов обычно колеблется от 50 до 110 изделий в минуту в зави-
симости от размера изделия. Эти машины используются также
для двойного и тройного редуцирования.
На фиг. 15 крупным планом показан блок матриц трехпо-
зиционного автомата последовательного действия фирмы «Уо-
тербэри фаррел». Автомат налажен для двух высадочных иодной
обрезной операции; на нем изготовляются шестигранные болты
диаметром 25 и длиной 200 мм. Автомат по мере необходи-
мости может быть налажен на высадку за три удара. Заготов-
ки транспортируются с одной позиции на другую.
ИЗГОТОВЛЕНИЕ БОЛТОВ С ШЕСТИГРАННОЙ ГОЛОВКОЙ
Болты, с Шестигранной головкой , на многопозиционном
автомате фирмы «Гатебур» (Швеция), можно изготовлять че-
тырьмя способами (фиг. 16). По способу А головка высажи-
вается двумя ударами пуансона, а стержень редуцируется до
диаметра под.накатку резьбы с одновременной обрезкой шести-
гранной головки. По способу Б должен быть взят пруток боль-
шего диаметра, болты изготовляются редуцированием длины
стержня, высадкой головки, редуцированием диаметра стержня
под накатку резьбы и обрезкой головки под шестигранник.
Этот способ обеспечивает хорошее соотношение между диамет-
ром и длиной заготовки для операции высадки и благоприят-
ное расположение волокон между стержнем и головкой; неко-
торое время он использовался фирмой «Кливленд кэп скрю» и
называется методом Кауфмана или процессом с двойным реду-
цированием.
Холодная высадка
Б9
При способе В, запатентованном фирмой «Гатебур», исполь-
зуется пруток того же диаметра, что и стержень болта. При
этом способе отсутствуют отходы материала. При способе Г
Фиг. 16. Четыре метода изготовления болтов е шести-
гранной головкой на многопозиционном высадочном ав-
томате.
Изделия, полученные способами А и В, требуют последующего
отжига.
также нет отходов, но требуется пруток большого диаметра и
стержень болта получается редуцированием сечения по всей
длине заготовки. Многопозиционные автоматы начинают при-
60
Глава 3
менять также для операций редуцирования и высадки полых за-
клепок. Раньше эти детали изготовлялись холодной высадкой и
затем сверлились. Теперь заготовки заклепок автоматически
отрезаются, выдавливаются на пуансоне, обжимаются и выса-
живаются. При одном из способов полые заклепки с отверстием
Фиг. 17. Процесс обработки проволоки на автомате
«Болтмейкер».
На этом автомате проволока правится, протягивается, отрезается, заготовки
высаживаются, зачищаются, заостряются и накатываются.
/ — правильное устройство; 2 — протяжка; 3 — подающие ролики; -/ — отрез-
ка; 5 — заготовка (увеличенная); 6 — предварительный высадочный пуансон;
7 — первый удар придает заготовке показанную выше форму; 8 — скос; вто-
рой удар с чашеобразным пуансоном формирует круглую головку со скосом;
9 — резцы; 10 — подвижная плашка; // — неподвижная плашка. Канавка на
плашке точно соответствует форме резьбы. Поданное к концу неподвижной
плашки изделие накатывается при движении подвижной плашки вперед и
сбрасывается в конце хода с полностью накатанной резьбой.
диаметром 6,3 и длиной 25,4 мм изготовляются выдавливанием
и высадкой из стальной проволоки диаметром 8 мм со ско-
ростью 90 штук в минуту на четырехпозиционных высадочных
автоматах. При применении метода сверления отверстия 53%
материала заготовки уходило в стружку.
Холодная высадка 6j{
На специальном многопозиционном высадочном автомате
типа «Болтмейкер» фирмы «Нэйшнел машинери» заготовка мо-
жет последовательно подвергаться операциям высадки, снятия
Фиг. 18. Типовая последовательность переходов при высадке
болтов на многопозиционном автомате.
Фиг. 19. Последовательность холодной высадки шестигранной гайки
на многопозиционном автомате.
фасок, обрезки, заострения и накатки резьбы на стержне. По-
следовательность этих операций схематически показана на
фиг. 17. При изготовлении на таком автомате винтов с колпач-
ком и головкой под торцевой ключ редуцирование осуществ-
ляется на третьей операции с оставлением достаточного коли-
62
Гл а в а 3
чества материала для последующей высадки. На пятой позиции
часть заготовки, предназначенная под резьбу, получается пря-
мым выдавливанием, а головка -—обратным при помощи ше-
стигранного инструмента. Уменьшение площади поперечного
сечения при выдавливании шестигранным пуансоном обычно
достигает примерно 30%. На автоматах «Болтмейкер» разме-
ром от 4,8 до 19 сиж; достигается Производительность от 50 до
110 штук в минуту полностью отформованных и нарезанных
болтов. '
На многопозиционном автомате ^последовательного действия
могут быть выполнены всё операции, за исключением заостре-
ния и нарезки резьбы. Типичная последовательность операций
изготовления болтбв способом холодной Шсадки показана на
фиг. 18. Многопозиционные автоматы последовательного дей-
ствия другого типа используются Для изготовления четырех-
гранных или шестигранных гаек с отверстием под резьбу. На
фиг. 19 показана последовательность операций холодной вы-
садки шестигранной гайки.
ГВОЗДИЛЬНЫЕ АВТОМАТЫ
Гвоздильные автоматы представляют собой относительно
простые одноударные высадочные прессы с разъемными матри-
цами. Когда проволока подана на необходимую длину, матри-
цы сходятся, и за^один. удар пуансона образуется шляпка
гвоздя. Затем высадочный инструмент/ отходит,ч матрицы откры-
ваются и .проволока -тюдйется вперед на длину одного гвоздя.
После чего матрица закрывается и удерживает проволоку, а в
это время обрезчики формируют острие гвоздя и отрезают про-
волоку. Для образования головки/следующего/гвоздя^, из матриц
выступает достаточная часть проволоки. - , у 1
Производительность современных^- гвоздильные автоматов
может составлять в секунду: гвоздей длиной 8d 14 штук; 5d
12 и 2d 20 штук. Полностью автоматизированные машины,
оснащенные твердосплавным инструментом, магнитно-ленточным
транспортером и надежной блокировкой, могут работать 600 и
более часов непрерывно (более 30 млн. гвоздей размером 5d);
остановка их производится только для загрузки питающего ба-
рабана, вращающегося с регулируемой скоростью, очередным
бунтом проволоки.
Существуют высадочные автоматы для изготовления шари-
ков и роликов. Шариковые автоматы одноударного действия
выпускаются с цельными матрицами, их производительность со-
ставляет 400 шариков диаметром 1,36 мм, изготовляемых из
проволоки диаметром 1,08 мм в минуту, На автоматах больше-
Холодная высадка
63
го размера изготовляются шарики диаметром 28,6 мм;' произ-
водительность таких автоматов 80 шариков в минуту. Про-
изводительность быстроходного 1пар!икового: автомата фирмы
«Уотербэри фаррел» (фиг. 20), выпуще'нного для изготовления
Фиг. 20. Быстроходный автомат для высадки шариков диаметром 5,6—
8 мм; производительность до 640 штук в минуту.
шариков диаметром 5,6—8 мм, составляет 640 шариков в минуту,
что примерно в 2 раза превышает производительность машин
старых конструкций. Шариковые автоматы отличаются от обыч-
ных высадочных автоматов тем, что в них выталкивающие
устройства находятся в пуансоне и в матрице, благодаря чему
исключается застревание шариков в полусферических полостях
инструмента.
Универсальные высадочные автоматы оборудованы цельной
и разъемной матрицами и предназначаются для изготовления
изделий с длинными1 стержнями. На этих‘автоматах можно ис-
пользовать в отдельности цельные1 и разъемные матрицы, а так-
же их сочетания.
64
Глава 3
К дополнительным приспособлениям и принадлежностям
высадочных автоматов следует отнести устройство для холод-
ной калибровки проволоки. Оно может быть помещено прямо
перед автоматом и использовано для высадки фосфатирован-
ного и известкованного горячекатаного металла. Для калибров-
ки используются матрицы из твердых сплавов, а заготовка перед
Операция первого удара. Выталкивающий
стержень перемещается вперед
Операция второго удара. Выталкивающий
стержень отходит назад
Ф .и г. 21. Включающее устройство дает возможность образовать резкие
переходы с квадратным подголовком у вагонных болтов отводом выталки-
вающего стержня для второго удара.
1 — рычаг выталкивающего стержня; 2 — выталкивающий стержень; 3 — выталкиваю-
щая скалка; 4 — гайка;, 5 — рычаг; 6 — упорный винт; 7 — высадочная матрица; 8 — за-
готовка; 9 — первый пуансон; 10 — полость в матрице; 11 — отход стержня; 12 — положе-
йие выталкивающего стержня при первом ударе; 13 — второй пуансон; 14 — требуемая
длина стержня болта.
подачей в автомат смазывается. Автоматы снабжены простыми
роликовыми правильными подающими устройствами с индиви-
дуальным приводом, а также специальным приспособлением для
отключения выталкивателя при высадке чистовым вторым
ударом.
Выключающее приспособление устроено таким образом, что
после первого удара выталкивающий стержень отходит назад,
благодаря чему на этих автоматах можно формировать на из-
Холодная высадка
65
делиях резкие переходы подобно тем, какие имеются у вагон-
ных болтов (фиг. 21).
Тогда частично осаженная заготовка может войти в матри-
цу, в то время как чистовой инструмент окончательно сфор-
мирует изделие. При изготовлении полых заклепок и других
подобных деталей используется механическая «рука», перено-
сящая деталь от высадочного штампа к другому штампу во
время обратного хода. В то время когда происходит высадка
одного изделия, вспомогательный пуансон формует отверстие
на другом.
РАСЧЕТ ОБЪЕМА МЕТАЛЛА ДЛЯ ВЫСАДКИ
зависит от длины изделия, рас-
головки, а также от материала.
Фиг. 22. Объем деформируемого
материала определяется длиной ис-
ходного прутка, выраженной в его
диаметрах.
Выбор высадочного автомата одноударного, многоударного
или многопозиционного обычно
положения, размеров и формы
Длина прутка под высадку
определяется в долях его диа-
метра (фиг. 22). Формула для
расчета длины заготовки, вы-
раженной в диаметрах, дефор-
мируемой при высадке в ци-
линдр, следующая:
т V. nD2H nd2 . D2H
где L — длина высаживаемой
части заготовки в диаметрах;
Vi—объем высаживаемой ча-
сти заготовки; К2— объем заго-
товки, соответствующий едини-
це длины, выраженной в диа-
метрах; D — диаметр цилиндра,
полученного после высадки; Н—
высота цилиндра; d — диаметр
заготовки перед высадкой.
Как правило, высадкой за один удар могут быть изготовле-
ны изделия, длина деформируемой части которых < 2,5d. Если
длина васаживаемой части заготовки > 2,5d, то при высадке
пруток либо погнется или сломается, либо при втором ударе
образуется головка неправильной формы. В этом случае" име-
ется также опасность образования складок или холодного
сваривания металла на участках, где имеется его излишек.
Так, на фиг. 23 показано, что происходит при первом ударе в
процессе двухударной холодной высадки.
5 Ч. Уик
66
Глава 3
Если длина высаживаемой части составляет 2,5—4,5J прут-
ка, его следует обрабатывать на двухударном высадочном ав-
томате. На фиг. 24 показано, как формы и размер головки
Фиг. 23. Если слишком много материала заготовки
вышло из матрицы, образуется головка неправильной
формы и имеется опасность появления складок и хо-
лодной сварки металла.
1 — конусный пуансон; 2 — заготовка; 3 — цельная матрица;
4 — выталкивающий стержень.
детали ограничивают объем заготовки, который может быть пла-
стически деформирован на двухударном автомате. Если длина
высаживаемой части превышает указанные соотношения и со-
Ф и г. 24. Количество материала, которое может быть деформировано на
высадочном двухударном автомате, зависит от размеров и формы высажи-
ваемой головки.
ставляет ^7 d, заготовку следует обрабатывать на трехударном
или многопозиционном автомате последовательного действия.
Для практических целей можно считать, что число необходимых
ударов равно отношению длины деформируемой части заготов-
ки, выраженной в ее диаметрах, к двум диаметрам заготовки.
Например:
3,5 мм при диаметре заготовки d = 1 jwjw = 3,5d;
3,5t£:2d = 2 удара.
Диаметр Диаметр
проволоки, головки
дюймы .после высадки,
дюймы
—6,0
—5,0
— 4,0
Объем
деформируемого
металла,
дюйм3
— 100 D
:: Высота
головка
— 4,0
— 3,0
— 2,0
kV
Длина высажи-
ваемой части
проволоки;выра-
женная в ее
диаметрах
-- 12
-- и
--ТО
-- 9
-- 8
7
- 6
— 1,и
—0,9
--0,8
-- 0,7
--0,6
—0,5
--0,3
> - --0,2
\ —0,2
-0,01 хх::
0,005 ::
— 0,1
-0,001
0,0005
--0,05
D
0,000]
<*/lt-~
с
—0,05
А
Фиг. 25. Номограмма для определения объема деформируемого материа-
ла при изготовлении головок различных размеров, длины проволоки,
выраженной в ее диаметрах, и объема деформируемого материала для
различных диаметров стержней.
Отметьте диаметр головки (0,65//)-. на линии В и ее высоту (0,15") на линии D.
Линия, соединяющая эти отметки, даст на пересечении с линией С объем дефор-
мируемого металла в дюйм 3. Отметьте диаметр стержня (0,25") на линии А и прове-
дите линию через отметку на линии С до линии Е. Таким образом будет получена
длина деформируемой части проволоки, измеренная в диаметрах последней и
необходимая для образования стержня.
5:
68
Глава 3.
При осуществлении процессов высадки некоторых изделий
на многопозиционных автоматах оказалось возможным под-
вергнусь пластической деформации объем металла, превосхо-
дящий- 16J прутка. Приведенные выше общие правила не сле-
дует применять догматически, так как условия выполнения
операции высадки зависят от материала заготовки, конструкции
изделия и инструмента и других факторов.
На фиг. 25 приведена номограмма, с помощью которой мож-
но определять объем материала, необходимого для образова-
ния головки заданных размеров.
Если одного удара недостаточно для холодной высадки изде-
лия, то при первом ударе должна образоваться конусная голов-
ка с углом при вершине 12°. Однако в зависимости от конфигу-
рации готового изделия и характера деформируемого материа-
ла может потребоваться иной конус. В процессе последующих
ударов постепенно заготовка преобразовывается, пока не при-
мет требуемой формы. Если необходимо производить обработ-
ку более чем за дв-а удара, иногда требуется, прежде чем
будет продолжен процесс холодной высадки, подвергнуть
изделие отжигу.
ДЛИНА СТЕРЖНЯ ИЗДЕЛИЯ ПРИ ВЫСАДКЕ
В РАЗЪЕМНЫХ МАТРИЦАХ
При осуществлении высадки в разъемных матрицах длина
стержня готового изделия не должна быть менее 2d заго-
товки. Однако при увеличении размеров блоков разъемных
матриц это ограничение может изменяться. При использовании
цельных матриц длина стержня не должна превышать 12d
прутка, так как в противном случае снижается рабочая ско-
рость автомата вследствие трудности выталкивания готового
изделия.
Поэтому длинные изделия обычно' делают на автоматах с
разъемными матрицами, а короткие — на автоматах с цельны-
ми матрицами. Разъемные матрицы используются также для
высадки мелких изделий диаметром — 1,6 мм, так как в этих
случаях выталкивающие штифты слишком малы для цельных
матриц. На двусторонних высадочных автоматах и автоматах
для повторной высадки устанавливаются разъемные матри-
цы. Если нужно осуществлять редуцирование стержня, необ-
ходимы цельные матрицы, хотя эту операцию можно выполнять
практически на высадочных автоматах всех видов. Преиму-
ществом цельных матриц является то, что при их использова-
нии размеры стержня и допуски на его овальность могут быть
выдержаны в узких пределах.
Xоладная высадка
Усилия, необходимые при холодной высадке, зависят глав-
ным образом от поперечного' сечения заготовки и объема выса-
живаемого1 металла. При том же объеме металла для высад-
ки тонкой головки большого диаметра требуется большее усилие,
чем для высадки толстой головки малого диаметра. Практиче-
ское правило определения усилия (в г) указывает, что требуе-
мое усилие для холодной высадки можно получить, умножив
площадь поперечного сечения головки (в см2) на 21. • ;
ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ ВЫСАДОЧНЫХ АВТОМАТОВ
Пуансоны и матрицы для холодной высадки обычно изго-
товляются из непрокаливаемых сталей, таких, как закаленные
в воде углеродистые инструментальные стали AISI W 1, W 2,
W 3, W 4, W 5 или W 9, содержащие или не содержащие
хром и ванадий, с содержанием углерода 0,85—1,10%. Очень
хорошо зарекомендовали себя пуансоны из стали М2.
Применение матриц из твердых сплавов (цельных или разъ-.
емных) часто оказывается весьма целесообразным в особен-
ности в отношении долговечности при точных работах. Однако
марка твердого сплава должна выбираться весьма тщательно,
поскольку существует много различных твердых сплавов от
самых твердых (наиболее износоустойчивых) до очень вязких
(хорошо сопротивляющихся ударам). Матрицы из твердых
сплавов должны быть хорошо отшлифованы и доведены при-
тиркой, так чтобы чистота поверхности была не меньше 0,1 ,мкм.
Необходимо, чтобы стальной инструмент был закален на
определенную глубину, так как поверхность его должна хоро-*
шо 'сопротивляться ударам и истиранию, в то время как сере-
дина должна быть достаточно вязкой, чтобы противостоять вы-
соким внутренним напряжениям. С этой целью у неразъемных
высадочных матриц закаливают только отверстие, а внешняя
поверхность остается незакаленной. Поэтому высадочный ин-
струмент, имеющий глубокие полости, подобно цельным матри-
цам, должен закаливаться в специальном приспособлении с
подачей воды под определенным давлением,. Это препятствует
образованию газовых пузырей на рабочей поверхности инстру-
мента в процессе закалки. Большинство инструментальных
сталей, используемых дляь изготовления высадочного инстру-
мента, подвергается термической обработке при температурах
выше 815° С, закалке в воде и отпуску примерно при 230° G,
благодаря чему достигается твердость поверхности порядка
59—62 RC, твердость внутри — около 39—41 RC. Глубина за-
калки должна составлять приблизительно 3 мм.
70
Глава 3
ЦЕЛЬНЫЕ И РАЗЪЕМНЫЕ МАТРИЦЫ
Цельные матрицы обычно изготовляются из прутков кругло-
го сечения, а затем в них растачиваются и шлифуются отвер-
стия до требуемого размера. Прямолинейность образующей от-
верстия и его концентричность с наружной поверхностью долж-
ны выдерживаться с большой точностью. Отверстия и другие ра-
бочие поверхности и матрицы подвергаются чистовой обработ-
ке— шлифуются, притираются или полируются. Чем выше
чистота поверхности, тем лучше будут результаты операции
высадки. Матрицы обычно делаются двухсторонними, так что в
случае износа они могут быть перевернуты для нового исполь-
зования. На многопозиционных высадочных автоматах, когда
износ различных частей матрицы может происходить неравно-
мерно, вместо цельных применяются разъемные матрицы. Раз-
деление матрицы на составные части, которые в процессе сбор-
ки . в общий блок подгоняются друг к другу, требует высокой
точности изготовления, но вполне оправдывает себя, так как
появляется возможность выполнять каждую деталь такой твер-
дости, чтобы она точно соответствовала условиям ее работы,
благодаря чему повышается срок службы деталей. В этом слу-
чае нет необходимости менять весь инструмент из-за его частич-
ного износа, как это имеет место при цельном инструменте.
Детали сборного инструмента имеют прессовые посадки с на-
тягом 0,1—0,25 мм (в зависимости от диаметра инструмента).
Углы конусности на вставках принимают равными 6—8° на
корпусе или втулке. Сборка деталей матрицы из твердого спла-
ва является трудной операцией вследствие опасности разруше-
ния вставок из-за чрезмерного предварительного натяга. Если
же предварительный натяг слишком мал, то при высадке инстру-
мент может разрушиться от внутренних напряжений разрыва.
Напряжения от запрессовки в корпусе штампа могут превосхо-
дить напряжения, возникающие при высадке.
.Канавки в блоках разъемных матриц большей частью меха-
нически обрабатываются и шлифуются, обычно когда блоки спа-
рены друг с другом. Во время шлифования с каждой сопря-
женной поверхности снимается около 0,079 мм припуска ниже
центра канавки, чтобы обеспечить прочный зажим заготовки.
Острые края канавок закругляются, чтобы они не резали мате-
риал заготовки. Полости в пуансоне или матрице или в обоих
вместе — в зависимости от метода образования головки или бур-
та—могут быть получены расточкой с последующим шлифова-
нием или вдавливанием закаленного пуансона в форме (выса-
живаемой головки в заготовку матрицы или в отожженный
инструмент, который затем закаливается.
L4D -I
_ Для мягких.
" материалов
Неправильная конструкция
приводит к кол одному закату
-—- _ металла
Для твердых материалов
конус должен быть удлинен, а
основание не должно превышать 1/1 и
Формулы для расчета
Формула 1
. п 0,2 D
tg. 6° = —р-,
0,1051 = .
конусных пуансонов.
Формула 2
Объем конуса II
Vn = 0,2618 Y (2/D + D X 1,4D + 2/l,4 D),
Vll
= <пУт = 1-903 D-
Формула 3
Уц= 0,2618 Y (4.36 D2) = YD2 X 1,1414.
Площадь
_ Длине проволоки, взятой
— для изготовления кону-
са, выраженной в D
Длина
Формула 4
Диаметр про-
волоки
- Числу диаметров в дли-
не конусной части
Пусть D = 9,52 мм.
Из формулы
Пример
Если
(1)
(2)
(3)
(4)
Y = 1,903 х
УII = 1,414 X
Длина = 1,453 X
Число
основание конуса
К длине проволоки из
9,52 = 18,12 мм.
18,12 (9,52)2 = 18,76 мм*.
18,12 = 26,33 мм.
26,33 мм п
диаметров = ------—------- = 2,77 D проволоки.
равно 1,3 И, тогда (4) = 1,90 D )
» 1,4 D, тогда (4) = 2,77 D /Безответственность к величине D.
» 1,5 И, тогда (4) = 3,77 D /
(3) прибавить прямой участок L, чтобы получить S или пол-
ную длину проволоки
в конусе.
Фиг. 26. Формулы для приближенного
пуансона при холодной
определения размеров конусного
высадке головок.
72
Глава 3
ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ ВЫСАДКИ
Когда для выполнения операции холодной высадки тре-
буются два и более ударов, форма первого и последующих
промежуточныхл пуансонов является определяющей для пра-
вильного течения металла. Как об этом говорилось ранее, перво-
начальный конус высаженной головки обычно имеет угол при
Фиг. 27. Плавающие, или скользящие, пуансоны (в) дают
возможность высаживать материал на большей длине, чем
это можно сделать цельным (а) или подпруженным (б)
пуансонами.
1 — заглушка; 2 — корпус; 3 — стержень; 4 — полость; 5 — пружи-
на; 6 — втулка; 7 — величина перемещения втулки; 8 — удержи-
вающая гильза.
вершине 12°, а размер конуса определяется по формулам, приве-
денным на фиг. 26. Однако точная форма конуса зависит от
материала и формы головкщ
Вместо того чтобы использовать обычные цельные или под-
пружиненные пуансоны соответственно фиг. 27,а и 27, б для вы-
полнения первых переходов многоударной операции холодной
высадки, все чаще применяются так называемые плавающие
пуансоны, или пуансоны' со скользящим конусом, подобные тому,
который показан на фиг. 27,в. Такие пуансоны позволяют про-
изводить постепенную высадку за один удар из заготовки с вы-
саживаемой длиной, в 7 раз превосходящей ее диаметр. В пуан-
соне этого типа втулка, имеющая . полость для образования
головки изделия, скользит по, неподвижному стержню внутри кор-
пуса. Во время высадки пруток проходит через отверстие во
втулке. Когда торцевая часть втулки входит в контакт с ма-
трицей, втулка отжимается назад, преодолевая сопротивление
Холодная высадка
73
пружины, а стержень, продвигаясь вперед, деформирует металл
и полость головки заполняется.
Широкое применение нашли скользящие пуансоны двух ти-
пов—'«ударный» и «свободный». Ударный пуансон устроен
так, что задняя торцевая поверхность втулки, находясь в верх-
нем положении, имеет прочный контакт с пробкой, благодаря
чему создается определенное давление на материал, заполнив-
ший полость пуансона. У свободного пуансона образуется за-
зор между втулкой и пробкой, так что давление на материал
в полости осуществляется только за счет пружины. Наиболее
надежная часть скользящего пуансона — палец, который обыч-
но делают из быстрорежущей подвергнутой тщательной терми-
ческой обработке стали.
На нормальном двухударном автомате в некоторых слу-
чаях с помощью специального инструмента и манипуляторов
можно сделать три удара. На одном из таких автоматов с ка-
чательным движением для перемещения чернового и чистового
пуансонов возможно удержать заготовку на высадочном ин-
струменте. Затем заготовка вместе с высадочным инструмен-
том переносится на третью позицию и окончательно обрабаты-
вается при следующем первом ударе. В некоторых случаях за-
готовки удерживаются на инструменте посредством вакуума.
КОНСТРУИРОВАНИЕ ИЗДЕЛИИ,
ДЛЯ ХОЛОДНОЙ ВЫСАДКИ
Для обеспечения экономичности производства очень важно
при конструировании изделий учитывать требования холодной
высадки. Во многих случаях, изготовляя детали -методом холод-
ной высадки, не знают особенностей их последующей эксплуа-
тации. В результате иногда расходуются излишние средства
на достижение слишком высокой точности, на получение спе-
циальных форм головок или выполнение ненужных вторичных
операций. Например, стяжной болт с квадратным подголовком
высаживали на двухударной машине. Когда конструкцию бол-
та изменили, заменив квадратный бурт на стержень с выступа-
ми, один удар удалось исключить и, таким образом, получить
экономию порядка 10%.
Галтели и закругления углов должны иметь возможно
больший радиус, равный по крайней мере 0,1 d заготовки, так
как резкие переходы трудно заполняются при высадке и на
напруженных деталях служат местом концентрации напряжений,
могущих быть причиной их разрушения.
Если в головке образуется подголовок, то его объем при
расчете полного высаживаемого объема должен рассматри-
74
Глава 3
ваться как часть головки: когда необходим квадратный подго-
ловок, максимальная длина его сторон должна быть лишь не-
много больше диаметра стержня.
Концентричные головки и пояски изготовлять способом хо-
лодной высадки легче и дешевле, чем эксцентричные. Труднее
получить невысокие головки большого диаметра, чем высокие.
Как видно из практики, наиболее оптимальной является высо-
та головки, равная V4—3/4 d прутка. Нежелательно выполнять
на высадочных машинах выемки, так как при этом требуется
а б в
Фиг. 28. Пример технологичной конструкции детали для холод-
ной высадки.
Деталь а не может быть изготовлена за один удар, деталь б — может, но
наиболее технологична деталь в.
тщательный уход за матрицами и, кроме того, возможно обра-
зование трещин по краям выемок или углублений. Важным
фактором при определении себестоимости изделия является
материал изделия, обрабатываемого способом высадки. Так,
например, чем выше содержание углерода в стали, тем дороже
процесс высадки. Стоимость изделия увеличивается, если пос-
ле высадки оно подвергается чеканке или клеймению. Одна-
ко во многих случаях клеймение на высадочном автомате об-
ходится дешевле, чем если бы оно было выполнено отдельной
операцией. С точки зрения долговечности инструмента целесо-
образнее использовать пуансоны с выпуклым штампом- (для
образования соответствующих углублений на изделии). Одна-
ко четкость надписи получается недостаточной, так как ме-
талл, если только он не самый мягкий, трудно заполняет
углубления в промежутках между буквами штампа. Наличие
концентричных выступов на больших высадочных пуансонах
вызывает равномерное течение металла и способствует образо-
Холодная высадка
ванию более концентричной головки и стержня благодаря пред-
отвращению бокового скольжения металла.
'Чтобы преодолеть ограничения объема высаживаемого ме-
талла, часто приходится изменять конструкцию детали. На-
глядный пример в этом отношении приведен на фиг. 28. На
фиг. 28,а суммарный объем головни и заплечика больше эконо-
мичного объема для одноударной операции. Если диаметр за-
плечика уменьшить с 12,7 до 9,5 мм (фиг. 28,6), можно ус-
пешно выполнять операцию высадки; однако оптимальная кон-
струкция показана на фиг. 28, в. Здесь толщина головки
уменьшена с 3,2 до 1,6 мм, благодаря чему существенно умень-
шается объем деформируемого металла, хотя диаметр запле-
чика несколько больше, чем у изделия на фиг. 28,6.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДОПУСКОВ ДЛЯ ХОЛОДНОЙ ВЫСАДКИ
Как уже указывалось ранее, для повышения экономично-
сти процесса в результате увеличения срока службы матрицы,
а в 'связи с этим и размера партии обрабатываемых изделий,
а также снижения потерь времени и уменьшения количества
деталей, идущих в брак, назначаемые допуски должны быть
Таблица 1
Допуски на размеры диаметров стержня и подголовка
при холодной высадке головок
Номинальный диаметр стержня, мм Допуски, мм1)
класс 1-й класс 2-й класс 3-й
1,59—4,77 0,20 0,102 0,051
6,35 0,25 0,127 0,063
7,94 0,30 0,152 0,076
9,52 0,33 0,152 0,076
11,11—12,7 0,38 0,178 0,089
14,29—15,87 0,43 0,203 0,002
19,05 0,45 0,228 0,114
22,22 0,50 0,228 0,114
25,4 0,55 0,254 0,127
’) Допуски могут быть симметричные (плюс и минус) или несимметричные (отклонения только в плюс или только в минус), но рекомендуется применять последние и при этом минусовые.
Таблица 2
Рекомендуемые допуски на линейные
размеры изделий, изготовляемых
холодной высадкой
Длина, мм Допуски, мм1)
Для диаметров до 19,05 мм
включительно
До 25,4 0,079
25,4—50,8 1,59
50,8—152,4 0,237
> 152,4 4,76
Для диаметров > 19,05 мм
До 25,4 1,59
25,4—50,8 3,17
> 50,8 4,76
9 Допуски могут применяться сим
метричные.
Таблица 3
Допуски на высоту и диаметр высаживаемых головок
Номинальный диаметр стержня, мм Допуски, мм1)
высота диаметр
1,59 0,20 0,035
3,17 0,25 0,045
4,76 0,30 0,52
6,35 0,35 0,63
7,94 0,38 0,73
9,52 0,43 0,81
11,11 0,48 0,91
12,70 0,52 1,02
17,87 0,63 1,22
19,05 0,70 1,39
22,22 0,81 1,57
25,40 0,91 1,78
9 Допуски могут применяться симметричные или несимметричные.
Холодная высадка
77
по возможности широкими. Рекомендуемые допуски для хо-
лодной высадки приведены в табл. 1—3. В табл. 1 допус-
ки на диаметры стержня и подголовка разделены на 3 класса.
Допуски 1-го класса очень широкие и не могут рассматри-
ваться как ограничения. Они наиболее экономичны и легко
выдерживаются на большинстве высадочных автоматов.
Допуски 2-го класса часто можно обеспечить на высадоч-
ных автоматах без включения в процесс обработки вторичных
чистовых операций. Однако в этих случаях может потребо-
ваться специальный инструмент, что неблагоприятно отразится
на себестоимости изделия.
Допуски 3-го класса могут потребовать выполнения вторич-
ных операций, в результате чего возрастет себестоимость из-
делия.
Поскольку допуски на диаметры стержня и подголовка мо-
гут включать допускаемые отклонения в плюс и в минус или
только в плюс и только в минус, рекомендуется использовать
по возможности только минусовую часть поля допуска на но-
минальный диаметр. Цельные матрицы позволяют выдержи-
вать более узкие допуски, чем разъемные. Допуски на разме-
ры головок (табл. 3), которые зависят от вида головки, могут
быть двухсторонними или односторонними, в то время как до-
пуски на длину (табл. 2) должны быть только двухсторонними.
МЕТАЛЛЫ ДЛЯ ХОЛОДНОЙ ВЫСАДКИ
Выбор материала изделия определяется требованиями
эксплуатации. В этом случае необходимо тщательно исследо-
вать технологические свойства, пригодность и стоимость мате-
риала.
Чем больше вязкость металла, тем легче он деформируется,
тем, следовательно, меньше износ инструмента и ниже его
стоимость. (С другой стороны, металл должен быть достаточно
жестким, чтобы не возникало ненужного изгиба и образования
складок на заготовке. Металл в процессе высадки не должен
слишком быстро упрочняться. Идеальным считается металл,
твердость которого равна примерно 72 RB (для малоуглероди-
стых сталей) и 80 RB (для среднеуглеродистых и легирован-
ных сталей). Во всех случаях твердость не должна превышать
90 RB; металлы, имеющие такую твердость перед холодной
калибровкой, должны подвергаться отжигу. Для среднеуглеро-
дистых сталей предпочитается сфероидальная структура.
Для холодной высадки обычно используются мартеновские
стали и электростали. Из малоуглеродистых сталей, таких,
8
Глава 3
как AISI, С1008, С1010, С1012 и СИЮ, применяются обычно
нераскисленные малоуглеродистые стали; стали марок С1016,
С1017, С1018, С1019, С1020 и С1021 обычно применяются по-
лураскисленные (кипящие). Выбор крупнозернистой и мелко-
зернистой структуры исходного материала зависит от того, на-
сколько тяжелым будет режим холодной высадки, а также от
эксплуатационного назначения детали. Стали со средним про-
центным содержанием углерода, например С1030, С1035 или
С1040, которые подвергаются последующей термической обра-
ботке, могут быть раскисленного типа и с крупным зерном
при условии, что они закаливаются в масле; для закалки
в воде берется сталь раскисленного типа, но с мелкой
структурой. Легированные стали обычно поставляются рас-
кисленными.
Выбранный материал должен обладать необходимыми для
холодной высадки свойствами: на поверхности его не должно
быть царапин, складок, раковин, а также должны полностью
отсутствовать внутренние дефекты, такие, как неметалличе-
ские включения и сегрегация. На нем не должно быть следов
коррозии, так как чешуйки ржавчины будут способствовать
истиранию и схватыванию деформируемого металла с мате-
риалом матрицы. Обычно материал покрывают известью, фос-
фатом, стеаратом и пальмитатом алюминия, углекислым каль-
цием, мылом или другими смазывающими веществами. Часто
перед подачей прутка в подающие ролики на него, наносится
тонкая масляная пленка, способствующая увеличению долговеч-
ности инструмента. На некоторых быстроходных машинах смаз-
ка материала производится автоматически.
Легче всего обрабатываются холодной высадкой малоугле-
родистые стали, при увеличении содержания углерода обраба-
тываемость ухудшается. В общем стали, содержащие менее
0,08% или более 0,45% углерода, редко обрабатываются спо-
собом холодной высадки. Но бывают и исключения. Напри-
мер, в производстве шариков используется сталь SAE-52100,
отожженная с сфероидальной структурой, в которой содер-
жится 1,10% С.
Более трудной и дорогой является холодная высадка леги-
рованных сталей, но это вполне осуществимый процесс обра-
ботки. Типичными образцами труднообрабатываемых материа-
лов являются стали АМ-5616 и 6304, инконель и технически
чистый титан, при обработке которых значительно снижается
срок службы инструмента. Тройные легированные стали, та-
кие, как AISI-8635 и AISI-8740, хорошо обрабатываются при
наличии сфероидальной структуры. Нержавеющие стали обра-
батываются не так хорошо, как простые углеродистые, хотя
Холодная высадка
79
их первоначальная пластичность выше. Поэтому они подвер-
гаются холодной высадке при менее тяжелых режимах, так
как в противном случае возможны разрывы и снижение дол-
говечности инструмента. Нержавеющие стали типа 305 и Кар-
пентер-10, однако, могут обрабатываться при относительно
тяжелых режимах высадки.
Обычный допуск на диаметр холоднотянутой проволоки со-
ставляет ±0,05 мм. Для простой высадки диаметр проволоки
должен быть по крайней мере на 0,05 мм меньше наименьше-
го диаметра стержня готовой детали, так как отрезанная заго-
товка должна вставляться в матрицу без снятия покрытия с
проволоки. Для многопозиционной высадки диаметр проволо-
ки должен быть на 0,038 мм меньше полученного высадкой
диаметра изделия на каждой позиции.
БУДУЩЕЕ ХОЛОДНОЙ ВЫСАДКИ
Метод холодной высадки, без сомнения, имеет будущее.
Расширение применения этого метода в промышленности по-
сле второй мировой войны было феноменальным. Непрерывно
увеличивается количество изделий, получаемых способом хо-
лодной высадки, а также разнообразие используемых мате-
риалов. В настоящее время одна метизная отрасль про-
мышленности, насчитывающая 400 фирм, выпускает около
400 000 типоразмеров гаек, болтов, заклепок и других изделий
на общую сумму 900 млн. долл, в год. Безусловно, все более
крупные и мощные высадочные автоматы будут выпускаться
для удовлетворения потребностей в обработке новых, плохо
поддающихся деформации сплавов и для изготовления изде-
лий все более крупных размеров.
ВЫСАДКА С ПОДОГРЕВОМ
Многообещающую перспективу применения имеет процесс
высадки -с подогревом, при котором заготовки нагреваются до
температуры ниже температуры структурных превращений,
т. е. обычно до 93—538° С. Этот метод найдет применение при
обработке труднодеформируемых вязких материалов, таких,
как некоторые высокопрочные и жаропрочные сплавы, или из-
делий из легкообрабатываемых материалов, но с большим
объемом головки. При повышенных температурах механиче-
ское упрочнение материала происходит в значительно меньшей
степени, требуются меньшие усилия, увеличивается срок служ-
бы штампа и (в отличие от горячей штамповки) свойства ме-
80
Глава 3
талла не изменяются. Для экономичного производства необхо-
димо применение быстрого подогрева проволоки, прутков или
отдельных заготовок с помощью индукционного нагрева, газо-
вого пламени и других средств.
Температура ° &
Фиг. 29. Влияние температуры на прочность
пр-и растяжении (по данным «Нэйшнел маши-
нери К».
А — сталь следующего состава: 0,4% С, 3% Ni, 1% Сг;
В — сталь содержит такое же количество углерода
и хрома, без никеля, и 0,02% W; С — сталь содержит
0,40% С и 3,5% Ni; D — мартеновская сталь с 0,40% С;
Е — мартеновская сталь с 0,20% С; F — ковкое железо.
Правильная температура подогрева для высадки имеет
существенное значение, так как при небольшом увеличении тем-
пературы прочность некоторых материалов повышается. Доба-
вочный же подогрев уменьшает прочность и будет способство-
вать процессу пластической деформации. Оптимальные темпе-
ратуры для различных металлов и размеров деталей могут
быть найдены только экспериментально. Рекомендуемые от-
правные точки для определения оптимальной температуры
Холодная высадка
81
Таблица 4
Рекомендуемые исходные данные
для определения оптимальной температуры
при высадке с нагревом головок из различных
металлов
Марка стали Диаметр, мм Температура, °C
С 1118 15,87—38,1 287,8
С 1137 15,87 >371,1
С 1144 25,4—31,75 441,5
4140 19,05 426,7
8620 15,87 385,0
8620 19,05 398,9
5150 25,4 426,7
6150 19,05 441,5
8640 15,87 426,7
8640 12,70 398,9
1040 19,05 371,1
304 SS 7,11 454,4
304 SS 8,64 441,5
430 SS 7,94 232,2
420 SS 12,70’ 343,3
даны в табл. 4. Кривые фиг. 29 показывают влияние темпера-
туры на предел прочности при растяжении для некоторых ста-
лей. Диапазон оптимальных температур нагрева сталей для
процесса высадки составляет: 427—538°С.
6 Ч. Уик
ГЛАВА 4
НАКАТКА РЕЗЬБЫ
Накатка резьбы —это метод пластического деформирования
металла, при котором цилиндрическая заготовка с наружным
диаметром, приблизительно равным среднему диаметру тре-
буемой резьбы, вращается между резьбонакатными инстру-
ментами, имеющими негативный профиль резьбы. Резьбовые
гребни накатного инструмента внедряются в поверхность заго-
товки и образуют на ней впадины, а вытесненный металл пере-
мещается наружу в радиальном направлении, образуя на за-
готовке гребни резьбы (фиг. 1).
Резьбонакатная плашка Резьбонакатная плашка
Фиг. 1. При накатке резьбы плашка внедряется в заготовку,
образуя основание резьбы, а вытесненный металл, переме-
щаясь, образует гребни резьбы.
Процесс накатки резьбы методом пластической деформа-
ции металла в холодном состоянии не нов. Патенты на соответ-
ствующие машины существуют с 1831 г., а в США, например,
накатка резьбы производится более 100 лет назад. Однако
вплоть до начала 1940-х годов накатка не находила широкого
применения для получения относительно точных резьб. В конце
XIX и начале XX в. металлы по своим свойствам не всегда
были пригодны для накатки резьбы. Однако с появлением в на-
чале 1900-х годов материалов с улучшенными свойствами быст-
ро расширилось применение накатки резьбы при изготовлении
крепежных деталей. На ранних стадиях развития процесса на-
катки ввиду волокнистой структуры ковкого железа и бессеме-
ровской стали наблюдалось расщепление металла в процессе на-
Накатка резьбы
83
катки. Недостаточная точность обработки инструмента и са-
мого резьбонакатного оборудования также неблагоприятно
сказывалась на качестве изделий. С появлением мартеновской
стали, имеющей превосходную ковкость, и дальнейшим улучше-
нием ее свойств, с вводом в эксплуатацию надежных, мощных,
обладающих большими технологическими возможностями ма-
шин и производством более точных инструментов накатка резь-
бы становилась все более популярной и находила применение
при изготовлении разнообразной номенклатуры изделий. Во
время второй мировой войны авиационная промышленность и
правительство Соединенных Штатов приняли накатку резьбы
как предпочтительный метод изготовления прецизионных резьб.
В настоящее время установлено, что в США 2/з наружных резьб
изготовляется накаткой.
ПРЕИМУЩЕСТВА НАКАТКИ РЕЗЬБЫ
Преимущества процесса накатки резьбы можно свести к
следующему.
Экономичность. Накатка считается самым производитель-
ным способом изготовления резьб: от накатки 4 резьб диамет-
ром 100 мм в минуту до 2000 резьб диаметром 3 мм в минуту
на одной машине. Накатной инструмент сравнительно долго-
вечен и не требует переточки. Экономия в материале колеблется
примерно от 1-6% для резьб большого диаметра до 27% и бо-
лее для резьб малого диаметра, если заготовка получена ме-
тодом высадки, выдавливанием или штамповкой, или когда
резьбовая часть изделий имеет наибольший диаметр. Стабиль-
ность качества накатанных резьб требует только выборочного
контроля.
Повышенная прочность. Предел прочности при растяжении
и сдвиге, а также усталостная прочность возрастают в резуль-
тате упрочнения детали в процессе накатки. Если структура
металла волокнистая и волокна расположены по контуру резь-
бы, то предел прочности при растяжении увеличивается на 10,
20% и более. При таком расположении волокон почти не на-
блюдается срыва резьбы, так как разрушение в этом случае
должно происходить поперек волокон металла. Поверхность
резьбы, особенно у основания гребней, испытывает напряже-
ние сжатия, которое должно быть снято до того, как возник-
нут напряжения разрыва, ведущие к усталостному разруше-
нию. Повышение усталостной прочности до 75% зафиксирова-
но у деталей с низким пределом прочности при растяжении и
до 10 раз у деталей с высоким пределом прочности при растя-
жении, накатанных после термической обработки. Сопротивле-
6*
84
Глава 4
ние износу у накатанных резьб на 30% выше, чем у наре-
занных.
Высокое качество. Точность накатанных резьб по среднему
диаметру, углу профиля, шагу и конусности довольно легко
может быть достигнута и стабилизирована, так как это зави-
сит главным образом от точности накатного инструмента, ма-
териалах. Процесс можно использовать для накатки масляных
резьбы получается более гладкая, чем поверхность накатного
инструмента, вследствие полирующего действия последнего в
процессе накатки. Получаемая чистота поверхности резьбы
юбычно составляет 0,1—0,8 мкм.
Технологические возможности. Способом накатки можно
.’изготовлять резьбы широкой номенклатуры на различных ма-
териалах. Процесс можно использовать для накатки масляных
канавок, шлицев и мелких зубьев, а также для накатки риф-
лений, уплотнения поверхности и правки цилиндрических де-
талей. Процесс экономичен даже в условиях среднесерийного
производства. Так как накатку можно производить на обоих
концах изделия, так же как и на шейках за буртами, вторич-
ная операция — нарезка резьбы требуется в редких случаях.
При помощи соответствующего накатного инструмента
можно накатывать левую резьбу, кольцевые канавки и много-
заходную резьбу. У крепежных деталей с двумя или тремя
резьбами (с диаметром, меньшим наибольшего диаметра из-
делия) на концах и несколькими резьбами увеличенного раз-
мера в середине изделия (для упора) все резьбы могут быть
накатаны за одну операцию. При известных условиях на кон-
цевых элементах в процессе резьбонакатной операции могут
быть сняты фаски или образованы конусы.
Резьбы с передним или задним конусом могут быть нака-
таны обычным инструментом, используемым для накатки ци-
линдрической резьбы. Резьба на пустотелых цилиндрах нака-
тывается обычным путем (если стенки цилиндра достаточно
толсты) или путем гофрирования стенки (если она очень тон-
ка). Резьбы легко накатываются на штампованных деталях.
Шайбы /можно автоматически собирать с деталями во время
накатки, последних. Канавки и резьба метчиков и специальных
винтов часто накатываются одновременно.
ФАКТОРЫ, ОГРАНИЧИВАЮЩИЕ ПРОЦЕСС
.НАКАТКИ РЕЗЬБЫ .
- Процесс накатки резьбы ограничивается, вообще говоря,
поПтй i исключительно наружными резьбами, не считая тонко-
стённых.'труб. Некоторые твердые и жесткие металлы при
Накатка резьбы
85
накатке упруго деформируются, что приводит к небольшому
сокращению шага резьбы при снятии упругой деформации,
но это предотвращается применением резьбонакатного инстру-
мента -с увеличенным шагом. Иногда в процессе накатки изде-
лие удлиняется; это удлинение необходимо устранять, если оно
превышает допустимые пределы. Тот факт, что диаметр нака-
танной резьбы всегда больше диаметра исходной заготовки,
может быть нежелательным, если необходимо, чтобы диамет-
ры накатанной и гладкой частей стержня были одинаковыми.
Этот дефект устраняется введением дополнительной обточки
или редуцированием. Однако редуцирование обычно соеди-
няется с предварительной холодной высадкой, если детали, у
которых накатывается резьба, изготовляются указанным ме-
тодом.
При накатке резьб на изделиях, подвергавшихся термооб-
работке, поверхность резьбы механически упрочняется, однако
при этом сокращается срок службы инструмента, если не
уменьшить скорость проникновения накатного инструмента в
металл. Твердость материалов под накатку обычно ограничи-
вают 40 RC с целью повышения долговечности инструмента.
Хотя первоначальные затраты на некоторые виды резьбо-
накатного оборудования могут показаться излишне высокими
по сравнению с другими методами получения резьб или профи-
лей, в конечном счете они оправдываются за счет большой дол-
говечности инструмента, высокой производительности и других
вышеупомянутых преимуществ. Обычно достигается высокая
чистота поверхности, и хотя иногда требуется приложить зна-
чительный крутящий момент, чтобы ввинтить накатанный винт
несколько большего диаметра в нарезанное отверстие, однако
величина требуемого крутящего момента колеблется в меньших
пределах, чем в случае, если бы винт имел нарезанную резьбу,
так как качество соединения при накатанной резьбе выше. На-
катывание резьб с крупным шагом или фасонных профилей не-
больших диаметров иногда трудно осуществить, чтобы при этом
не деформировалась заготовка. Для накатки резьб крупного
профиля с притупленной вершиной требуется специальный ин-
струмент. '
На резьбонакатных автоматах с цилиндрическим накатным
инструментом часто обработанные детали имеют искаженную
цилиндрическую форму при слишком высоких скоростях вне-
дрения. Чем меньше скорости внедрения, тем точнее нака-
танная резьба. Следовательно, немного нужно сделать, чтобы
исправить некруглую заготовку —• позволить накатному ин-
струменту входить в контакт с нею на низкой скорости, а за-
тем контролировать положение инструмента, когда он вошел
86
Глава 4
в заготовку на полную глубину. При накатке резьбы накатны-
ми плашками на машинах с возвратно-поступательным дви-
жением, так же как и на машинах с вращающимся резьбона-
катным инструментом и машинах планетарного типа, может
иметь место нарушение цилиндричности детали, если машины
не обеспечивают достаточного числа оборотов при рабочем
контакте с инструментом. Во избежание этого при накатке
плоскими плашками выбирают плашки достаточно большой
длины.
ОБОРУДОВАНИЕ И ИНСТРУМЕНТ
ДЛЯ НАКАТКИ РЕЗЬБЫ
Выбор оборудования для накатки резьбы в значительной
степени зависит от размера и конструкции изделия, материа-
ла, из которого оно изготовляется, характеристики резьбы и
величины обрабатываемой партии. В настоящее время боль-
шинство резьб накатывается либо на накатных машинах, либо
на обычных токарно-револьверных автоматах и станках с резь-
бонакатными приспособлениями. Резьбонакатные машины или
автоматы оснащены плоским цилиндрическим инструментом
или инструментом планетарного типа, тогда как винторез-
ные автоматы или станки могут быть оснащены приспособле-
ниями с накатными роликами, работающими с продольной
подачей или подачей на внедрение. Существуют также резь-
бонакатные неподвижные и поворотные головки, исполь-
зуемые на сверлильных, резьбонарезных и гайконарезных стан-
ках.
Кривошипные резьбонакатные автоматы или машины, ра-
ботающие плоскими плашками, на которых обычно произво-
дится накатка резьб диаметром до 25 мм, более производи-
тельны, чем машины с круглым инструментом (за исключе-
нием ротационных и машин планетарного типа), и широко
используются для накатки резьб на винтах и болтах массового
производства. Однако на машинах с круглым инструментом,
обрабатывающих изделия диаметром свыше 100 мм, изготов-
ляют разнообразные точные резьбы. Эти машины исполь-
зуются также для накатки коротких резьб и на пустотелых
деталях при малосерийном производстве. Примерная производи-
тельность и диаметры резьб, накатываемых на резьбонакат-
ных автоматах различных типов, приведены в табл. 1. Произ-
водительность определена для накатки только стандартных
резьб. Если не требуется резьба полного профиля (как, на-
пример, некоторых типов печных болтов и т. п.), диапазон нака-
тываемых размеров может быть немного расширен. Также у
Накатка резьбы
87
Таблица 1
Приближенные данные по производительности
(штук в минуту) различных типов резьбонакатных станков
при накатке с поперечной подачей мягких углеродистых сталей
Диаметр резьбы, дюймы Тип станка
ротационно- планетарный возвратно- поступательный с цилиндрическими плашками
Vs 60 до 2000 30 ДО 250 20 до 200
3/16 60 до 2000 60 до 250 20 до 150
‘/4 60 до 1800 60 до 150 20 до 150
3/з 30 до 430 60 до 125 20 до 130
72 150 60 до 80 20 до 100
5/8 50 до 70 20 до 80
3/« 40 до 60 20 до 80
1 30 до 50 15 до 40
Р/2 10 до 20
2 6 до 20
2V2 6 до 20
3 4 до 15
4 4 до 6
изделий из цветных металлов и коротких изделий на машине дан-
ного размера могут быть накатаны резьбы несколько больших
диаметров. Предельные величины допусков по шагу накаты-
ваемой резьбы зависят от пластичности, коэффициента удли-
нения, прочности на разрыв и твердости материала.
Скорость перемещения накатных плашек в значительной сте-
пени влияет на срок их службы, в особенности при обработке
твердых материалов. Скорость вращения круглого инструмента
не имеет такого значения, так как обычно скорость внедрения
инструмента в металл здесь меньше.
РЕЗЬБОНАКАТНЫЕ ПРИСПОСОБЛЕНИЯ
На винторезных станках и автоматах накатка резьбы про-
изводится при помощи одно- или двухроликовых приспособле-
ний, работающих по методу поперечного внедрения, или при-
способлений с продольной подачей, снабженных самооткры-
вающимися головками с тремя или более роликами. При
накатывании поперечным внедрением одним роликом давление
на заготовку осуществляется радиально, если ролик подается
к ее центру, как это схематически показано на фиг. 2,а. Глу-
88
Глава 4
бина резьбы определяется конечным положением поперечного
супорта. При накатке одним роликом требуется большее дав-
ление, и поэтому она обычно выполняется на более мягких ма-
териалах; кроме того, накатка одним роликом используется
при изготовлении коротких резьб или изделий, у которых резьба
близко расположена к рабочей части.
Фиг. 2. Три-метода внедрения, используемые при применении одно-
и двухроликовых накатных устройств. При применении однороликового
приспособления ('слева) давление прикладывается к изделию и шпин-
делю станка.
а — внедрение одним роликом на винторезном автомате; б — тангенциальное
внедрение двумя роликами на винторезном автомате; в — радиальное внедрение
двумя роликами на винторезном автомате.
1 — резьбонакатный ролик; 2 — давление; 3 — изделие; 4 — перемещение роликов
для образования резьбы.
в
Накатка с радиальной поперечной подачей двухролико-
вым приспособлением показана на фиг. 2,6 и 3. В этих слу-
чаях поперечный супорт винторезного станка используется
только как средство подачи, а резьба накатывается двумя ро-
ликами, охватывающими заготовку с двух сторон. Требуемый
размер резьбы достигается в том случае, если оси роликов ле-
жат в одной плоскости с осью изделия. Некоторые приспособ-
ления имеют самостоятельную радиальную подачу. Обычно
они снабжены двумя расположенными один против другого
роликами, образующими резьбу при радиальной подаче к цен-
тру детали при центрировании осей роликов в общей плоско-
сти с осью изделия, как это видно на фиг. 2,в.
Так как мощности применяемого оборудования ограниче-
ны, для облегчения процесса накатки накатные ролики де-
лаются многониточными, при этом диаметр их немного мень-
ше диаметра накатываемой резьбы. В таких случаях у много-
Накатка резьбы
89
ниточных роликов угол подъема винтовой линии соответствует
углу подъема винтовой линии резьбы изделия.
Когда обычные токарные станки оборудуются резьбона-
катными приспособлениями, для осуществления механической
подачи необходим дополнительный привод, Требуется также
Фиг. 3. Тангенциальное внедрение при на-
катывании при помощи двухролико'вого
приспособления.
Накатка резьбы закончена, если центры обоих
роликов находятся в одной плоскости с центром
изделия.
механизм для быстрого отвода поперечного супорта от изде-
лия после выключения рабочей подачи. В противном случае
либо будет сорвана резьба, либо повреждены ролики вслед-
ствие образования винтового схватывания роликов и накатан-
ного изделия. На винторезных автоматах и токарных станках
желательно накатывать резьбы при возможно меньшем числе
оборотов. При накатке двумя роликами обычно скорость враще-
ния заготовки должна находиться в пределах 10—47 об!мин.
Ориентировочное время накатки резьбы для различных чисел
оборотов шпинделя приведено в табл. 2. Небольшие скорости
90
Глава 4
Таблица 2
Приближенные данные по времени накатки резьбы на винторезных автоматах
и токарных станках, оснащенных резьбонакатными приспособлениями
Число ниток на 1 дюйм Ориентиро- вочное число оборотов деталей Скорость вращения шпинделя, об/мин
500 1000 1500 2500 5000
Время накатки резьбы, сек
32 11 — 27 1,3—3,2 0,7—1,6 0,4—1,1 0,3—0,6 0,1—0,3
24 14 — 31 1,7—3,7 0,8—1,9 0,6—1,2 0,3—0,7 0,2—0,4
18 17 — 35 2,0—4,2 1,0—2,1 0,7—1,4 0,4—0,8 0,2—0,4
14 20 — 39 2,4—4,7 1,2—2,3 0,8—1,6 0,5—0,9 0,2—0,5
10 23 — 43 2,8—5,2 1,4—2,6 0,9—1,7 0,6—1,0 0,3—0,5
8 26 — 47 3,1—5,6 1,6—2,8 1,0—1,9 0,6—1,1 0,3—0,6
Фиг. 4. Самооткрывающееся трехроликовое резьбонакат-
ное устройство, работающее с продольной подачей, подоб-
ное разъемным матрицам для высадки головок.
После входа в контакт с изделием ролики накатывают резьбу
с требуемым подъемом винтовой линии.
внедрения рекомендуются для однороликовых приспособле-
ний, за исключением тех случаев, когда изделие тяжелое или
жестко закреплено. При использовании тангенциального двух-
роликового приспособления нагрузка на шпиндель станка
уменьшается примерно на 15%.
Накатка резьбы
91
Существует несколько типов приспособлений для накатки
конусных резьб. На одном из них применены конусные роли-
ки, на другом, чтобы обеспечить соответствующую конусность
резьбы, плоскопараллельные ролики смонтированы под уг-
лом друг к другу.
Ф и г. 5. Приспособление для накатывания двухзаходной
резьбы Акме диаметром 75 мм на длинных шпинделях.
На фиг. 4 показано самооткрывающееся трехроликовое
резьбонакатное приспособление, работающее по методу про-
дольной подачи, изготовленное фирмой «Нэйшнел Акме». Ро-
лики смонтированы в головке на игольчатых подшипниках,
охватывающих эксцентриковые цапфы. Когда резьба накатана
на необходимую длину, пружинный механизм поворачивает
эксцентриковые цапфы и отводит ролики от изделия. Этот ме-
ханизм приходит в действие в тот момент, когда движение го-
ловки вперед застопоривается упором или устройством для
автоматического выключения подачи. В рабочее положение
головка возвращается посредством рукоятки или вилки, при
этом эксцентриковые цапфы поворачиваются в обратном на-
правлении и возвращают ролики в положение для накатки
резьбы. Вращается либо трехроликовая головка, либо обра-
батываемая деталь, следовательно, нет необходимости в ходо-
вом винте, так как в процессе обработки шаг накатанной
резьбы сохраняется. Но когда шаг резьбы большой, напри-
мер при двухзаходной резьбе Акме, ходовой винт может ока-
заться необходимым. Накатка должна выполняться за один
92
Глава 4
проход, так как упрочненная после первого прохода резьба мо-
жет повредить ролики при втором проходе.
Стандартные резьбонакатные приспособления, работающие-
по способу осевой подачи, целесообразно использовать для
накатки резьб диаметром до 50 мм. Для накатки резьб ббль^
шего диаметра требуются специальные приспособления. На-
пример, приспособление, показанное на фиг. 5, используется
для накатки двухзаходной резьбы Акме диаметром 75 мм на
длинном шпинделе. Для многозаходных и других резьб с
крупным шагом приспособления оснащаются роликами со спи-
ральными канавками. Для сохранения их правильного взаимо-
расположения во время рабочего процесса ролики сблокиро-
ваны друг с другом.
ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ ХОЛОДНОЙ НАКАТКИ
ВНУТРЕННИХ РЕЗЬБ
Последние достижения в производстве инструмента для
накатки внутренних резьб-раскаток позволяют использовать те
же преимущества, которые имеют место при накатке наружных
резьб. Раскатки типа «Х-пресс», изготовляемые фирмой «Бес-
ли-Веллис корп.», подобны винтам, не имеющим продольных ка-
навок, которые служат, например, для уменьшения поперечного
сечения метчиков с конусным концом, для постепенного раска-
тывания требуемой резьбы. Хотя они большей частью широко
применяются для холодной накатки внутренних резьб в изде-
лиях из цветных металлов, таких, Как медь, латунь и алюминий,
однако их можно использовать и для обработки свинцовистых
сталей и других пластичных металлов. Предварительно про-
сверленные отверстия должны иметь больший диаметр, чем от-
верстия, подготовленные под нарезание резьбы обычными мет-
чиками. Преимущества раскатки внутренних резьб заключаются
в том, что получают резьбы большей прочности, снижаются
расходы на инструмент (главным образом вследствие уменьше-
ния числа поломок), повышается точность обработки (благо-
даря отсутствию стружки) и увеличивается надежность резь-
бового соединения.
РЕЗЬБОНАКАТНЫЕ МАШИНЫ С ИНСТРУМЕНТОМ
ВОЗВРАТНО-ПОСТУПАТЕЛЬНОГО ДЕЙСТВИЯ
На машинах этого типа деталь в процессе накатки резьбы
помещается между двумя плоскими плашками, одна из кото-
рых неподвижная, а другая совершает возвратно-поступатель-
Накатка резьбы
93
ное движение. Эти машиньг выпускаются различных типо-раз-
меров и моделей для резьб определенного диапазона диаметров
и длин. Ход плашки зависит от максимально возможного диа-
метра резьбы, так как полный профиль ее должен быть получен
.за один ход.
Рабочие поверхности плашек размещены друг против дру-
га, и накатка резьбы на заготовке осуществляется за полный
оборот последней вокруг своей оси во время хода вперед по-
движной плашки. Угол наклона резьбы на плашках равен углу
подъема винтовой линии накатываемой резьбы. Заметного осево-
го смещения заготовки во время накатки не наблюдается. Диа-
метр накатанной резьбы зависит от диаметра заготовки и задан-
ного расстояния между рабочими поверхностями плашек.
Резьбонакатные машины с возвратно-поступательным пере-
мещением инструмента универсальны. На одной машине для
выполнения различых операций, таких, как одновременная на-
катка двух или трех различных резьб, накатка резьбы и какого-
либо узора на одной и той же детали, одновременная накатка
правой и левой резьб и выполнения многих других операций,
могут быть смонтированы два или три набора плоских плашек,
имеющих различную резьбу или профиль. Когда производится
накатка разной резьбы или не одного профиля, диаметры на-
катываемой резьбы должны быть примерно равными. Некото-
рые из наиболее часто встречающихся примеров приведены на
фиг. 6.
Если используемая для накатки плашка меньше, чем глуби-
на гнезда под инструмент, чтобы заполнить гнездо, в него встав-
ляются плитки-заполнители выше или ниже плашки (фиг. 7).
Длина плашки, применяемой на машине данного размера,
рассчитывается таким образом, чтобы в процессе накатки резь-
бы заданного номинального диаметра заготовка могла совер-
шить примерно 5 оборотов. Для заготовок из твердых мате-
риалов может потребоваться 8—10 оборотов. Глубина внедре-
ния плашки в металл заготовки зависит от формы плашки.
Скорость врезания обычно наибольшая в начале процесса на-
катки.
Машина фирмы «Хартфорд-спешл», показанная на фиг. 8,
может служить образцом оборудования с инструментом воз-
вратно-поступательного действия. Расположение плашек, как
правило, на всех плосконакатных машинах одинаковое. По-
движная плашка закреплена на ползуне Д а плашка В непо-
движна. При наладке, показанной на рисунке, заготовки вин-
тов под действием силы тяжести перемещаются по лотку Г к
тыльной части неподвижной плашки. Когда ползун идет вперед,
Ф и г. 6. Некоторые примеры применения плоских плашек.
Комбинируя различные резьбы или ступени в одноударной опе-
рации, можно исключить последующую обработку накатыванием*.
а — накатка многоступенчатых резьб; б — накатка резьбы винта
и продольных канавок; в — одновременная накатка правой и ле-
вой резьб; г — накатка - резьбы на двух концах эксцентричной,
заготовки; д — накатка двух резьб с непрерывной ниткой;.
е — накатка резьбы и закругление конца стержня.
Фиг. 7. Типовой набор плашек с проставками для?
накатки резьбы или фасонных узоров на различных
местах заготовки.
1 — стандартные плашки-заполнители в верхней и нижней ча-
сти; 2 — стандартные плашки с проставками только в верхней
части; 3 — плашки без проставок; 4 — стандартные плашки с
проставками только в нижней части; 5 — стандартные плашкиг
с частично сошлифованной резьбой; 6 — стандартные плашки-
для специальных работ.
Накатка резьбы
95
заготовка захватывается двумя плашками и вследствие контак-
та с ними перемещается вперед.
На некоторых машинах заготовки перемещаются от конца
лотка к исходному пункту рабочего движения и автоматически
Фиг. 8. Накатка винтов с круглой головкой на резьбо-
накатном станке с плоскими плашками. Заготовки по-
даются к подвижной плашке А и неподвижной В из
магазина Г.
вставляются между плашками в нужный момент при помощи
пускового пальца. В конце перемещения вперед накатанное из-
делие выпадает из пространства между плашками.
ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ РЕЗЬБОНАКАТНЫХ МАЙ1ИН
С ВОЗВРАТНО-ПОСТУПАТЕЛЬНЫМ ПЕРЕМЕЩЕНИЕМ
ИНСТРУМЕНТА
Производительность процесса накатки зависит от конст-
рукции и размера изделия, твердости и вида накатываемого
материала и используемого оборудования. Резьбонакатные ма-
шины возвратно-поступательного действия выпускаются с ав-
томатической и ручной загрузкой. Производительность плос-
конакатных автоматов с бункерными загрузочными устройст-
вами постоянная и колеблется в пределах от 250 мелких резьб
примерно до 40 резьб диаметром 25 мм в минуту. Производи-
96
Глава 4
тельность резьбонакатных машин с ручной загрузкой составляет
от 60 мелких до 30 резьб диаметром 25 мм в минуту. Фактиче-
ская производительность машин с ручной загрузкой в значи-
тельной мере зависит от физической ловкости рабочего.
Автоматические резьбонакатные машины возвратно-посту-
пательного действия имеют различные загрузочные устройства
в зависимости от диаметра и длины накатываемого изделия.
В бункере ножевого типа (с доской), установленном на маши-
не фирмы «Уотербэри фаррел» (фиг. 9), заготовки поднимают-
ся вертикальным ножом, совершающим возвратно-поступатель-
ное движение, и сбрасываются им в наклонный склиз, по ко-
торому заготовки перемещаются к питающему механизму,
подающему их в зону обработки. Бункер снабжен сбрасываю-
щим диском (отбойником) с канавкой соответствующей формы
для помещения головки заготовки. Сбрасывающий диск обес-
печивает правильную ориентацию заготовок в склизах и пре-
дупреждает загромождение прохода в наклонный склиз. Ниж-
няя заготовка из склиза транспортирующим пальцем вы-
талкивается в направлении плашек, а затем головка ее захва-
тывается другим пальцем. В конце движения подачи подпру-
жиненный и управляемый кулачком подающий палец в нуж-
ный момент вставляет заготовку между плашками. Типовой
загрузочный механизм предназначен для подачи заготовок диа-
метром 12,7 и длиной 100 мм.
При использовании лопастных бункерных механизмов за-
грузки заготовки поднимаются к верхнему концу наклонного
склиза лопастным колесом, подобным водяному. Бункеры этого
вида пригодны для питания как длинными заготовками, так и
короткими; они более эффективны, чем ножевые бункеры. Верх-
ние концы склизов имеют бортовые планки, положение которых
регулируется в зависимости от размера и формы заготовок.
Для заготовок большого диаметра или большой длины (до
200 мм) при относительно небольшой толщине применяются
цепные бункеры, один из которых установлен на машине фир-
мы «Уотербэри фаррел» (фиг. 10). В этом случае заготовки
загружаются в нижнюю часть V-образного бункера, наклонен-
ного под углом 40°. Они находятся в непрерывном движении,
осуществляемом при помощи шнека, и затем перемещаются
вверх по наклонному склизу серией захватов, прикрепленных к
бесконечной цепи, имеющей регулируемый по скорости привод.
Во время подъема заготовок по склизу лишние из них уда-
ляются серией отсекающих пальцев, а неправильно ориентиро-
ванные выталкиваются двумя плоскими кулачками. Когда
питающие склизы оказываются заполненными, револьверное уст-
ройство воздействует на механизм автоматического выключения
-1
£
Уик
Фиг. 9. Бункер с доской.
Регулируемое отбойное колесо сбрасывает заготовки,
неправильно ориентированные в склизе. Показано коле-
со, выведенное из рабочего положения.
Фиг. 10. В этом цепном бункере заготовки
приводятся в движение от спирального кулака.
Неправильно ориентированные заготовки за-
держиваются в склизе регулируемыми подпру-
жиненными пальцами.
98
Глава 4
подачи, и подача заготовок прекращается. Когда количество
заготовок в питающих лотках уменьшается до заранее установ-
ленной нормы, автоматически включается их подача.
РЕЗЬБОНАКАТНЫЕ МАШИНЫ С РУЧНОЙ ЗАГРУЗКОЙ
Горизонтальные резьбонакатные машины с ручной загруз-
кой используются для накатки таких деталей, длина или фор-
ма которых создают затруднения для автоматической загруз-
ки. Когда ползун (на котором закреплена подвижная плашка)
Фиг. 11. Наклонная резьбонакатная машина с расположен-
ным сбоку магазинным загрузочным устройством.
Заготовки (прутки) имеют диаметр 42,5 мм и длину 1,5 м.
возвращается в исходное положение, рабочий кладет заготовку
против регулируемого глубиномера. Подвижный толкатель в
нужный момент автоматически вводит ее между плашками. За-
тем производится накатка резьбы, и деталь в конце хода па-
дает в соответствующий приемник.
Машины с ручной загрузкой специального назначения бы-
вают различной конструкции. Среди них есть машины с гори-
зонтальной боковой загрузкой, наклонной боковой загрузкой и
машины вертикального типа, которые используются для накат-
ки резьбы на прутках, штифтах и других деталях любой длины.
Машины фирмы «Уотербэри фаррел» с ручной наклонной бо-
ковой загрузкой оснащаются также магазином (фиг. И) для
автоматизации загрузки прутков длиной до 3 м.
Накатка резьбы
99
резьбонакатные машины планетарного типа
Одним из самых последних достижений в области резьбо-
накатных машин являются машины планетарного типа. На
этих машинах накатка резьбы осуществляется на заготовках,
находящихся между расположенной в центре круглой плаш-
кой, непрерывно вращающейся вокруг неподвижной оси, и
одного или нескольких неподвижных вогнутых сегментов, смон-
тированных в непосредственной близости к периферии враща-
ющейся плашки. Хотя такие машины вообще предназначены,
для накатки резьб диаметром до 13 мм, однако их используют'
и для накатки, резьб диаметром свыше 25 мм. Производи-
тельность их довольно высокая — от 150 до 2000 изделий в:
минуту.
Высокая производительность при применении планетарных
плашек достигается в основном за счет непрерывного враще-
ния, исключающего холостые ходы. В этом случае процесс
накатки резьбы подобен процессу, осуществляемому на плоско-
накатных машинах, с той лишь разницей, что он осуществляет-
ся по кругу. Заготовка при помощи специального приспособле-
ния вводится в рабочую зону около неподвижного сегмента и
обкатывается плашками, имеющими требуемую нарезку. Окон-
чательный диаметр резьбы изделия определяется регулируемым-
в радиальном направлении положением сегментов относительно-
центра вращающейся плашки и диаметром заготовки. Плане-
тарные резьбонакатные машины благодаря высокой производи-
тельности нашли применение прежде всего в производстве стан-
дартных винтов и болтов, изготовляющихся в очень больших
количествах. Но затем высокопроизводительный способ накат
ки был использован также в производстве таких массовых де-
талей, как гвозди с нарезкой.
Число оборотов, которое должна совершить заготовка в про-
цессе накатки, в основном такое же, как и на резьбонакатных
машинах возвратно-поступательного действия. Плашки, исполь-
зуемые на машинах планетарного типа, дороже чем плашкщ
применяемые на плосконакатных машинах, однако срок служ-
бы их больше, если измерять его числом накатанных изделий.
Известно, что оно может достигать 30 млн.
Скорость внедрения резьбы плашки в заготовку на плане-
тарных машинах несколько иная, чем на машинах другого
типа. На высокопроизводительных машинах фирмы «Уотербэри
фаррел» (фиг. 12) резьбовой сегмент представляет собой дугу,,
центр кривизны которой несколько не совпадает с центром
резьбового ролика. Сегмент и ролик размещены таким образом,
что первоначальное внедрение их резьб в заготовку, когда
7*
100
Глава 4
последняя входит в пространство между ними, равно примерно
одной трети полной высоты резьбы. Затем устанавливается по-
стоянная скорость внедрения инструмента для образования
резьбы, и дуги постепенно сходятся до той точки, когда сегмент
и резьбовой ролик находятся ближе всего друг к другу. Следо-
вательно, эта точка определяет окончательную высоту накатан-
ной резьбы. После этой точки дуга сегмента начинает удаляться
от дуги резьбового ролика.
На машине имеется одна сегментная плашка, питаемая за-
готовками из одного бункера посредством устройства по-
перечной подачи. Это устройство имеет колесо с пазами, в ко-
торые попадают заготовки из склиза и передаются им затем в
рабочую зону. Устройство имеет собственный привод, благо-
даря чему заготовкам сообщается вращение, соответствующее
вращению их в процессе накатки. Пазы на подающем колесе
расположены очень близко друг к другу, что обеспечивает воз-
можность при малых размерах накатываемых винтов разме-
щать их между плашками не менее чем до 12 одновременно.
Таким образом, средняя производительность накатки составляет
800—2000 изделий в минуту.
На машине «Праттон ролл мейстер» (фиг. 13) заборные кон-
цы неподвижных резьбовых сегментов установлены таким обра-
зом, что они и резьбовой ролик точно входят в контакт с
заготовкой. На этой машине обычно два бункера, и загрузка
осуществляется с двух сторон. Два неподвижных и четыре вра-
щающихся сегмента позволяют накатывать 8 винтов за один
оборот шпинделя. Заготовки вводятся в рабочее пространство
подающим пальцем, управляемым кулачком, расположенным
на шпинделе.
РЕЗЬБОНАКАТНЫЕ МАШИНЫ
С ВРАЩАЮЩИМИСЯ ПЛАШКАМИ
Фирма «Уотербэри фаррел» выпускает ряд планетарных
машин, известных как резьбонакатные машины с вращающи-
мися плашками (фиг. 14). Односегментные плашки имеют дли-
ну по дуге приблизительно 90, а не 120°, как было ранее. На
машинах этого типа заготовка приводится в движение толкаю-
щим пальцем, приводимым в движение от отдельного кулачка.
Между плашками одновременно может быть только одна заго-
товка, и нормальной производительностью машины является
накатка трех деталей за один оборот шпинделя.
Подача трех заготовок за один оборот осуществляется ку-
лачком с тремя выступами. Для специальных целей машина
может быть также оборудована кулачком с одним выступом.
Фиг. 12. Узел скоростной резьбонакатной маши-
ны; видны несколько заготовок, проходящих одно-
временно между плашками. Производительность
машины до 2000 изделий в минуту.
Фиг. 13. Накатка резьбы на заготовке происходит во
время качения последней между внешней неподвижной
и внутренней вращающейся круглой плашками, закре-
пленными на машине планетарного типа.
Ф и г. 14. Резьбонакатная планетарная машина с подачей за-
готовки в инструмент при помощи ^кулачка. Между плашками
может находиться только' одна заготовка.
Фиг. 15. Резьбонакатная машина с цилиндрическими
роликами, имеющая устройство для автоматической
подачи прутков.
Накатка резьбы
103
При накатке резьбы на винтах со шлицевой головкой враща-
ющаяся плашка имеет число заходов, определяющее ее диа-
метр. Заготовка может быть введена в рабочее пространство
для накатки в любой из этих заходов. Наибольшая долговеч-
ность инструмента достигается за счет периодической регули-
ровки пускового кулачка, с тем чтобы заготовка подавалась в
различные заходы, при этом износ вращающейся плашки будет
равномерным. Для накатки винтов с буравчатым концом, при-
меняемых для листового металла и других изделий со специ-
альной резьбой, используются плашки с четырьмя или пятью
заходами.
МАШИНЫ С ЦИЛИНДРИЧЕСКИМ
РЕЗЬБОНАКАТНЫМ ИНСТРУМЕНТОМ
Резьбонакатные машины с цилиндрическим инструментом
существуют двух основных типов с двумя противоположно рас-
положенными роликами и с тремя ррликами, расположенными
на равном расстоянии друг от друга, оси которых параллель-
ны. Трехроликовые машины выпускаются в вертикальном и
горизонтальном исполнении; оба типа машин могут быть ис-
пользованы для накатки с аксиальной подачей. Иногда верти-
кальные мдшины предпочитают использовать для изготовления
многих изделий, которые в процессе накатки не требуют допол-
нительной поддержки в осевом направлении. Преимуществом
горизонтальных машин является возможность накатки резьбы
на длинных и тяжелых изделиях.
На резьбонакатных машинах с цилиндрическими роликами
можно накатывать резьбу на короткие изделия и прутки дли-
ной до 6 м. На фиг. 15 показана одна из таких машин с авто-
матическим устройством для продольной подачи прутков. За-
грузка машины полностью автоматизирована. Когда накатан-
ные изделия выходят из машины, автоматическое устройство
для разгрузки (работающее синхронно с автоматическим за-
грузочным устройством) сбрасывает изделие на отводящую
рейку. Производительность машины -составляет от 4 изделий
диаметром 100 мм и более до 200 и более в минуту мелких
изделий. Резьбонакатные машины с цилиндрическими ролика-
ми обычно применяются для накатки с поперечной подачей без
осевого смещения заготовки. Поскольку резьбонакатной ин-
струмент цилиндрический, конструктивные ограничения числа
оборотов, необходимых для накатки резьбы и обеспечения нуж-
ной скорости внедрения резьбы ролика в металл заготовки, от-
сутствуют. Скорость внедрения зависит от величины попереч-
ной подачи роликов за один оборот заготовки, а также от
104
Глава 4
формы, материала и твердости изделия. Когда накатывается
резьба на трубах и полых изделиях, имеет значение также тол-
щина стенки изделия.
Благодаря широкому диапазону чисел оборотов и бессту-
пенчатому регулированию поперечной подачи накатного роли-
ка могут быть получены такие комбинации значений, при ко-
торых обеспечивается оптимальная скорость внедрения и вы-
сокая производительность. Другим преимуществом машин этого
типа является то, что на них не может произойти рассогласо-
вание работы накатных роликов/так как они кинематически
связаны друг с другом шестернями. Проскальзывание у всех ро-
ликов будет равным по величине и одинаковым по направлению.
РЕЗЬБОНАКАТНАЯ МАШИНА С ДВУМЯ ЦИЛИНДРИЧЕСКИМИ
НАКАТНЫМИ РОЛИКАМИ
Примером такой машины может служить модель «Ленги-
рол» (фиг. 16), выпускаемая фирмой «Лэндис машин». На
этой машине заготовка поддерживается в положении между
двумя роликами при помощи опорной призмы или зажимного
приспособления. Оба накатных ролика смонтированы на гори-
зонтальных параллельных шпинделях, имеющих каждый свой
привод. Направление вращения шпинделя в неподвижных опо-
рах и резьба сидящего на нем ролика — левые. Ролик с правой
резьбой смонтирован на шпинделе, вращающемся в опорах
шпиндельной коробки, и может быть вместе с последней отве-
ден назад с помощью гидравлического устройства для облег-
чения загрузки и разгрузки машины. Подвижный правосторон-
ний узел настраивается на автоматический, полуавтоматиче-
ский цикл работы или используется как неподвижный. На
машине можно накатывать левые и правые резьбы с диаметром
до 75 мм, а широкие технологические возможности конструк-
ции позволяют изготовлять резьбу четырьмя методами в зави-
симости от конструкции изделия, твердости материала и харак-
тера резьбы. Например, показанная на рисунке машина на-
строена на накатку резьбы при осевой подаче заготовки, когда
правый шпиндельный узел остается неподвижным, а заготовка
проходит между роликами. Расстояние между осями роликов
фиксированное, и имеется заборная часть для постепенного об-
разования резьбы. Однако накатной ролик и шпиндельный
узел могут быть отодвинуты назад для загрузки машины изде-
лиями, имеющими головку, и изделиями, на которые накаты-
вается длинная резьба. В данном случае левые резьбы Акме
(диаметром 6 ниток на 1") накатываются на прутке из
стали СП 17 длиной 6 м, подаваемом со скоростью 1220 мм/мин.
Фиг. 16. Накатка левой резьбы Акме 3/4"-6 на
прутке длиной 6 м на машине с цилиндрически-
ми роликами, расположенными горизонтально в
одной плоскости.
Фиг. 17. Накатка резьбы с поперечной подачей
двумя цилиндрическими роликами.
По мере того как каждая заготовка подается из склиза
в рабочее пространство, происходит врезание правого
ролика.
106
Глава 4
Та же самая машина может быть настроена на поперечную
подачу при накатке (фиг. 17). Это осуществляется путем пе-
ремещения правого ролика вперед таким образом, чтобы рас-
стояние от левого ролика было равно меньшему диаметру
резьбы, которая должна быть накатана. Можно накатывать
резьбы на изделиях с буртиком или с головкой. При такой на-
ладке, как показано на рисунке, изделия направляются из
бункера в наклонный склиз и затем на автоматическую пово-
ротную опору. Обойма этой опоры, охватывающая левый ро-
лик, направляет изделия в положение накатки или на него.
.Движением шпиндельной головки автоматически управляет
реле времени загрузочного устройства.
НАКАТКА РЕЗЬБ БОЛЬШОГО ДИАМЕТРА С КРУПНЫМ ШАГОМ
Для изготовления таких резьб машина «Ленгирол» налажи-
вается на возвратно-поступательное движение, т. е. правый ро-
лик постепенно подается. к .оси изделия, а изделие переме-
щается возвратно-поступательно между роликами. Изделия
обычно устанавливаются в центрах или на оправке зажимного
приспособления, которое работает от.ползуна и отклоняется,
позволяя изделию занять правильную положение при накатке.
По мере медленного продвижения правого ролика вперед из-
делие перемещается в осевом направлении за счет принуди-
тельной подачи, создаваемой сцеплением накатного ролика с
накатываемой резьбой. Затем направление вращения роликов
меняется на обратное, и изделие начинает перемещаться в про-
тивоположном направлении; при этом процесс накатки резьбы
продолжается. Этот цикл повторяется столько раз, сколько не-
обходимо для полного образования резьбы. Когда ролики вне-
дряются на полную глубину резьбы, заканчивается накатка,
подача изделия в осевом направлении прекращается и меха-
низм накатки занимает исходное положение.
Четвертым методом накатки резьб на машине «Ленгирол»
является непрерывная накатка. При накатке этим методом до-
стигается высокая производительность, при этом можно обра-
батывать изделия с головкой или шпильки диаметром до 19 и
длиной до 175 мм. Правый шпиндельный узел остается на за-
данном расстоянии от левого.
Обычно используются два сегментных накатных ролика ку-
лачкового типа, посредством которых изделие вводится и вы-
ходит из рабочей зоны, причем полностью накатывается резь-
ба. Изделия из бункера или магазина подаются к поворотной
опорной обойме, поддерживающей накатываемые изделия и
периодически вводящей или выводящей их из позиции накатки.
Накатка резьбы
‘ 107
Поворот отлажен таким образом, что момент поступления за-
готовки и подхода ее к рабочей позиции соответствует облег-
ченной части резьбового ролика. В зависимости от числа ку-
лачков сегмента могут быть накатаны за один оборот роликов
Фиг. 18. Наладка резьбонакатной машины, на каждом шпинделе которой
монтируются по два цилиндрических ролика для накатки резьбы на обоих
концах шпильки.
одно, два или три изделия. Можно накатывать резьбу на обоих
концах шпильки, если смонтировать два ролика на одном
шпинделе, как показано на фиг. 18.
РЕЗЬБОНАКАТНЫЕ МАШИНЫ
С ТРЕМЯ ЦИЛИНДРИЧЕСКИМИ РОЛИКАМИ
На фиг. 19 дан поперечный разрез рабочей головки трех-
роликовой резьбонакатной машины «Ролл-Матик» фирмы
«Нэйшнел Акме». На этой машине ползуны, несущие на себе
108 Глава 4
три накатных ролика, продвигаются вперед или назад при по-
мощи кулачковой шайбы, охватывающей механизм головки и
поддерживаемой роликами. На ползунах имеются направляю-
щие кулачковые ролики, находящиеся в контакте с внутренней
поверхностью кулачковой шайбы за счет давления подпружи-
ненных плунжеров; шпиндели этих ползунов смонтированы на
подшипниках качения.
Фиг. 19. Механизм рабочей головки горизонтальной трехроликовой машины.
Внедрение накатных роликов в заготовку регулируется при помощи кулачкового кольца.
1 — изделие; 2 — ось приводной шестерни; 3 — накатной ролик; 4 — опорный ролик;
5 — направляющий ползун ролика; 6 — кулачковое кольцо; 7 — шпиндель шестерни;
8 — кулачковый ролик; 9 — регулировочное колесо.
Наружные обоймы подшипников не вращаются и находятся
в контакте с концами этих ползунов. Шпильки, проходящие
через внутренние обоймы подшипников, скрепляют их с резь-
бонакатными шпинделями.
От одного электродвигателя приводятся в действие два гид-
равлических узла: один — вращающий рабочие шпиндели, а
другой — приводящий в движение поршень контрольной рейки,
от которой приходит в колебательное движение кулачковая
шайба, определяющая продолжительность рабочего цикла;
Скорость нарастания давления, передаваемого гидросистемой
накатным роликам, регулируется контрольным клапаном. Быст-
Накатка резьбы
109
рый реверс кулачковой шайбы после выполнения операции на-
катки, осуществляется с помощью электрического реле и кла-
пана, управляющего соленоидом. Правый конец зубчатой рей-
ки сцеплен с шестерней, предназначенной для регулирования
глубины накатки и вращаемой с помощью' микрометрического
винта. Для накатки резьбы на мелких изделиях имеется двух-
роликовая головка.
НАКАТКА С ПОПЕРЕЧНОЙ ПОДАЧЕЙ
НА ВЕРТИКАЛЬНОЙ МАШИНЕ
С ТРЕМЯ НАКАТНЫМИ ПЛАШКАМИ
Пример такой накатки на машине фирмы «Рид ролд тред
дай» показан на фиг. 20. Подача тонкостенных корпусов за-
пальных свечей (с впаянными электродами) производится из
Фиг. 20. Автоматическая подача заготовки
в вертикальной трехроликовой машине.
Машина налажена для накатки резьбы на тонкостенных
корпусах запальных свеч после приварки к ним элек-
тродов.
магазина. Установка свеч между плашками и удаление их пос-
ле накатки полностью автоматизированы. Производительность
операции 50 изделий в минуту. На фиг. 21 показана горизон-
Фиг. 21. Горизонтальная резьбонакатная машина с
цилиндрическими резьбонакатными роликами, оснащен-
ная вибрационным бункером, из которого автоматиче-
ски подаются изделия диаметром 12,5—25 и дли-
ной 100—125 мм.
Фиг. 22. Двухроликовая машина для непрерывной
накатки.
Шпиндели вращаются с разной скоростью, благодаря чему
можно использовать цельные ролики вместо сегментных.
Накатка резьбы 111
тальная резьбонакатная машина с круглыми плашками фирмы
«Рид». Машина загружается автоматически с помощью вибра-
ционного бункера. После накатки изделия сбрасываются в спе-
циальный приемник, расположенный сзади машины. На этой
машине накатываются по всей длине стальные винты, исполь-
зуемые в нефтяной промышленности для крепления фланцев
трубопроводов длиной 100—125 и диаметром 13—25 мм, изго-
товленные из высокопрочной термически обработанной стали
с твердостью около 30 RC.
Выпущенная фирмой «Шеффилд-марчи пресижн-рол» ма-
шина (фиг. 22) специально сконструирована для непрерывной
накатки. Вместо сегментных на ней используются цельные пла-
шки, так как они вращаются с различной скоростью. Соотно-
шение скоростей выбрано такое, что обеспечивается одинаковый
износ плашек по всей окружности, поскольку подающее коль-
цо обеспечивает перемещение изделий между плашками с рег-
ламентированной подачей. Заготовки А подаются в простран-
ство между плашками Б подающим кольцом В, скорость вра-
щения которого равна половине разности скоростей 'вращения
плашек. По окончании накатки изделия падают на склиз Г.
Регулирование положения неподвижного шпинделя с целью
достижения требуемой конусности осуществляется вручную при
помощи маховичка. На таких машинах можно накатывать
шпильки с одинаковой или разной резьбой на концах при очень
большой производительности.
ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ НАКАТКИ РЕЗЬБЫ
Обычно для получения заданного диаметра и шага накаты-
ваемой резьбы требуется специальный набор плашек или на-
катных роликов. Резьба плашек должна быть точной по форме
и по шагу. При использовании плоских и планетарных плашек
средняя линия резьбы на концах неподвижной плашки должна
быть параллельна оси заготовки. Заборная часть плашек так-
же должна правильно сопрягаться с основной резьбой, что
обеспечивает возможность заготовке свободно катиться вдоль
всей длины плашки. Длина и форма заборной части зависят от
типа резьбы и материала изделия.
В некоторых случаях на одной или обеих плашках преду-
сматривается заборный угол, занимающий 2/з длины плашки.
Правильно выбранная ширина и конусность плашки имеют
существенное значение для предотвращения выкрашивания
концов резьбы или поломки плашки в процессе работы. Ши-
рина плашки при поперечной подаче должна быть больше длины
112
Глава 4
накатываемой резьбы на величину, зависящую от характера
резьбы, конструкции плашки и других факторов. Накатка резь-
бы на цилиндрических машинах с продольной подачей произ-
водится специально сконструированными плашками. Если на-
катываемая резьба близко подходит к буртику изделия, пода-
ча плашки идет от буртика. Чтобы накатка осуществлялась на
полную глубину, плашка должна иметь 3—5 заходов.
Резьбонакатные плашки могут иметь одну, две или много
рабочих резьб. При применении плашек с двумя накатными
поверхностями концы рабочей стороны плашки могут меняться
с целью использования резервных участков поверхности пла-
шек. В случае конструирования плашек с несколькими накат-
ными поверхностями длина рабочей части плашки должна быть
по крайней мере в 4 раза больше длины накатываемой резьбы.
Тогда после износа концов плашки, работавших поочередно,
вводят в эксплуатацию средние части инструмента. Если тре-
буется накатать две резьбы одного диаметра и шага, но раз-
личной длины, обычно каждая длина резьбы накатывается
•отдельной частью плашки. В этом случае используется двой-
ная плашка, ширина которой равна сумме двух длин накаты-
ваемых резьб плюс 5!/2 или 6 шагов обеих резьб.
На резьбонакатных машинах с возвратно-поступательным
движением накатного инструмента применяются одинарные и
двойные плоские плашки. Двойные плашки имеют нарезку на
обеих сторонах. Если менять местами рабочие стороны плашек
и иметь на каждой из них по две накатные поверхности, можно
одной парой плашек накатывать четыре различные резьбы.
Исключение составляют только плашки для винтов с заострен-
ными концами (типа шурупов), которые делаются одинарны-
ми. Подъем на торце накатной плашки, накатывающей кончик
буравчика, не позволяет использовать двойные плашки или
плашки с двумя резьбами на одной стороне. Плашки для ма-
шины «Болтмейкер» имеют всегда одну рабочую сторону и
почти всегда одну рабочую резьбу вследствие особой конст-
рукции рабочей поверхности. Планетарные плашки также имеют
-одну рабочую сторону, но могут иметь одну или несколько ра-
бочих накатных поверхностей.
При накатке резьбы на машинах этого типа необходимо
обеспечить правильный подбор парных плашек и согласовать
во времени начало накатки заготовки, находящейся между
ними. В точках контакта плашек с заготовкой вершина резьбы
одной плашки должна быть диаметрально противоположна
впадине резьбы другой. Угол подъема винтовой линии резьбы
плоских плашек должен соответствовать углу подъема винто-
вой линии накатываемой резьбы.
Накатка резьбы
113
Хотя, как правило, круглые и плоские плашки имеют шли-
фованную резьбу, однако некоторые из них обрабатываются
на резьбофрезерных станках многорезцовым инструментом с
нулевым углом подъема винтовой линии. Некоторые из этих
плашек после фрезерования резьбы притираются или шли-
фуются и притираются после закалки. У других плоских пла-
шек резьба целиком вышлифовывается. Чаще всего разруше-
ние плашек происходит от растрескивания и выкрашивания
вершин гребней резьбы. В этих случаях одни изготовители
плашек рекомендуют сошлифовывать всю резьбу и нарезать
новую по целому, а другие рекомендуют удалять с вершин
резьбы только 0,25 мм или то количество металла, которое оп-
ределяется глубиной растрескивания.
плоские резьбонакатные плашки
Иногда во избежание проскальзывания заготовки заборные
концы плоских плашек делают слегка шероховатыми; про-
скальзывание может вызвать искажение резьбы в начале на-
катки. Эту шероховатость (которая вообще не рекомендуется
при накатывании точных резьб) наносят в виде мелких рисок
под прямым углом к резьбе при помощи пескоструйной обра-
ботки или травлением.
Так как цилиндрические плашки имеют значительно боль-
ший диаметр, чем изделие, на них должна быть нанесена мно-
гозаходная резьба, чтобы подъем винтовой линии этой резьбы
оказался таким же, как и на изделии.
Для повышения срока службы плашек должны быть обес-
печены следующие условия: чтобы резьба плашек подвергалась
сжатию только в направлении, нормальном к корпусу плашки,
т. е. чтобы не было тангенциальных сил; высота резьбы на
всех таких же плашках должна быть одинаковой, профиль
резьбы должен быть таким же, углы наклона должны быть
одинаковыми и постоянными. Кроме того, плашки следует уста-
навливать точно по отношению друг к другу. Путем соответст-
вующей термообработки плашек перед вводом их в эксплуа-
тацию должны быть сняты или доведены до минимума внут-
ренние напряжения.
Резьбонакатные плашки обычно выходят из строя вследст-
вие усталостного выкрашивания или растрескивания поверхно-
сти резьбы. Всякий вид разрушения плашек легко обнаружи-
вается, поэтому, как только дефекты станут заметными, плашку
следует сменить. Искажения профиля резьбы инструмента
обычно являются результатом высокой твердости заготовки или
значительного упрочнения изделия в процессе накатки.
8 Ч. Уик
114
Глава 4
МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ РЕЗЬБОНАКАТНОГО ИНСТРУМЕНТА
Материалы, из которых изготовляется резьбонакатной ин-
струмент, должны обладать следующими свойствами: мини-
мально изменять размеры при термической обработке, иметь
высокое 'Сопротивление износу и усталости, обладать вяз-
костью, хорошей обрабатываемостью резанием и шлифовани-
ем. Первоначально в производстве стандартных плоских пла-
шек использовались инструментальные углеродистые стали.
Однако потребность в точных резьбах на твердых материалах
привела к тому, что для изготовления накатного инструмента
стали использовать быстрорежущую сталь.
В то время как инструмент из быстрорежущей стали еще
применялся в некоторых случаях для накатки резьбы, наиболь-
шее распространение с лучшими результатами получил на-
катной инструмент из высокоуглеродистых и высокохромистых
сталей после закалки в масле и на воздухе; к таким сталям
относится, например, закаливаемая на воздухе инструменталь-
ная сталь AISI класса D2. В состав этих сталей обычно входит
около 1,50% С, 12% Сг, небольшое количество ванадия и мо-
либдена; при закалке до 60—63 RC они минимально деформи-
руются и обладают высоким сопротивлением износу, однако
они трудно поддаются обработке резанием и шлифованием.
Сегрегация углерода должна быть сведена к минимуму и даже
полностью устранена.
Для операций накатки используются также инструменты из
закаливаемой на воздухе холоднокатаной стали типад AISI
класса А2, содержащие меньший процент углерода (1%) и хро-
ма (5%). Эти стали также мало деформируются и обладают
хорошим сопротивлением износу. Так как для этих сталей очень
важно, чтобы не имело места науглероживание или обезугле-
роживание, закалка должна производиться в печах с контро-
лируемой газовой средой. Другая группа инструментальных
сталей, применяемых иногда для изготовления резьбонакатного
инструмента, содержит около 1% С, 0,20—1% Сг и 1,20—2% Мп.
Хотя износостойкость этих сталей не столь большая, как у вы-
сокоуглеродистых сталей с большим содержанием хрома, они
обладают достаточной вязкостью и стоят несколько дешевле.
Степень необходимой твердости резьбонакатного инстру-
мента оценивается различно у изготовителей и потребителей и
зависит от целевого назначения. Для накатки резьбы на твер-
дых материалах преимущественно применяется инструмент с
максимально высокой твердостью и при отсутствии излишней
хрупкости. Для мягких материалов твердость инструмента мо-
жет быть не выше 56 RC.
Накатка резьбы
115
КОНСТРУИРОВАНИЕ ИЗДЕЛИЙ ПОД НАКАТКУ
Наиболее удобны для накатывания американская стандарт-
ная и унифицированная резьба, резьба Витворта и британская
стандартная резьба, имеющие узкие закругленные впадины.
Однако, если нужно накатывать резьбу с широкими впадина-
ми, последние должны быть выполнены радиусными или за-
кругленными по максимально возможному радиусу в местах
перехода к основаниям резьбы, чтобы облегчить течение вытес-
няемого металла и свести к минимуму необходимое в процессе
накатки давление. При накатке резьбы на винтах-глухарях,
шурупах для дерева и метчиках, имеющих широкие впадины,
необходим специальный накатной инструмент, чтобы в начале
накатки образовывались узкие впадины, которые затем посте-
пенно расширялись до требуемого размера.
Червячные резьбы с углом при вершине, равным 40° (угол
давления 20°), легче накатывать, чем резьбы с углом при вер-
шине, равным 29°. Действительно, при накатке резьбы Акме
с углом при вершине 29° впадины должны быть выполнены по
полному радиусу (или иметь радиусные переходы к основа-
ниям резьбы). Иногда это достигается углублением впадин с
одновременным закруглением их. Считается, что резьбы с
углом при вершине 10° накатываются при удовлетворительных
условиях. При конструировании червяков под накатку необ-
ходимо обеспечить, чтобы внешний диаметр его резьбы был
по крайней мере равен или превышал в 6 раз высоту
резьбы.
На фиг. 23 показана накатанная двухвенцовая шестерня со
спиральными зубьями. Меньший венец с 40 зубьями накаты-
вается за 20 сек, а правый, больший, с 50 зубьями — за 30 сек.
Каждый из венцов накатывался отдельно на обычной накат-
ной машине. В таких случаях необходима накатка в два эта-
па, потому что заготовка принудительно вращается роликом
и два ролика разных диаметров не могут одновременно быть
в контакте с одной и той же заготовкой. Тем не менее возмож-
но накатывать ступенчатую заготовку за одну операцию, если
использовать плашки с вырезами и с двумя группами кана-
вок, которые по очереди вступают в контакт с изделием. В этих
случаях диаметр изделия должен быть небольшим, чтобы за
один оборот ролика совершалось необходимое число оборотов
изделия.
При помощи накатки изготовляются червяки различной
формы и из разных материалов. Показанная на фиг. 24 ось
сцепной муфты изготовлена из цементированной стали и имеет
внешний диаметр 22 мм. Трехзаходная резьба Акме накаты-
8*
Фиг. 23. Двухвенцовая шестерня со спираль-
ными зубьями, накатанными за 2 операции.
Фиг. 24. Трехзаходная резьба Акме муфты
сцепления.
Фиг. 25. Спиральные зу-бья тонкостен-
ной червячной шестерни, накатанные
одновременно на 9 заготовках, насажен-
ных на одну оправку.
Накатка резьбы
117
вается за 30 сек, а шейка с поперечными канавками — за 4 сек.
Хорошим примером накатки тонкостенной детали является
стальной червяк, показанный на фиг. 25. Одновременно можно
производить накатку девяти червяков, насаженных на одну
оправку.
При накатке канавок, глубина которых больше половины
радиуса дна канавки, угол при вершине должен быть равен
60°, а боковые стороны профиля должны сопрягаться с ради-
усным дном канавки. Для получения удовлетворительного кон-
такта с накатными плашками необходимо, чтобы длина на-
катываемых спиральных канавок была не меньше РД витка
спирали. При накатке канавок должно быть обеспечено после-
довательное равномерное смещение материала с поверхности
заготовки. Накатные плашки должны быть сконструированы
таким образом, чтобы для облегчения смещения материала гре-
бешки имели плавные переходы. Обычно наружный диаметр
заготовки берется несколько больше диаметра накатываемого
червяка, благодаря чему облегчается смещение металла и полу-
чение требуемого окончательного размера. Предпочитается, что-
бы углы при вершине резьбы были большими, а дно канавки
закругленным.
Если после накатки детали подвергаются термической об-
работке, то иногда считают необходимым применять более ши-
рокие допуски, учитывая возможность «разбухания» резьбы,
величина которого зависит от материала и конструкции дета-
ли. В случае, когда детали после накатки покрываются другим
металлом, при расчете диаметра резьбы следует учитывать
толщину покрытия. Если угол при вершине профиля резьбы
равен 60°, увеличение диаметра резьбы в процессе металлиза-
ции примерно равно четырехкратной толщине покрытия по бо-
кам профиля.
НАКАТКА РИФЛЕНИЙ
Для выполнения операций накатки рифлений на винторез-
ных и токарных станках, а также резьбонакатных машинах с
цилиндрическим резьбонакатным инструментом используются
цилиндрические накатники. Плоские накатники применяются
на резьбонакатных машинах с возвратно-поступательным дви-
жением накатного инструмента; в планетарных машинах при-
меняются выпуклые и вогнутые сегменты. Насечка накатников
имеет V-образную форму с закругленными вершинами и впади-
нами. Высота каждого зуба меньше теоретической и варьирует
в зависимости от выбранного шага. При мелком шаге эта раз-
ница менее значительна, чем при крупном.
118
Глава 4
ТОЧНОСТЬ РАЗМЕРОВ ЗАГОТОВКИ
При накатке прецизионных резьб объем металла заготовки
должен точно соответствовать объему металла в готовом изде-
лии, что обеспечивается соблюдением соответствующих допус-
ков заготовок. Размер допуска зависит от требуемой степени
точности резьбы и обычно не превышает Уз допуска на диаметр
резьбы. Так как объем материала в изделии в процессе накатки
остается неизменным, точность резьбы зависит от точности за-
готовки.
Если в заготовке содержится излишек металла, накатная
плашка будет перегружена, а если металла слишком мало,
резьба будет неполной. Соблюдение правильных допусков на
заготовки увеличивает долговечность инструмента. Общим пра-
вилом является то, что изменение диаметра резьбы на 0,025 мм
является следствием изменения на 0,0075—0,0100 мм диаметра
заготовки (или несколько меньше для более крупных резьб).
Заготовки нормально обтачиваются на токарно-револьвер-
ных автоматах. Термически обработанные изделия с прецизи-
онными резьбами шлифуются на бесцентровых шлифовальных
станках, что обеспечивает в некоторых случаях допуски на
диаметр и овальность в пределах 0,005 мм. Практически заго-
товки необходимого диаметра получают высадкой.
У- американской стандартной резьбы с высотой профиля,
равной удвоенной высоте головки, и у других подобных резьб
объем металла головки резьбы примерно равен объему пе-
ремещаемого металла. Поэтому в этих случаях диаметр заго-
товки должен приближаться к среднему диаметру готовой резь-
бы. Однако в общем случае диаметр заготовки должен быть
меньше наибольшего возможного среднего диаметра накаты-
ваемой резьбы. Плашки должны быть установлены таким об-
разом, чтобы можно было на заготовке с наибольшим диамет-
ром накатывать резьбы с максимальными внешним и средним
диаметрами. Когда же попадутся заготовки с наименьшим
диаметром, изменение размеров резьбы сведется к уменьшению
внешнего диаметра.
Рекомендуемые диаметры заготовок для накатки с попереч-
ной подачей указаны в табл. 3 и 4. Эти таблицы охватывают
американскую стандартную и унифицированную резьбы, у ко-
торых глубина канавки равна удвоенной высоте головки и дли-
на которых равна по крайней мере одному диаметру (до
25 мм), и не менее этой величины — для резьб с внешним диа-
метром 'более 25 мм. Наименьшие диаметры заготовок для
различных материалов можно рассчитать, прибавляя соответ-
ствующий процент допуска на средний диаметр резьбы
Накатка резьбы
119
Таблица 3
Определение минимального диаметра заготовки
Материал Твердость Процент от допуска на средний диаметр резьбы1)
Алюминиевый сплав Мягкий 30 ДО 50
Т вердый 20 до 40
Латунь и бронза . . Сталь 20 до 40
0,10 до 0,15 С . . Мягкий 0 до 20
0,30 до 0,50 С . . » 20 до 40
0,30 до 0,50 С или сплав 15 до 25 RC 30 до 50
0,30 до 0,50 С или сплав 26 до 32 RC 40 до 60
0,30 до 0,50 С или сплав 33 до 40 RC 50 до 70
Нержавеющая хромо-никелевая
(серия 300) . . 60 до 80
Нержавеющая хромистая (серия 400) 40 до 60
В Используется для определения величины прибавки к минимальному сред-
нему диаметру резьбы.
(см. табл. 3) к наименьшему среднему диаметру накатываемой
резьбы. Наибольшие диаметры заготовок определяются путем
прибавления допуска на диаметр заготовки, взятого из табл. 4,
к наименьшему диаметру заготовки, рассчитанному по табл. 3.
ДИАМЕТРЫ ЗАГОТОВОК ДЛЯ РЕЗЬБ
С НЕУРАВНОВЕШЕННОЙ ФОРМОЙ
Диаметры заготовок для резьб с неуравновешенной формой
могут быть приближенно определены из расчета диаметра на-
катываемой резьбы, равного диаметру гладкого цилиндра с
тем же объемом материала, который содержится в резьбовой
части изделия. Формула для расчета цилиндрических резьб
приведена на фиг. 26.
Диаметры заготовок, подобранные по таблицам или рассчи-
танные по формулам, будут только приближенными и должны
быть еще проверены при пробной накатке, прежде чем начнут
обрабатывать большую партию изделий. Вообще необходимо
Таблица 4
Приближенный допуск на диаметр заготовки
для накатки цилиндрической резьбы1)
Допуски на резьбу, дюйм Диаметр резьбы, дюйм
внешний диаметр средний диаметр ДО 72 72 до 1 1 ДО Р/2 Р/2 ДО 2 2 до 2V2 21/2 до 5
0,0020 0,0010 0,0003 0,0003 0,0002 —
0,0024 0,0012 0,0004 0,0003 0,0003 — — —
0,0028 0,0014 0,0005 0,0004 0,0003 — — —
0,0032 0,0016 0,0006 0,0005 0,0004 — — —
0,0036 0,0018 0,0007 0,0006 0,0005 — — —
0,0040 0,0020' 0,0008 0,0007 0,0006 0,0005 — —
0,0050 0,0025 0,0010 0,0008 0,0008 0,0005 — —
0,0060 0,0030 0,0013 0,0010 0,0010 0,0008 0,0008 —
0,0070 0,0035 0,0013 0,0013 0,0010 0,0010 0,0008 —
0,0080 0,0040 0,0015 0,0013 0,0013 0,0013 0,0010 0,0010
0,0090 0,0045 0,0018 0,0015 0,0015 0,0015 0,0013 0,0010
0,0100 0,0050 0,0020 0,0018 0,0018 0,0018 0,0015 0,0015
0,0120 0,0060 0,0025 0,0020 0,0020 0,0020 0,0020 0,0015
0,0140 0,0070 — 0,0025 0,0025 0,0025 0,0020 0,0020
0,0160 0,0080 — 0,0030 0,0030 0,0030 0,0025 0,0025
0,0180 0,0090 — 0,0030 0,0030 0,0030 0,0030 0,0030
0,0200 0,0100 — 0,0035 0,0035 0,0035 0,0035 0,0035
0,0220 0,0110 — — 0,0040 0,0040 0,0040 0,0040
0,0240 0,0120 — — 0,0040 0,0040 0,0040 0,0040
0,0280 0,0140 — — — 0,0045 0,0045 0,0045
0Д)320 0,0160 — — — 0,0050 0,0050 0,0050
0 Эти допуски используются для получения наибольшего диаметра заготовки и прибавляются к наименьшим диаметрам, полученным из табл. 3. Ког- да допуск на наружный диаметр резьбы меньше удвоенного допуска на средний диаметр резьбы, необходимо, как правило, использовать допуск на диаметр заго- товки, стоящий против ближайшего допуска на наружный диаметр, указанного в таблице, в противном случае следует брать только один допуск на средний диаметр резьбы.
Накатка резьбы
121
учитывать возможность ошибок в шаге резьбы, угле профиля
и высоте резьбы, возникающих за счет неточности изготовле-
ния накатных плашек.
В процессе накатки коротких резьб, в особенности при на-
катке на мягких металлах, может иметь место продольное
удлинение заготовки. Чтобы устранить возможность удлинения
D =--V 1 ,273246(V1 + V2)
Vx = 0,785398 /г2, ________________________
V2 = 5/ги (/ + Fcs) ]Л[3,141592 (d + 2х)]2 + р2,
где D — диаметр заготовки, мм; — объем материала
в 1 мм длины заготовки по меньшему диаметру резьбы;
V2 — объем материала в 1 мм длины нарезанной части;
d — меньший диаметр резьбы, мм; t — толщина основа-
ния резьбы (t = 2h tg0 + где h — высота резьбы,
мм; п — число ниток на единицу длины; х — расстояние
от основания резьбы до центра тяжести профиля резьбы;
h l^CS + \
х Д; ~ ) мм; F CS~ ширина плоской вершины
гребня резьбы, мм; р — шаг резьбы, мм.
Фиг. 26. Формулы для определения диаметра
заготовки под накатку резьбы. Все вычисления
должны выполняться до шестого знака десятич-
ной дроби.
и обеспечить достаточное перемещение материала наружу за-
готовки, следует несколько увеличить ее диаметр. В этом слу-
чае процент, указанный в табл. 3, следует взять соответственно
больше.
Некоторые рекомендуемые формы заготовок для накатки
резьб в различных местах показаны на фиг. 27. Выкраши-
вание резьбы плашки сведено к минимуму благодаря снятию
фасок на концах заготовок. В большинстве случаев следует
122
Глава 4
снимать фаски под углом 30°. Наименьший диаметр окошенной
части должен быть меньше внутреннего диаметра резьбы. iB про-
цессе накатки угол конусного конца заготовки становится бли-
же к 45, чем к 30°. При использовании для накатки резьб
твердых металлов следует снимать фаски под углом от 15 до 25°.
Заготовка
Накатанное
изделие
Инстру-
мент
D-диаметр заготовки
_ J L/72 шага
d<0J2MM
Ф и г. 27. Формы заготовок, рекомендуемые для накатки различ-
ных видов резьб. Во избежание выкрашивания плашек концы
их скошены.
d < У2 глубины резьбы.
Заготовки по возможности должны быть правильной цилин-
дрической формы, так как неправильную форму в процессе на-
катки полностью исправить невозможно. Изменение диаметра
вдоль заготовки создает неравномерность распределения на-
Накатка резьбы.
123
грузки на плашку и может сократить срок ее службы. Суще-
ственное значение при получении точной резьбы имеет глад-
кость поверхности заготовки. При термической обработке сле-
дует обеспечивать и возможно более равномерную твердость
по всей поверхности.
МАТЕРИАЛЫ ЗАГОТОВОК ПОД НАКАТКУ
Резьбы могут быть накатаны на любом пластически дефор-
мируемом материале разнообразной формы, за исключением
квадратных сечений и конусов. Чем большее уменьшение пло-
щади поперечного сечения допускает образец при испытании
на растяжение, тем лучше, так как именно это свойство яв-
ляется показателем - и мерой обрабатываемости материала в
холодном состоянии. На величину сопротивления материала
пластической деформации влияют многие факторы, такие, как
предел текучести, твердость, внутреннее трение и образование
наклепа при обработке, но о них уже было сказано в гл. 2.
Одна из первых попыток накатки прецизионной резьбы (бо-
лее сорока лет назад) была предпринята на винтах микрометра
из углеродистой инструментальной стали. Ошибка шага была
ограничена допуском в 0,0025 на 25 мм длины резьбы. Затем
этот метод был применен для накатки резьб на метчиках. Во
время второй (мировой войны прецизионные резьбы на изделиях
из высокопрочных легированных сталей получали при помощи
накатки, потому что нарезка резьбы не давала удовлетвори-
тельных результатов, а чтобы применить шлифование резьбы в
широких масштабах не хватало производственных мощностей.
Кроме того, накатанные резьбы обладают более высокой уста-
лостной прочностью.
Для авиационных винтов, болтов и других подобных дета-
лей обычно используются легированные стали SAE-2330, 3135.
3140, 4027, 4042, 4640 и 6150, а также AMS-6312, 6320 и 6448.
Детали из сталей этих марок после термической обработки
имеют твердость 26—36 RC и даже довольно часто 40 RC и
выше. Обычно выдерживаются 3-й и 4-й классы точности, иногда
5-й класс. Во 'многих случаях производительность накатки резь-
бы на подобных изделиях в 60 раз выше производительности
при шлифовании. Однако чем тверже металл, тем короче
срок службы плашек. Например, одним комплектом плашек мо-
жет быть накатано 20 000 изделий, имеющих твердость 30 RC
и 3000 изделий с твердостью 40RC; из мягких сортов стали мо-
жет быть накатан 1 млн. изделий. Поэтому резьбы из твердых
металлов более экономично шлифовать, чем накатывать. Все же
при решении вопроса о выборе метода обработки резьбы надо
124
Глава 4
принимать во внимание помимо твердости и другие физические
свойства материала, а также требуемую иногда специальную
форму резьбы. Некоторые исследования показали, что относи-
тельное сопротивление материалов радиальному внедрению ин-
струмента иногда может 'быть более точно определено по их
временному сопротивлению, нежели по их твердости.
Возможно, наиболее идеальным материалом для накатки
являются углеродистые стали. Превосходное -качество поверхно-
сти получается при минимальном усилии накатки. Прутковые
или автоматные стали с повышенным содержанием серы (кото-
рые имеют повышенную хрупкость) регулярно используются
для наката резьбы с углом профиля 55 и 60°. Однако, как пра-
вило, труднее получить гладкую поверхность при накатке чер-
вячной резьбы и резьбы Акме. Этот недостаток иногда можно
устранить путем модификации формы резьбы или выбора стали
с меньшим процентным содержанием серы и фосфора, или, на-
конец, использования обычных углеродистых сталей.
Накатка обычных резьб с углом профиля 60° на свинцови-
стых сталях почти одинакова с накаткой на сталях стандартно-
го состава, а в некоторых случаях даже лучше. Однако, когда
имеют место большие перемещения металла, как, например,
при накатке резьб с крупным профилем или широким основа-
нием, а также резьбы со срезанными вершинами, возможны за-
диры.
Никель, содержащийся в легированной стали в количестве
3,25—3,75%, способствует повышению ее прочности и пластич-
ности. Такие стали пригодны для накатки, но они довольно
упруги, в связи с чем возникает необходимость в большем числе
оборотов заготовки. А кроме того, вследствие повышенной
склонности к наклепу требуется увеличение мощности. Стали
с содержанием марганца от 1,5 до 2% сравнительно плохо
обрабатываются накаткой, однако чистота поверхности .полу-
чается при этом хорошая. Конструкционные стали с 1—4% Ni
и 0,5—1,75%Сг накатываются удовлетворительно, но требуемое
давление по величине аналогично давлению, необходимому при
обработке никель-марганцовых сталей.
Термически обработанные конструкционные стали, содержа-
щие 0,15—0,30% Мо в комбинации с Сг или Ni (такие, как
SAE-4140, 4340, 4640 и 4820), накатываются хорошо, что зави-
сит в основном от твердости. Азотированные стали пригодны
для накатки перед азотированием и обрабатываются, как мо-
либденовые стали. При накатке заготовок твердых сталей, в
особенности заготовок больших размеров, может образовывать-
ся значительное количество тепла, и для предупреждения этого
рекомендуется снижать скорость накатки.
Накатка резьбы
125
НАКАТКА РЕЗЬБЫ НА ИЗДЕЛИЯХ
ИЗ НЕРЖАВЕЮЩЕЙ СТАЛИ
Нержавеющая сталь серии 400 не в такой мере увеличивает
свою твердость при обработке, как сталь 300, и дает превосход-
ные результаты по чистоте накатанной поверхности. Однако
при накатке требуются значительные усилия, и, кроме того, тре-
буются некоторые усилия для того, чтобы сгладить шов, обра-
зующийся на гребне резьбы. Эти швы оказывают' небольшое
влияние на прочность резьбы, так как разрушение последней
происходит не по гребню. У резьбы, испытывающей большие
нагрузки, самые высокие напряжения возникают в основании,
т. е. там, где при накатке создаются наиболее благоприятные
условия для выдерживания нагрузок.
Нержавеющая сталь серии 300, как, например, сталь марки
18-8, быстрее подвергается наклепу и труднее накатывается,
чем сталь серии 400. Получается превосходная чистота поверх-
ности, но при накатке требуются большие нагрузки и снижает-
ся долговечность плашек. В гребнях резьбы не образуется
швов, и даже неполностью накатанные резьбы имеют гладкие
поверхности гребней.
Стали, выбираемые для накатки, обычно проверяются мето-
дом магнитной дефектоскопии на волосовины и усадочные ра-
ковины. Так же производится точечная проверка величины и
равномерности распределения твердости и выборочный хими-
ческий анализ образцов.
СМАЗОЧНО-ОХЛАЖДАЮЩИЕ ЖИДКОСТИ ПРИ НАКАТКЕ
Резьбы на винтах и болтах, изготовленных из малоуглеро-
дистых и низколегированных сталей, накатываются всухую и
с охлаждением. Накатка прецизионных резьб на высокопрочных
материалах, как правило, производится с охлаждением. Неко-
торые наиболее употребительные из них представляют собой
смесь парафина и животного масла с добавлением серы, мине-
рального масла, лярда и серно-хлорированного масла.
Если при накатке твердых материалов происходит сильный
нагрев изделия и инструмента, необходимо снизить скорость
накатки или охладить масло. Для охлаждения масла исполь-
зуются промышленные холодильные установки. При изготов-
лении прецизионных резьб целесообразно перед операцией на-
катки нагреть масло до рабочей температуры посредством
предварительного запуска и работы станка вхолостую. Очень
важно также, чтобы масло было достаточно чистым, что дости-
гается при помощи соответствующих фильтров.
ГЛАВА 5
НАКАТКА ЗУБЦОВ, ШЛИЦЕВ И ШЕСТЕРЕН
Наряду с технологическим процессом холодного образова-
ния резьбы без снятия стружки, который был описан в преды-
дущей главе, сравнительно недавно в США разработаны более
новые процессы холодного формообразования различных зубча-
тых изделий. Эти процессы позволяют за счет пластической де-
формации формировать на различных изделиях требуемое чис-
ло точных зубцов, шлицев, а также изготовлять шестерни. При
этом повышается производительность, экономится значительное
количество металла, повышается прочность и улучшается каче-
ство изделий при меньших затратах на их изготовление.
ПРОЦЕСС РОТО-ФЛО
Одним из этих сравнительно новых процессов холодной на-
катки, применяемым для образования зубцов и шлицев на изде-
лиях, является процесс, выполняемый на специальных машинах
«Рото-Фло» фирмы «Мичиган тул». На этих машинах заготовки
обычно закрепляются между центрами и зубья накатывают за
один ход на полную глубину при помощи перемещающихся
накатных инструментов реечного типа. При обработке твердых
металлов сжимающие усилия составляют свыше 45 т, а на
более мягких металлах требуются усилия меньше 1,5 т.
Требуемый профиль изделия формируется путем смещения
металла по окружности заготовки в процессе пластической де-
формации. На машине возможен абсолютный контроль всех
факторов, благодаря чему обеспечивается точное смещение
металла и можно формировать точное число зубцов, правиль-
но расположенных по окружности изделия. При этом зубцы
можно накатывать по оси симметрии изделия в любом его
месте.
Машина «Рото-Фло» имеет жесткую С-образную станину,
состоящую из основания, литой головки и консоли, прикреплен-
ной к основанию стяжными болтами, как схематически показа-
но на фиг. 1. Два горизонтальных ползуна (смонтированные
один над другим) приводятся в движение двумя одинаковыми
Накатка зубцов, шлицев и шестерен 127
гидравлическими цилиндрами (фиг. 2). Перемещение обоих
ползунов синхронизируется сблокированными с передаточным
механизмом контрольными рейками, смонтированными как одно
целое с накатными инструментами (фиг. 3). Каждый ползун
несет накатной инструмент реечного типа.
Фиг. .1. Схема основных конструктивных узлов накатной машины
«Рето-Фло» с гидравлическим приводом для холодной накатки
шлицев и зубьев.
Точность шага зубьев реек по дуге (делительной окруж-
ности) достигается за счет прецизионной шлифовки обеих реек.
На заходных концах реек высота головок зубьев равна нулю.
Затем высота зубьев постепенно увеличивается и на выходе
рейки достигает полной своей величины. Для отделки шлицев
и зубьев до требуемого размера на концевом участке реек
имеется достаточное число зубьев полной высоты. Чистовая
накатка детали производится приблизительно за два оборота
заготовки? Затем давление постепенно уменьшается вследствие
наличия определенного числа равномерно уменьшающихся зубь-
ев. При такой конструкции накатного инструмента внедрение
Гидравлический цилиндр
Верхний ползун
Нижний ползун
Гидравлический цилиндр \
Фиг. (2. Накатные рейки, смонтированные на ползунах,
перемещающихся в противоположных направлениях.
Рейки приводятся в движение от гидравлических цилиндров, име-
ющих обычные четырехходовые клапаны, обеспечивающие равное
давлений.
Фиг. 3. Движение ползунов синхронизировано при помощи кон-
трольных реек, находящихся в зацеплении с прецизионной промежу-
точной шестерней. Синхронизирующие контрольные рейки монти-
руются заодно с инструментами.
Фиг. 5. Момент окончания операции
накатки при изготовлении спиральных
шлицев на трансмиссионном валу.
Для крепления инструментальная рейка имеет
на конце фланец.
Фиг. 4. Последовательное формирование
зубьев или шлицев на заготовке посте-
пенно увеличивающимися по высоте
зубьями накатной рейки.
g ч. Уик
Фиг. 6. Трубчатое изделие со шлицами (вверху спра->
ва), накатанными цилиндрической рейкой, показанной
внизу справа.
Другая накатная рейка показана слева в державке.
Фиг. 7. Цилиндрическая накатная рейка с
вырезом для накатывания зубьев полной глу-
бины на расстоянии 6,35 мм от выступа.
Ф и г. 8. Диаметр заготовки — диаметр окружно-
сти, над которой площадь головки каждого зуба
равна площади впадины между зубьями ниад
этой окружности,
Накатка зубцов, шлицев и шестерен 131
зубьев рейки в заготовку получается небольшим и металл бла-
годаря этому смещается постепенно, по мере того как рейки,
вдавливаясь глубже, продолжают перемещать обрабатываемую
заготовку. Процесс такого постепенного формообразования
зубьев хорошо показан на фиг. 4.
Толщина накатываемых зубьев и шлицев контролируется
при помощи регулировки инструмента по вертикали относитель-
но линии центра накатываемой заготовки. Для закрепления на
ползунах рейки снабжены монтажными отверстиями. Кроме
того, как показано на фиг. 5, на концах реек имеются выступы
для крепления реек в упорных скобах. Здесь показан момент
окончания рабочего хода при накатке спиральных шлицев на
главном трансмиссионном валу. Пята блока обработана с таким
расчетом, чтобы для накатки четного числа зубьев одним и тем
же комплектом реек можно было вставлять промежуточные бло-
ки с половинной величиной окружного шага зацепления. При
обработке большого количества изделий одного типа дезаксал
для получения нечетного числа зубьев вышлифовывают на
одной из накатных реек.
После того как обрабатываемая заготовка вручную установ-
лена на машине или автоматически ориентирована в соответ-
ствующую позицию, центр задней бабки вталкивает заготовку
на позицию накатки. Центр смонтирован на ползуне -с пневма-
тическим или гидравлическим приводом, перемещающимся по
верхней консоли. Заготовка проходит через направляющую
втулку с коническим внутренним отверстием, которая совмещает
центровое отверстие, высверленное в переднем торце заготов-
ки, с центром передней бабки. Если изделие .бесцентровое,
то центры накатного станка заменяются переходными патро-
нами.
После установки в горизонтальной позиции между накат-
ными рейками обрабатываемая заготовка вращается в центрах
вокруг собственной оси рейками, которые начинают автомата-’
чески перемещаться с одинаковой скоростью в противополож-
ных направлениях. После окончательной накатки зубьев или.
шлицев вал снимается с машины, а накатные рейки возвраща-
ются в свои исходные позиции. Благодаря наличию электробло-
кировки инструменты не возвращаются в свои исходные по-
зиции до тех пор, пока готовое изделие не будет удалено с
машины.
Существуют различные модели машин «Рото-Фло» для на-,
катки шлицев длиной до 102 мм на деталях диаметром 12,7—’
50,8 мм. Ползуны этих машин рассчитаны на установку накат-
ных реек длиной до 1240 мм.
9*
132
Глава 5
УСОВЕРШЕНСТВОВАННЫЙ ПРОЦЕСС РОТО-ФЛО
Проведенное недавно усовершенствование процесса Рото-
Фло позволило на этих машинах накатывать шлицы и зубья на
тонкостенных трубных изделиях диаметром 12,7—50,8 мм. Для
осуществления операций такого рода используются цилиндри-
ческие накатные рейки (вместо плоских) подобно показанным
на фиг. 6, которые перемещаются возвратно-поступательно, а
заготовка подается в аксиальном направлении. Таким способом
накатываются шлицы и зубья длиной до 305 мм как на сплош-
ных, так и на полых валах. Поскольку при этом способе тре-
буются высокие сосредоточенные усилия накатывания, на труб-
чатых изделиях, имеющих толщину стенки во впадинах (от
основания зуба до внутренней поверхности трубы) не больше
1,9 мм, накатывают шлицы с шагом 1,06 мм и с углом зацеп-
ления 30°. Для удлинения срока службы и сокращения числа
инструментов накатные рейки имеют несколько рабочих участ-
ков, сменяемых по мере износа. Детали с одинаковым диамет-
ральным шагом можно накатывать таким же инструментом.
На цилиндрическом накатном инструменте все формообразу-
ющие зубья имеют одинаковый размер. В зависимости от диа-
метра детали, шага зацепления и требуемой чистоты отделки
скорость аксиальной подачи регулируется в диапазоне от 1,6
до 23 мм/сек. Можно накатывать шлицы также на изделиях,
имеющих поднутрения. Для накатки шлицев на изделиях с вы-
ступами, как это показано на фиг. 7, рейка снабжена выточкой.
Такая V-образная канавка в инструменте позволяет накатывать
зуб полного профиля на расстоянии 6,3 мм от BbLCTyna. При
накатке тонкостенных труб во избежание возможного повреж-
дения заготовки на передней бабке вместо обычного центра
устанавливают центр типа оправки.
При накатке шлицев и зубьев методом пластического де-
формирования (как цилиндрическими, так и плоскими накат-
ными рейками) наружный диаметр заготовки (или рабочий
диаметр накатки) определяется из расчета, чтобы площадь
каждого зуба над окружностью этого диаметра была равна
площади впадины между зубьями (фиг. 8). Выбранный диа-
метр определяет также и пропорции накатной рейки в значе-
ниях окружного шага зацепления, угла зацепления и размеров
зуба. Окружной шаг зубьев на инструментальных рейках опре-
деляется из отношения длины окружности заготовки до нака-
тывания к числу зубьев, накатываемых на данной детали. Если
детали сконструированы на базе окружного шага накатных
реек, то можно одним и тем же комплектом накатных реек фор-
мировать шлицы и зубья на изделиях различного диаметра.
Накатка зубцов,, шлицев и шестерен
133
РАЗМЕРЫ ЗАГОТОВОК, ОБРАБАТЫВАЕМЫХ
ПО ПРОЦЕССУ РОТО-ФЛО
Обычно наружный диаметр или диаметр накатки назна-
чается на 0,038—0,189 мм больше основного диаметра дели-
тельной окружности накатываемых зубьев с углом зацепления
45° (шаг 0,8—1,6 мм) и на 0,17—0,43 мм меньше основного
диаметра делительной окружности формируемых шлицев с
углом зацепления 30° (шаг 0,8—1,6 мм). Размеры заготовок за-
висят также от чистоты накатываемой поверхности: чем грубее
поверхность, тем больше должен быть диаметр заготовки, тре-
буемый для формирования наружного диаметра зубьев, так как
на шероховатой поверхности заготовки имеется много пустот,
для заполнения которых нужен дополнительный компенсирую-
щий металл. Окончательные размеры заготовок определяются
экспериментальным путем в зависимости от технологических
условий.
Для качественной холодной накатки шлицев и зубьев эволь-
вентного профиля поверхности под накатку обычно обтачивают
или шлифуют с точностью до ± 0,025 мм (и даже еще меньше
при меньших модулях и более значительных углах зацепления)
на расчетный наружный диаметр или диаметр накатки. Однако
в отдельных случаях удовлетворительные результаты полу-
чают, выдерживая общий допуск порядка 0,075 мм. Отклоне-
ния в размерах диаметров заготовок заметно сказываются на
размере наружного диаметра, получаемого при накатке. Весьма
важно также, чтобы заготовка была концентричной.
По американскому стандарту (ASA), внутренние накатанные
шлицы имеют зазор по наружному диаметру и посадку по бо-
ковым плоскостям. Если требуется посадка по наружному диа-
метру, наружную поверхность внешнего шлица необходимо по-
сле накатки шлифовать. В таких случаях при протяжке внут-
реннего шлица необходимо обеспечивать угловой зазор для
надежной сборки шлицевого соединения.
Если при накатке шлица не будет обеспечено достаточное
сжатие металла, то наружный диаметр шлица у концов может
уменьшаться. Смещение металла в аксиальном направлении
может привести к образованию закатов за концы. Поэтому ре-
комендуется перед накаткой концы заготовок скруглять.
В качестве охлаждающей среды рекомендуется применять
смазочные масла с противозадирными присадками, специально
составляемые ухля одновременного предохранения инструмента
от загрязнения, разобщения контактных поверхностей и устра-
нения чрезмерного «забора» металла. Из имеющихся составов
такого типа можно отметить масло марки Рото-Люб, из-готов-
134
Глава 5
ляемое фирмой «Шиир-спид кемикл продакте» (филиал фир-
мы «Мичиган тул»). Масла, растворимые в воде, для этой
цели не пригодны, так как они смывают смазочное масло с на-
правляющих и не предохраняют от налипания металла на ме-
талл и от истирания.
В накатных машинах применяется высококачественное мас-
ло типа «мобил ДТЕ» [вязкости в секундах Сейболта (SSU)
150 единиц при 38° С]. Для автоматической смазочной системы
накатных машин рекомендуется смазочное масло с противоза-
дирными присадками типа SAE-80.
ПРЕИМУЩЕСТВА И НЕДОСТАТКИ
ПРОЦЕССА РОТО-ФЛО
Основное преимущество процесса Рото-Фло заключается в
его высокой производительности. Обычно цикл накатывания за-
нимает всего 4 сек, благодаря чему производительность по
сравнению с нарезкой однозаходной червячной фрезой повы-
шается в 30 раз. Примеры фактической производительности
будут приведены в дальнейшем при описании промышленного
применения этого процесса. Более высокая производительность
в свою очередь позволяет сократить количество оборудования и,
следовательно, значительно экономить полезную производствен-
ную площадь. Кроме того, сокращение простоев, связанных со
сменой инструментов и наладкой, позволяет снизить эксплуата-
ционные расходы.
В результате переориентации структуры волокон металла
при накатке в холодном состоянии накатываемые шлицы и
зубья упрочняются. Свойственное этому процессу направлен-
ное течение металла по контуру зубьев обеспечивает нор-
мальное распределение нагрузок, приходящихся на зуб по
течению волокна. Как показали испытания на скручивание,
накатанные шлицы на 10—20% прочнее шлицев, нарезаемых
червячной фрезой. Благодаря тому что накатанные шлицы вы-
держивают и передают более высокие крутящие моменты, на
некоторых деталях глубокие нарезаемые ранее шлицы с круп-
ным шагом зацепления можно заменять более мелкими нака-
танными шлицами с меньшим шагом, повышая тем самым
прочность валов и не увеличивая при этом их сечений.
При обработке деталей способом Рото-Фло отмечается
весьма незначительная степень упрочнения. Так, к примеру, если
твердость обрабатываемого материала составляет 38RiC, то
твердость накатанного зуба повышается всего лишь на 1 RC.
При нормальных условиях твердость поверхности зубьев, нака-
тываемых на более мягких материалах, повышается и того ме-
Накатка зубцов, шлицев и шестерен 135
ныне. В любом случае повышение твердости накатываемой по-
верхности можно считать незначительным.
Несомненным преимуществом процесса является также бо-
лее широкая универсальность в смысле возможности формиро-
вания шлицев и зубьев на любом требуемом участке вала и
даже вплотную к уступу, не прибегая при этом к помощи спе-
циального инструмента с задним углом и не повреждая самого
уступа вала. Правда, небольшое поднутрение между шлицем и
уступом вала способствует некоторому удлинению срока служ-
бы инструмента.
При холодной накатке зубьев получаются гладкие поверх-
ности с чистотой, обычно не превышающей величины допуска
0,075—0,15 мкм. Обеспечивая, так же как и фрезы, непрерыв-
ность контакта при получении эвольвентного профиля, накат-
ные рейки вместе с этим не оставляют на поверхности зубьев
ряби, обычно образующейся на фрезерованных зубьях (фиг. 9).
Процесс накатки настолько универсален, что на одной ма-
шине можно непрерывным циклом накатывать на изделиях
шлицы одновременно с резьбой. Так, например, на станке, рас-
считанном для рейки полезной длиной 915 мм, можно устанав-
ливать встык одновременно рейку длиной 610 мм ддя накатки
шлицев и резьбонакатную рейку длиной 305 мм. Таким спосо-
бом на приводной шестерне задней оси, показанной на фиг. 10,
за один проход накатывают зубья и прилегающую к ней резь-
бу 3/4—20. Такие операции можно производить как на деталях
одного диаметра, так и на ступенчатых деталях с переменным
по длине сечением, при условии, если зубья накатываются
вплотную по длине вала. При определенных условиях можно
также производить за один цикл еще и третью операцию,
такую, например, как маркировка или накатывание канавок.
Такая комбинированная технология накатки дает возможность
снижать капитальные затраты на оборудование, уменьшать
стоимость изготовления изделий и, сокращая число переходов,
повышать качество изделий.
Способом накатки можно также получать изделия со шли-
цами с одним или несколькими уширенными против нормальных
базовыми зубцами, обеспечивающими соосность частей при
сборке. Такие установочные, или базовые, зубья двойной шири-
ны можно получать при накатке путем со-шлифовки концов тех
зубьев накатной рейки, которые нормально формируют впади-
ну между двумя соседними зубьями в базовой точке. При на-
катке рейками со срезанными зубьями, как это показано на
-фиг. И, формируются уширенные вдвое базовые зубья, кото-
рые служат не только зрительными ориентирами, но и обеспе-
чивают механическое базирование при сборке.
' Фиг. 9. Рябь на поверхности зубьев, образующаяся
при нарезании червячной фрезой (а), полностью уст-
раняется при холодной накатке (б).
Фиг. 10. Холодная накатка зубьев и резьбы за
один непрерывный цикл на задней оси приводной,
шестерни.
Накатка зубцов, шлицев и шестерен
137-
Фиг. 11. На изготовляемом изделии можно получать установоч-
ные (базовые) зубья двойной ширины, стачивая для этого шлифов-
кой концы определенных зубьев накатной рейки.
При последующей закалке накатанных шлицев параметры
профиля зубьев не меняются, а увеличение размеров в резуль-
тате термической обработки находится в пределах допусков на
шлицы, полученные фрезерованием. Однако это можно коррек-
тировать до накатки, учитывая заранее степень роста метал-
ла на толщину зуба (примерно порядка несколько сотых
миллиметра). Нитка накатанных спиральных шлицев так же,
как и нитка шлицев, нарезанных червячной фрезой, слегка «раз-
вертывается» при термической обработке, что также можно за-
ранее корректировать, учитывая припуск на развертывание-
нитки.
ОБОЗНАЧЕНИЯ ШЛИЦЕВ И ЗУБЬЕВ
Процесс Рото-Фло используется в настоящее время преиму-
щественно для накатки зубчатых профилей, которые, по аме-
риканскому стандарту (ASA), относятся к классу шлицев и
зубьев. Однако этот процесс можно с одинаковым успехом при-
менять также и для накатки конических зубчатых колес и сма-
зочных канавок. Этим способом накатывают также и спираль-
ные зубья.
Хотя между шдицами и зубьями и есть определенное сход-
ство, тем не менее их нельзя смешивать, так как между ними?
существуют очень важные различия. Как у тех, так и других—-
138
Глава 5
эвольвентные профили, и базируются они на диаметральном
шаге, однако они имеют разные углы зацепления, иные диапа-
зоны модулей и диаметров, другие классы посадки, и, кроме
того, у них различные целевые назначения.
Шлицы и зубья обозначаются дробными числами, у которых
числитель определяет диаметральный шаг. По американскому""
стандарту (ASA), знаменатель дроби всегда вдвое больше чис-
лителя. Для углов зацепления 30° высота головки зуба выра-
жается единицей, деленной на величину, вдвое большую диа-
метрального шага. Так, например, на шлице 32/64 высота го-
ловки зуба будет 1/64". По американскому стандарту (ASA),
.величина углов зацепления для эвольвентных шлицев приня-
та 30° и для зубчатых зацеплений — 45°. Шлицы, как правило,
применяются для аксиального движения с вращением, а зубча-
тые зацепления только для передачи крутящего момента.
ПРЕИМУЩЕСТВО НАКАТКИ НЕЧЕТНОГО ЧИСЛА ЗУБЬЕВ
При накатке зубьев в холодном состоянии нечетное число
зубьев, хотя и не является обязательным условием, нередко все
.же дает определенное преимущество, если, конечно, позволяет
конструкция детали. Основное преимущество заключается в
том, что при накатке нечетного числа зубьев обычно облегчает-
ся сама операция накатки и удлиняется срок службы накатного
инструмента. Объясняется это тем, что при нечетном числе
зубьев впадина между зубьями на одной накатной рейке при-
ходится против зуба на второй, тогда как при накатке четного
числа зубьев промежуточные впадины и зубья реек приходятся
точно друг против друга (относительно линии центра накаты-
ваемого изделия).
Теперь способом Рото-Фло можно накатывать прямые
зубья с углами зацепления 30° и больше. Углы зацепления на
косых (или спиральных) шлицах могут быть значительно мень-
.ше. Этим способом можно накатывать на деталях по 15 и боль-
ше зубьев. Детали с меньшим числом зубьев можно обрабаты-
вать одновременно двумя устанавливаемыми в ряд комплек-
тами реек с зубьями, расположенными в шахматном порядке.
Можно также на одном валу накатывать одновременно два
гили шлицевых, или зубчатых участка с небольшим числом зубь-
ев на каждом. Затем такой вал разрезается на две отдельные
готовые детали. На фиг. 12 показана накатанная таким спосо-
бом деталь, которая разрезается затем на две части, имеющие
по 10 зубьев каждая.
Для удлинения срока службы накатных реек и для облегче-
шия процесса холодного пластического деформирования иногда
Накатка зубцов, шлицев и шестерен 139
модифицируют конструкцию шлицев. Так, например, гребной
вал подвесного мотора фирмы «Эвинрюд» снабжался шлицами
с углом зацепления 30° с расчетом на пригонку по внутреннему
диаметру. Так как эти валы изготовляли из нержавеющей
стали 410 и твердость их достигала 40 RC, для облегчения про-
цесса накатки шлицы были модифицированы. Теперь на таких
валах накатывают шлицы с углом зацепления 45° под посад-
ку по наружному диаметру с допущением наплывов в торцах
Фиг. 12. Изделия, получаемые холодной накаткой
двумя комплектами реек, устанавливаемых рядом.
Разрезая накатанный таким методом вал пополам,
получают две одинаковые детали.
шлицев по внутреннему диаметру. К тому же для устранения
сдвига металла за грани концов, а также для торможения дви-
жения металла в продольном направлении по концам зубьев
заготовка с обеих сторон скругляется. Кроме того, модифици-
рованная заготовка делается длиннее обычной заготовки и
после накатывания наплывы зашлифовываются.
Рекомендуется делать возможно больший радиус скругле-
ния зуба с желобком. Проще и экономичнее накатывать при
данном диаметре мелкомодульные шлицы и зубья, чем зубья
с большим шагом, так как в первом случае инструменты испы-
тывают меньшее напряжение. Допуски при накатке выдержи-
ваются с точностью, отвечающей нормали американского стан-
дарта (ASA), за исключением допусков на наружные диамет-
ры готовых деталей, точность которых определяется точностью
допусков, выдерживаемых на диаметрах заготовок.
Для накатки используются стали марок SAE1024, 1037,
1040, 1145, 1330, 4130, 4140, 4340, 5140 и 8660; нержавеющие
стали марок 303 и 410; сплав нитраллой G, алюминиевый сплав
Г ла в а 5
24S—-Т4, латунь В16, а также медь. Твердость этих металлов
лежит в пределах 185 RB— 43 RC. Слишком высокий процент
серы — примерно такой же, как в некоторых автоматных ста-
лях, дающих сыпучую стружку при обработке резанием, при
накатке может вызывать растрескивание.
НАКАТНЫЕ РЕИКИ ДЛЯ ПРОЦЕССА РОТО-ФЛО
Накатные рейки для процесса Рото-Фло вначале изготов-
ляли из высокоуглеродистой инструментальной стали с высо-
ким содержанием хрома. Однако, чтобы повысить срок службы
инструментов, и особенно при холодной накатке зубьев на за-
каленных заготовках, накатные рейки начали изготовлять ив
быстрорежущей стали марки М-2. Успешно применяются для
этой цели также стали марки AISI типов М-1, Т-1 и D-2.
Накатные рейки подвергают термической обработке до твер-
дости 60—62 R.C и затем полностью шлифуют. Профили зубьев,
впадины между зубьями и углы зацепления шлифуют до точ-
ных допусков на станках специальной конструкции фирмы «Ми-
чиган тул». Во многих случаях дробеструйная нагартовка спо-
собствует удлинению срока службы накатных реек.
Поскольку накатные рейки в основном подвергаются дей-
ствию сжимающих нагрузок, а не нагрузок сдвига,, то срок
службы их обычно достаточно велик. Так, например, при на-
катке шлицев на изготовленных из нержавеющей стали и зака-
ленных валах гребного винта лодочных подвесных моторов
фирмы «Эвинрюд» инструменты перезатачиваются после накат-
ки приблизительно 30 000 валов. Каждая пара накатных реек
может быть перезаточена примерно четыре раза, что дает воз-
можность обрабатывать до полного износа инструмента
150 000 валов.
При обработке более мягких металлов срок службы инст-
румента значительно удлиняется. Так, к примеру, в одном.,
правда не совсем типичном, случае при накатке шлицев на
шестернях задней оси до первой перезаточки инструменты обра-
батывают от 375 000 до 500 000 шестерен, благодаря чему стои-
мость инструмента (из расчета на одну шестерню) была сни-
жена до 0,5%. При накатке зубьев с модулем 24/48 и с углом
зацепления 45° на изделии из стали марки SAE-1035, имеющей
твердость меньше 200 НВ, одним комплектом инструментов без-
перезаточки обрабатывают — 175 000 изделий.
Однако при обработке таких сталей, как SAE-1040 и 1045,
одним комплектом инструментов без перезаточки (твердость
35 RC) в лучшем случае можно обработать не больше 30 000
изделий. Сокращается срок службы инструмента от заточки до
Накатка зубцов, шлицев и шестерен
141
заточки также при накатке зубьев и шлицев с углом зацепле-
ния 35°. Так, например, при накатке шлицев с углом зацепления
.'35° одним комплектом накатных реек без перезаточки обраба-
тывают всего только 123 000 изделий, тогда как при накатке
шлицев с углом зацепления 45° одним комплектом инструмен-
тов до перезаточки изготовляют 300 000 изделий.
Цилиндрические накатные рейки снабжены, как правило, не-
сколькими рабочими участками, и по мере износа одного из
них рейку можно поворачивать в державке на определенный
угол, устанавливая очередные рабочие участки с новыми зу-
бьями в позицию накатывания. Таким образом, позиции инстру-
ментов можно менять несколько раз, однако цилиндрические
рейки используются до полного износа рабочих участков и
после этого уже не перезатачиваются. Цилиндрические рейки
длиной не больше 203—254 мм обычно применяют для накатки
различных зубьев, имеющих одинаковый диаметральный шаг.
ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ ХОЛОДНОЙ НАКАТКИ
На современных станках типа «Рото-Фло» осуществляют
холодную накатку прямых, спиральных и конических шлицев,
а также других зубчатых зацеплений на различных изделиях,
включая автомобильные и авиационные детали, детали подвес-
ных лодочных моторов и строительного оборудования.
Накатывание на изделии нескольких шлицев или многочис-
ленных зубчатых участков можно выполнять одновременно не-
прерывным методом за одну операцию на линии из нескольких
накатных станков, соединенных соответствующими передающи-
ми устройствами. Так, например, при накатывании на одном
валу центрового шлица (с прилегающими по обеим сторонам
цапфами для подшипников) и шлицев на каждом конце вала
один рабочий, обслуживающий такую линию из трех накатных
станков, может обрабатывать за час около 200 деталей.
АВТОМОБИЛЬНЫЕ ПОЛУОСИ ЗАДНЕГО МОСТА
На заводе фирмы «Крайслер корпорейшн» в Детройте опе-
рация накатки шлицев на концах полуосей заднего моста авто-
мобиля производится на трех накатных станках типа «Рото-
Фло», объединенных в одну линию. Это позволяет обрабатывать
в день около 12 000 полуосей заднего моста (раньше для этого
требовалось шесть многошпиндельных зубофрезерных станков).
На каждом накатном станке линии за один час обрабатывается
360 трехступенчатых валов, на которых формируются шлицы
142
Глава 5
Фиг. 13. Два зубчатых участка на этой полуоси из закаленной стали нака-
таны в холодном состоянии за одну непрерывную операцию, выполняемую
на оборудовании, показанном на фиг. 14.
/ — радиус 50,8 мм; 2 — радиус 3,05 мм; 3 — поковка 41,15/39,63 мм; 4~ диаметр
33,76/33,50 мм; 5 — диаметр 31,75/81,04 мм; 6 — диаметр до накатки 35,05/35,00 мм;
7 — полная ширина зубчатости 36,07 мм; 8 — радиус 3,05 мм; 9 — радиус 3,05 мм;
10 — радиус 0,48 мм; 11 — диаметр 2,08 мм; 12 — толщина зуба по делительной окруж-
ности (базовая) 1,81 мм; 13 — внутренний диаметр 33,86 J/q’jq; — наружный диаметр
35,99 /5 — диаметр поверх пальцев 38,41 Jlo*O5 » /6 — диаметр делительной
окружности 34,93 мм.
Развертка зубчатости
Число зубьев . .............................33
Диаметральный шаг............................24/48
Угол зацепления ............................45°
Диаметр основной окружности................. 24, 69 мм
длиной 41,2 мм, состоящие из 30 зубьев с диаметральным ша-
гом 24/48 и с углом зацепления 30°, при величине наружного
диаметра 33,77 мм и внутреннего диаметра 30,10 мм. Автомати-
зированная накатная линия соединена ленточными транспорте-
рами, которые автоматически подают обработанные детали на
позицию для термической обработки.
Кованые полуоси заднего моста автомобилей фирмы «Бью-
ик» из стали SAE-1330 (фиг. 13) перед холодной накаткой под-
Накатка зубное, шлицев и шестерен
143-
вергаются термической обработке для получения твердости по-
рядка 325—345 НВ. Для получения равномерной твердости в-
режиме термической обработки предусмотрен также отпуск.
После этого на накатной линии, показанной на фиг. 14, за одну
непрерывную операцию в холодном состоянии накатывают нам
валах две зубчатки длиной 36,05 и 10,18 мм.
Фиг. 14. Накатные станки «Рото-Фло» для холодной накатки двух:
зубчаток на каждой полуоси (фиг. 13).
Обрабатываемые заготовки, перемещаемые зажимными устройствами, автоматически
подаются и поварачиваются на определенный угол при накатывании на этой линии
из двух станков.
Эта накатная линия состоит из двух станков типа «Рото-
Фло», соединенных автоматическим транспортирующим устрой-
ством. Полуоси заднего моста, которые раньше обтачивали и
подрезали на металлорежущих станках до требуемого диаметра
и длины, вручную устанавливаются в зажимных автоматически,
поворачивающихся на определенный угол приспособлениях,
монтируемых на замкнутом цепном транспортере. После накат-
ки одной зубчатки на первом станке вал автоматически удив-
ляется из зажимного приспособления и перемещается на вто-
рой станок, где производится накатка второй зубчатки. Затем?
вал подается снова в зажимное приспособление и перемещается
до конца линии. Обе накатные машины работают одновремен-
но, поэтому цикл накатывания получается непрерывным.
414
Глава 5
На этой линии операция накатывания зубьев в холодном
состоянии занимает всего 3 сек, установка заготовки в позицию
накатки и съем готовой детали производятся за 6 сек, и 572 сек
затрачивается на перемещение обрабатываемой детали со стан-
ка на станок. Таким образом, обработка каждого вала зани-
мает в общей сложности всего только 14г/2 сек. Раньше на
заводе фирмы «Бьюик» операция нарезки зубьев одной ше-
стерни на каждом валу продолжалась 48 сек.
Фиг. 15. Задние оси приводных шестерен автоматически
подаются из магазина на станок для накатки 28 зубьев
длиной 46,2 мм.
На другом накатном станке на заводе фирмы «Бьюик», на-
каткой в холодном состоянии получают зубчатки также на укоро-
ченных кованых карданных валах из стали марки SAE-1330
(твердость 34—36 RC). Зубчатки длиной 30,48 мм состоят из
28 зубьев с диаметральным шагом 24/48. Внутренний диаметр
накатываемой зубчатки 28,57 мм, средний диаметр 29,62 мм и
наружный — 30,68 мм. До операции накатки поверхность под
зубчатку шлифуют до рабочего диаметра (диаметра накатки)
29,72—29,77'мм. В данном случае вместо обточки применяется
шлифовка, потому что прилегающая к зубчатке выточка для
посадки муфты, шлифуемая в этой операции, заодно должна
-быть концентричной с зубчаткой с точностью до 0,025 мм.
На этом накатном станке подача заготовок из магазина и
съем готовых деталей производятся автоматически. Операция
Накатка зубцов, шлицев и шестерен 145
накатки занимает всего только 3V2 сек. В результате того что
деталь упрочняется от нагартовки и течение волокна происхо-
дит по контуру зубьев, представляется возможным уменьшить
ширину зубчатки на этом валу с 38,10 до 30,48 мм.
На заводе фирмы «Бьюик» в холодном состоянии накаты-
вают зубья также и на ведущих шестернях заднего моста.
Твердость этих шестерен, кованых из стали SAE-4118, при-
близительно 180 НВ. Длина шестерни составляет 46,3 мм, и
количество зубьев на ней 28 с диаметральным шагом 24/28.
Внутренний диаметр шестерни 28,58 мм, средний — 29,64 мм и
наружный — 30,69 мм. Поверхность под накаткой шлифуется до
диаметра 29,72—29,77 мм. Накатка на ведущих шестернях зад-
него моста осуществляется на станке «Рото-Фло», показанном
нафиг. 15. Этот накатной станок также оборудован автоматиче-
ским устройством для подачи заготовок из магазина и съема
готовых деталей.
ВАЛЫ ГРЕБНЫХ ВИНТОВ ЛОДОЧНЫХ
ПОДВЕСНЫХ МОТОРОВ
До йакатки шлицев валы гребных винтов лодочных подвес-
ных моторов фирмы «Эвинрюд», изготавливаемые из нержавею-
щей стали, закаливают до твердости приблизительно 38—40 RC.
Участок вала под накатку шлифуют до расчетного диаметра с
точностью + 0,000—0,037 мм. На фиг. 16 приведены диаметры
заготовки, а также чистовые размеры после накатки для валов
четырех типоразмеров. Вал с наружным диаметром 23,39 мм
снабжается 23 шлицевыми зубцами с углом зацепления 45° и с
шагом 25,0909/48. Внутренний диаметр шлицев 22,27 мм; а
средний — 23,27 мм (на 1 мм больше диаметра заготовки).
В данном случае для обеспечения «посадки по наружному
диаметру» при сборке наружный диаметр готовых шлицев шли-
фуется после накатки. При накатке шлицев на гребном валу
одного типоразмера ход накатных реек длиной 610 мм зани-
мает только 5,4 сек, а полный цикл накатки шлицев длится при-
близительно 20 сек (считая от установки заготовки на станке
и до съема готовой детали). Как показано на фиг. 17, установка
заготовок и съем готовых деталей производятся вручную.
На фиг. 18 показана инструментальная оснастка для выпол-
нения операции накатки шлицев на главном валу коробки
передач для автомобиля класса «Виктор» английской фирмы
«Ваксхолл моторе». На рабочей поверхности каждого такого
кованого стального вала методом холодной накатки получают
четыре кольцевые группы, каждая из которых состоит из три-
дцати трех отдельных смазочных канавок. Нижний инструмент
Ю Ч. Уик
146
Глава 5
для накатки масляных канавок ла фиг. 18 обозначен буквой Q.
Контрольная рейка на каждом ползуне, находящаяся в зацеп-
лении с передаточным механизмом R, блокирует и синхронизи-
рует движение формообразующих инструментов.
Диаметр заготовки
(шлифоранной перед
накаткой), мм
Диаметр шлица
после накатки,
мм
Диаметр шлица
после шлифовки,
мм
28,65
16,71
23,39
19,33
29,62
18,54
24,49
20,50
29,24
1 7,43
24,05
20,12
Фиг. 16. Диаметр заготовок и чистовые размеры шлицев
на валах гребных винтов лодочных подвесных моторов
фирмы «Эвинрюд».
Установка заготовок и съем готовых деталей на этом накат-
ном станке производятся автоматически, а заготовки подаются
из наклонного магазина, расположенного на отдаленной сторо-
не поддерживающего рукава. Гидравлические пальцы перено-
сят каждый вал из магазина в зажимное приспособление, рас-
положенное внизу поддерживающего рукава. В это время нака-
танный вал выталкивается из зажимного приспособления и
сбрасывается в стальной ящик, показанный на переднем плане
фиг. 18.
Вместе с зажимным устройством накатываемый вал посту-
пает в рабочую зону станка, где закрепляется подпружиненньъ
ми пладками в призматических колодках, а с левого конца он при-
жимается к упору нажимным вращающимся подпружиненным
Фиг. 17. Вал с накатанными в холодном состоянии
шлицами снимается" вручную до начала обратного
хода реек.
Фиг. 18. Холодная накатка четырех рядов масляных ка-
навок на рабочих поверхностях главного трансмиссионного
.вала.
Станок оборудован магазинной подачей, расположенной на про-
тивоположной стороне рукава, поддерживающего заготовку.
10*
148
Г ла в а 5
сухарем. После такой центровки с принудительной передачей
движения приводятся в действие верхний и нижний ползуны с
инструментами, накатывающими масляные канавки. Весь цикл
этой операции продолжается приблизительно 8 сек,
НАКАТКА ШЛИЦЕВ И ЗУБЬЕВ ШЕСТЕРЕН
ПО МЕТОДУ ФИРМЫ «ГРОБ» :
Сравнительно недавно фирма «Гроб инкорпорейшн» разра-
ботала новую технологию накатки наружных зубьев и шлицев
в холодном состоянии. По этой технологии два одинаковых,
расположенных друг против друга планетарных ролика периоди-
чески и одновременно прикасаются к цилиндрической заготовке.
Заготовка, непрерывно вращаясь (или поворачиваясь на опре-
деленный угол) в 'синхронной последовательности с движением
накатных роликов, подставляет в позицию все канавки одна за
другой, тогда как ролики, смонтированные в роторных держав-
ках, перемещаются к заготовке и от нее. Накатываемая заго-
товка помимо этого подается еще и в аксиальном направлении
между роликами. Каждый накатной ролик свободно вращается
вокруг собственной оси. При таком комбинированном вращении
(или периодическом повороте на определенный угол) с подачей,
как это показано на фиг. 19, постепенно формируется зуб ше-
стерни или зуб шлица как по периферии, так и параллельно оси
заготовки. При каждом очередном контакте ролики все глубже
и глубже внедряются в заготовку до тех пор, пока не дости-
гается окончательная глубина накатки. Накатка заканчивается
полностью за один проход заготовки.
Для такой накатки применяются накатные ролики одинако-
вой формы, имеющие каждый один формообразующий (рабо-
чий) и второй вспомогательный ободки (фиг. 20). При этом
формообразующий ободок по своей конфигурации точно соот-
ветствует форме накатываемой впадины, тогда как вспомога-
тельный ободок, как это показано на фиг. 21, предназначен для
обеспечения контакта с накатанной ранее начисто предыдущей
впадиной, благодаря чему достигается точность шага по дуге
делительной окружности. Кроме того, вспомогательный ободок
служит также для предохранения слишком высоких зубьев от
изгибания. Два ролика используются в данном случае для урав-
новешивания давления, оказываемого на заготовку. Следова-
тельно, при наличии надежной опоры для заготовки можно про-
изводить накатывание и одним роликом. Можно применять так-
же и несколько пар роликов, однако в большинстве случаев это
не дает никакого преимущества. Планетарные ролики «сдавли-
вают» заготовку только в течение короткой части своего цикла
Фиг. 19. взаимно противоположно распо-
ложенные ролики периодически и одновре-
менно соприкасаются с цилиндрической за-
готовкой, которая вращается (или повора-
чивается на определенный угол) и подается
между роликами. для последовательного
формирования шлицев или зубьев.
Фиг. 20, Пара одинаковых ро-
ликов, применяемых для , хо-
лодного формообразования
шлицев или зубьев.
Каждый ролик имеет один рабочий
и один вспомогательный об.одки.
Рабочий бг.помогательмый Накатка
обооок ободок верха Шаг по дуге
Опооа оубо Шаг по дуге
Фиг. 21. Формообразующие, или рабочие, ободки на роликах
. .. имеют форму накатываемых канавок.
Вспомогательные ободки обеспечивают точность шага по дуге (делительной
окружности) и могут одновременно предохранять высокий зуб от изгиба.
150
Глава 5
и не соприкасаются с ней на протяжении большей части цикла.
В тех случаях, когда заготовка не вращается, а поворачивается
на определенный угол, в момент, когда ролики выходят из кон-
такта с заготовкой, последняя поворачивается на величину од-
ной впадины. Таким образом, при последующем контакте роли-
ков формируется очередная канавка, причем в этот момент вра-
щение заготовки прекращается.
При продольной подаче заготовки ролики постепенно все
глубже и глубже внедряются в нее. Когда оба ролика находятся
на минимальном расстоянии друг от друга (или в так называе-
мой мертвой точке), заканчивается внедрение на полную глуби-
ну. Максимальное внедрение роликов в заготовку за каждый
шаг подачи (черновой) происходит при начальном контакте в
расчетной зоне, тогда как минимальное1 внедрение за каждый
шаг подачи (чистовой) имеет место в «мертвой точке» или при
заключительном контакте в той же самой зоне. Положение
«мертвой точки» определяется заранее и не изменяется, пока
длится обработка. Скорость продольной подачи заготовки под-
держивается постоянной. За один оборот (или за одиночный по-
ворот на определенный угол) детали, на которой требуется на-
катать шлицы или впадины между зубьями шестерни в количе-
стве X накатные ролики совершают X циклов (или контактов
с заготовкой).
В процессе накатки заготовка может вращаться или повора-
чиваться на определенный угол как по ходу часовой стрелки,
так и в обратном направлении. В зависимости от направления
вращения заготовки планетарные ролики будут входить в
контакт с заготовкой «сверху рниз» или же «снизу вверх»
(см. фиг. 19), но они должны быть всегда расположены один
против другого и работать в точном синхронном взаимодейст-
вии. В зависимости от характера операции ролики совершают
от 800 до 3500 циклов в минуту.
Вообще рекомендуется по возможности производить накат-
ку при постоянном вращении заготовки, так как при таком ре-
жиме накатки не приходится решать конструктивные проблемы,
связанные с ускорением и замедлением вращения, с которыми
неизбежно приходится сталкиваться конструктору при обработ-
ке заготовки, поворачивающейся на определенный угол. Вместе
с тем скорости вращения лимитируются допустимым числом
оборотов накатных станков, работающих обычно со скоростью
1800—3500 об!мин в зависимости от размера и геометрической
формы обрабатываемой заготовки: Поэтому целесообразнее при-
менять ролики с относительно большей траекторией, а также
ролики с мелкими ободками, имеющими достаточные углы бо-
кового уклона.
Накатка зубцов, шлицев и шестерен
151
КОРРЕКЦИЯ НА «СКРУЧИВАНИЕ»
Если заготовка во время контакта -с накатными роликами
вращается, то между начисто и начерно накатанными участка-
ми происходит небольшое «скручивание». Степень такого «скру-
чивания» возрастает при накатке небольшого числа канавок,
при меньших диаметрах траектории ролика и при более высо-
ких формообразующих (или рабочих) ободках на роликах. Для
обеспечения соосности начерно и начисто накатанных канавок
необходимо смещать ось вращения ролика относительно оси об-
рабатываемой заготовки. Угол корректирования, обычно не
превышающий 1°, можно высчитать по формуле
где А — угол корректирования в градусах; — диаметр заго-
товки в мм; N — число шлицев или впадин между зубьями;
£>тр —наибольший диаметр траектории, описываемой роликом,
в мм.
При периодическом повороте заготовки на определенный
угол, когда заготовка не вращается при контакте с роликами,
«скручивания» не происходит и, следовательно, корректировоч-
ного смещения оси вращения не требуется. Поэтому прерыви-
стый поворот заготовки рекомендуется применять при накатке
шестерен высокой точности; обязательно следует применять
этот- метод при накатке небольшого числа шлицев или неболь-
шого числа зубьев. Этот способ следует применять также в тех
случаях, когда накатка производится роликами с траекторией
небольшого диаметра, имеющими глубокие формообразующие
зубья. Правда, при этом операция накатки замедляется и, сле-
довательно, снижается производительность в зависимости от
того, сколько раз будет прерываться вращение заготовки. На
современных накатных станках число таких циклов может до-
стигать от 800 до 1200 в минуту, причем точное число прерыви-
стых поворотов заготовки будет зависеть от числа накатывае-
мых зубьев или шлицев и от размера заготовки.
По мере постепенного и периодического углубления впадин
между зубьями или шлицами соответственно увеличивается вы-
сота зубьев или шлицев. При этом наибольшая степень прира-
щения высоты будет получаться при контакте только с одной сто-
роной зуба или шлица, При одновременном контакте с обеими
сторонами создающееся пространственное ограничение пре-
пятствует увеличению высоты. Пластическое течение металла не
должно также распространяться до центра заготовки, так как
152
Глава 5
в противном случае начинается неконтролируемое продольное
течение металла. При этом чем меньше число (Накатываемых на
заготовке зубьев или шлицев, тем меньше образуется нераспре-
деленных зон. При накатке с нормальной скоростью подачи
трудности возникают в том случае, если на заготовке накаты-
вается меньше 10 зубьев. Однако, если уменьшить скорость по-
дачи, можно накатывать на деталях даже 6 зубьев, при этом
впадины между зубьями должны быть не слишком широкими.
Операция накатки на трубчатых деталях может быть успешной
Фиг. 22. Широкие канавки с плоским основанием
между прилежащими зубьями ускоряют накатку и,
способствуя течению металла с прилежащих участ-
ков, позволяют получать улучшенную структуру во-
локна.
при том условии, если трубчатая заготовка имеет стенку доста-
точной толщины и накатываемые зубья не слишком крупные.
При обработке трубчатых заготовок роликами небольшого диа-
метра с траекторией малых диаметров, а также при понижен-
ной скорости подачи возможность разрушения уменьшается.
Весьма важно, чтобы в процессе накатки металл вдавливался
между прилежащими зубьями по направлению к центру заго-
товки. Поэтому удобнее накатывать широкие канавки с пло-
ским основанием, нежели канавки узкие. При плоском основа-
нии металл течет в направлении головок зубьев с более обшир-
ных прилежащих участков, благодаря чему на вершинах зубьев
образуются минимальные закаты (или, как их называют, «кро-
личьи уши») и улучшается волокнистая структура зубьев
(фиг. 22).
Накатка зубцов, шлицев и шестерен
153’
МЕТАЛЛЫ ДЛЯ НАКАТКИ
Практически холодную накатку можно производить почти
на любом достаточно пластичном металле. Однако такие мяг-
кие металлы, как свинец, не обладают достаточным внутрен-
ним сопротивлением пластическому деформированию, обеспечи-
вающим удовлетворительную накатку, тогда как закаленные
стали, наоборот, недостаточно хорошо деформируются в процес-
се накатки. Точные изделия при накатке получаются только-
при условии, если сами заготовки также точные и имеют равно-
мерную твердость. Поскольку в процессе накатки объем мате-
риала не изменяется, допуски, выдерживаемые на заготовках,
влияют на точность готовых изделий. Накатку, показанную на
фиг. 20, можно производить только при том, условии, если диа-
метры заготовок выдержаны исключительно точно и головки'
зубьев имеют достаточную ширину. Отклонения в диаметрах
заготовок заметно влияют на степень точности высоты головок
зубьев. При этом чем уже головка зубьев, тем больше будет
величина отклонения.
Точность, выдерживаемая при накатке, обычно выше точно-
сти, получаемой при механической обработке, и, как правило, не-
уступает, а иногда даже превосходит точность после шлифова-
ния. Чистота поверхности почти такая же, как при обработке-
металла давлением в холодном состоянии. При обработке дав-
лением >в холодном состоянии и механическом упрочнении по-
вышается прочность обработанной детали, причем прочность на-
катанной детали из отожженной стали бесспорно выше прочности
такой же детали, изготовленной при помощи механической об-
работки из такого же материала, только предварительно зака-
ленного. Параметры накатанных деталей изменяются в процес-
се термической обработки в значительно меньшей степени
вследствие эффективного преобразования волокнистой структу-
ры в однородную массу, ориентированную по профилю зуба.
КОНСТРУКЦИЯ НАКАТНОГО СТАНКА ФИРМЫ «ГРОБ»
На фиг. 23 показан образец современного накатного станка:
фирмы «Гроб». Шпиндельная бабка (слева) состоит из жесткой
С-образной опорной станины, на которой смонтированы две со-
осные вертикальные колонки, расположенные над горизонталь-
ным отверстием в шпиндельной бабке и под ним; это отверстие
находится на одной оси с обрабатываемой заготовкой и шпин-
делем суппорта. Накатные ролики смонтированы в роторах,,
установленных в подшипниках вертикальных колонок. Обе ко-
лонки поворотные и регулируются по вертикали на 76 мм при
Ф.иг. 23. Станок фирмы «Гроб» для холодной накатки.
Накатные ролики установлены в роторах, смонтированных на вертикальных
колонках передней бабки станка (слева).
Ф и г. 24. Верхний и нижний роторы с приво-
дом от индивидуальных электродвигателей
(посредством универсальных муфт) и синхро-
низированные с рабочим шпинделем при по-
мощи распределительных /регулировочных)
шестерен.
Накатка зубцов, шлицев и шестерен 155
.помощи микрометрических винтов. При такой конструкции на
этом станке можно производить накатку резьбы на заготовках
переменного диаметра с отклонением в пределах 152 мм.
Сдвоенные роторы (фиг. 24), приводимые во вращение от
индивидуальных двигателей, синхронизированы посредством рас-
пределительных (регулировочных) шестерен и рабочего шпин-
деля, смонтированного на салазках станка. Сменная зубчатая
передача дает возможность налаживать станок для накатки
резьбы на изделиях с различным числом зубьев. Планетарное
вращение накатных роликов в момент, когда они выходят из
контакта с заготовкой, осуществляют пружинящие, или разжим-
ные, кольца. Когда же ролики находятся в контакте с заготов-
кой, их вращение поддерживается самой заготовкой. Подача
салазок осуществляется при помощи ходового винта. Для бы-
строго перемещения салазок в обратном направлении вра-
щается гайка, а при подаче — подающий червяк. Путь горизон-
тального перемещения салазок и другие функции станка кон-
тролируют конечные выключатели. Операция накатки на этом
станке может производиться вручную, полуавтоматически и ав-
томатически.
В некоторых случаях целесообразнее производить холодную
накатку на длинных заготовках и затем накатанную заготовку
разрезать на отдельные шестерни или шлицеванные детали тре-
буемой длины. В других случаях выгоднее накатывать отдельные
детали. Не рекомендуется группировать заготовки в стопу и
скреплять вместе в коаксиальном положении, так как под дав-
лением, возникающим в процессе накатки, заготовки могут
разделиться и растянуть или разрушить оправку.
ОБРАЗЦЫ НАКАТЫВАЕМЫХ ШЛИЦЕВ И ШЕСТЕРЕН
Заготовки для изготовления шестерен авиационных двига-
телей, показанные на фиг. 25, накатаны в холодном состоянии
на станке фирмы «Гроб». Как показали испытания, срок служ-
бы таких шестерен в 10 раз выше, чем шестерен, изготовленных
способами механической обработки. Этим методом изготовляют
из цилиндрических стержней (сталь AISI-1045) шлицевые валы
длиной 366 и диаметром 76, мм с 16 прямоугольными зубцами.
Эти многопазовые валы, используемые для больших балансиро-
вочных станков фирмы «Гишолт мэшин», сопрягаются с дета-
лями длиной 203 мм при точности посадки 0,025 мм на боковой
зазор между зубцами.
Фирма «Оливер корпорейшн» производит накатку в холод-
ном состоянии соосных шлицев длиной 102 мм на обоих концах
тракторных валов. Шлицы состоят из 20 зубьев с углом зацеп-
156
Глава 5
ления 30° и питчем 8/i6- Накатка каждого такого шлица обходит-
ся фирме всего только 12 центов. Фирма «Глоб империэл корпо-
рейптн» производит накатку шлицев -на обоих концах рулевой
Фиг. 25. Заготовки для накатки шестерен авиаци-
онного двигателя, изготовленные методом пласти-
ческой деформации холодного металла на станке-
фирмы «Гроб»
9.4мм
Фиг. 26. Чертеж участка трансмиссионного вала автоматической
передачи автомобиля, на котором за 40 сек, накатываются 16 прямо-
угольных шлицев.
колонки управления автомобиля. Накатка выполняется одно-
временно на двух станках фирмы «Гроб», причем каждый станок
накатывает шлицы на одном конце рулевой колонки, В 'этом
Накатка зубцов, шлицев и шестерен 157
случае шлицевые участки колонки, 'накатываемые соосно один
к другому, должны к тому же находиться на одной оси с паза-
ми колонки. Обе операции накатывания выполняются автома-
тически, и за одну минуту обрабатывается начисто две детали
(четыре шлица).
На чертеже (фиг. 26) части вала автоматической передачи
автомобиля показаны шестнадцать прямоугольных шлицев, на-
катываемых на станке фирмы «Гроб» за один цикл продолжи-
тельностью 40 сек. Эти валы изготовляют из стали марки
SAE-4140; заготовки предварительно обтачиваются под накатку
до исходного диаметра с точностью ±0,050 мм. Ежегодные за-
траты фирмы на инструмент составляют теперь всего только
одну четвертую часть расходов, производившихся ранее на на-
резку шлицев червячной фрезой.
ГЛАВА 6
РОТАЦИОННОЕ ВЫДАВЛИВАНИЕ
Ротационным выдавливанием называют процесс образова-
ния изделий по форме вращающейся оправки при помощи од-
ного или нескольких свободновращающихся давильных роли-
ков, перемещающихся поступательно 1). В процессе обработки
этим методом (без отходов) металл пластически деформируется
и постепенно смещается под действием сжимающего усилия да-
вильного ролика по мере перемещения последнего параллельно
поверхности оправки на заданном расстоянии от нее. При одно-
временном вращении -обрабатываемого изделия и оправки да-
вильный ролик фактически перемещается по спирали и придает
изделию требуемую форму, выдавливая металл в зазор между
поверхностью оправки и формообразующим роликом.
При этом металл, сдавливаемый впереди ролика и смещаю-
щийся параллельно оси симметрии изготовляемого изделия,
подвергается частично деформации сдвига. Поскольку металл,
обтекающий рабочий поясок ролика, вначале пространственно
не ограничен и не может быть выдавлен, он фактически подвер-
гается чистому изгибу. Выдавливание начинается с того момен-
та, когда наружная поверхность металла начинает ограничи-
ваться поверхностью оправки.
Способом ротационного выдавливания можно быстро, точно
и весьма экономично изготавливать такие полые изделия, как
конусы и цилиндры из вырубленных заготовок, тянутых ста-
канов, сварных цилиндров, поковок, а также из отливок. На да-
вильно-обкатных станках, оснащенных контурными шаблона-
ми, можно также получать профили с криволинейными (типа
эллипсоидных) стенками и многоступенчатые трубчатые изде-
лия с переменным сечением. На изделиях можно получать
фланцы такой ясе толщины, как толщина заготовки, тоньше или
толще, чем стенка заготовки (при изготовлении изделий из по-
!) В технической литературе, издающейся на английском языке, этот
процесс известен сейчас под многими названиями и в том числе такими, как
Floturning, Hydrospinning, Rotoforming, Spin-Forging, Shear Spinning, Power
Roll Forming, Compression Spinning, Roll Flowing, Shear Forming, Rotary
Extrusion.
Ротационное выдавливание
159>
ковок, обработанных механически), и фланцы большей толщи-
ны, чем толщина исходной заготовки. В некоторых случаях,
бывает необходимо производить ротационное выдавливание за
две или более операции, заменяя для этого оправку или про-
изводя заново наладку ролика после каждой операции. После
выполнения нескольких последовательных операций иногда тре-
буется подвегать изделие межоперационному отжигу
ОТЛИЧИЕ РОТАЦИОННОГО ВЫДАВЛИВАНИЯ
ОТ ОБЫЧНОГО ДАВИЛЬНОГО ПРОЦЕССА
Технология ротационного выдавливания существенно отли-
чается от обычного давильного процесса. При обычном давиль-
ном процессе, при котором производится изгиб или отбортовка,
диаметр заготовки должен быть значительно больше диаметра
готового изделия, причем для сгибания металла по шаблону
под умеренным давлением требуется мастерское владение руч-
ным инструментом. Достигаемая при этом степень уменьшения-
толщины металла столь невелика, что невозможно заранее и?
точно предопределить величину получаемого утонения, и по-
этому готовые изделия получаются нередко неравномерной тол-
щины и неодинаковыми по форме.
При ротационном выдавливании достигается очень высокая
степень уменьшения толщины металла, при этом диаметр обра-
батываемой заготовки должен точно соответствовать размерам
готового изделия с учетом припуска -на обрезку. Металл при.
этом подвергается пластической деформации сдвига под давле-
нием свыше 1120 кг/мм2, хотя обычно технологические давления
для таких работ редко превышают 280 кг!мм2. Как показано на
фиг. 1, сегмент прямоугольного сечения X в заготовке преобра-
зуется в форму параллелограмма Ад в готовом изделии, а тол-
щина заготовки Т уменьшается до толщины 7\.
Металл при этом набирается из толщины заготовки, а не за
счет уменьшения ее диаметра, как это происходит при обычном
давильном процессе.
В Утверждают, что в принципе этот новый процесс был заимствован
в 1907 г. из Швеции и запатентован после некоторого усовершенствования
американской фирмой «Де Лаваль сепарейтор компани». На протяжении
многих лет после этого технология ротационного формообразования металли-
ческих изделий оставалась засекреченной и применялась исключительно для
изготовления воронок молочных сепараторов. После истечения срока патент-
ной заявки процесс был приспособлен для изготовления других изделий, и не
так давно таким способом стали изготовлять кинескопы телевизоров.
В настоящее время процесс ротационного выдавливания начали применять
в самых различных отраслях промышленности.
1160
Глава 6
При изготовлении некоторых изделий процесс ротационного
выдавливания зачастую применяют в комбинации с обычным
давильным процессом или, наоборот, ротационное выдавлива-
ние дополняет его. Примером такого сочетания может служить
технология изготовления головок искусственного спутника земли
«Эксплорер», которая будет описана более подробно ниже. Дру-
гим примером комбинированной технологии является изготовле-
ние внутренних гильз для камер реактивных двигателей, изго-
тавливаемых ротационным выдавливанием фирмой «Эйркрафт
таз турбин». В этом случае плоская листовая заготовка (сталь
марки 4130) диаметром 914 мм при помощи обычного давиль-
ного процесса получает форму шлема длиной 267 мм без из-
менения первоначальной толщины стенки. Затем ротационным
выдавливанием уширенная часть у открытого конца превра-
щается в конус, при этом уменьшается толщина стенки и удли-
няется раструб. После отрезки глухого конца прямолинейная
часть изделия удлиняется методом ротационного выдавливания
до величины 457 мм за счет уменьшения толщины стенки. В за-
ключение этой комбинированной операции при помощи свобод-
ного ротационного выдавливания центральная часть заготовки
получает конфигурацию сопла. В такой последовательности фор-
мируется готовая деталь общей длиной приблизительно 762 мм.
СТЕПЕНЬ УМЕНЬШЕНИЯ ТОЛЩИНЫ МЕТАЛЛА
При ротационном выдавливании в зависимости от свойств
обрабатываемого металла за один технологический проход мож-
но уменьшать толщину его на 75% и больше и получать мини-
мальный угол при вершине величиной 30°. Однако обычно столь
значительное уменьшение толщины производить не рекомендует-
ся, так как при этом образуются зачаточные, едва заметные
внутренние трещины, снижающие механические свойства гото-
вых изделий. Кроме того, при утонениях большой степени по-
вышаются усилия выдавливания и толщина стенки получается
менее равномерной.
При ротационном выдавливании уменьшение толщины ме-
талла происходит по «закону синуса», согласно которому тол-
щина стенки 7\ готового изделия равняется толщине Т плоской
заготовки, помноженной на синус половины угла при вершине А
(фиг. 1).
7\ = Т sin А.
При использовании предварительно сформированных загото-
вок можно изготавливать изделия со стенками различной тол-
щины.
Ротационное выдавливание
161
Кроме обычного процесса ротационного 'выдавливания сдви-
гом, при котором толщина металла, раскатываемого по оправ-
ке в сторону шпиндельной бабки станка, уменьшается по нор-
мальному закону синуса, применяется еще ротационное выдав-
ливание трубчатых деталей методами вытяжки, прямой раскат-
ки и обжатия при обратном выдавливании. Применяется также
Фиг. 1. При ротационном выдавливании диаметр
готового изделия равен диаметру заготовки, а
толщина заготовки Т уменьшается до Т\,
и комбинированный метод ротационного выдавливания, состоя-
щий из ротационного формообразования сдвигом и вытяжки и
обжатия. Ротационное выдавливание трубчатых изделий роли-
ками в принципе представляет собой процесс поступательного
локализованного выдавливания, при котором длина трубчатой
заготовки увеличивается за счет уменьшения толщины ее стен-
ки. Возможная при этом степень уменьшения толщины зависит
от величины усилия, создаваемого на данном давильно-обкат-
ном станке, и от пластичности обрабатываемого материала.
Этим методом можно толщину стенки трубчатых заготовок из
стали марки AISI-4130 уменьшить на 91% без отжига заготовки
между операциями. Одна из таких операций, к примеру, за-
ключается в уменьшении толщины стенки заготовки с 4,06 до
0,393 мм. Сталь при этом приобретает исключительную твер-
дость, зерно металла предельно удлиняется, и после вытяжки
на длину 127 мм изделие разрывается.
П Ч. Уик
162
Глава 6
ДВА МЕТОДА РОТАЦИОННОГО ВЫДАВЛИВАНИЯ
ТРУБЧАТЫХ ИЗДЕЛИИ
Как показано на фиг. 2, существуют два метода ротацион-
ного выдавливания трубчатых изделий: прямой, когда металл
сдавливается впереди роликов, и обратный, при котором металл
выдавливается под роликами, т. е. материал выдавливается
Фиг. 2. Два метода ротационного выдавли-
вания трубчатых изделий.
а — метод вытяжки прямой раскаткой; б — метод
обратного выдавливания обжатием.
вдоль по оправке вправо, а ролики подаются в обратном на-
правлении. Преимущество ротационного выдавливания трубча-
тых изделий заключается в том, что этим методом можно по-
лучать изделия с точными допусками на толщину стенки и на
размер внутреннего отверстия в пределах не больше 0,025 мм
и о чисто отполированными поверхностями; при этом достигает-
ся точность поверхности при обжатии обратным выдавливанием
порядка 0,15—0,20 мкм и такая же точность, как точность по-
верхности оправки при вытяжке прямой раскаткой. Эту техно-
логию можно считать идеальной для изготовления гидравличе-
ских цилиндров и других изделий подобного типа из согнутых
и сваренных колец или из бесшовных труб. Изменяя расстоя-
ние между давильными роликами и оправкой или используя кон-
турный шаблон, можно получать трубчатые изделия со стенками
Ротационное выдавливание
163
переменной толщины. На величину максимального «забора» ма-
териала за один проход при ротационном выдавливании труб-
чатых изделий исключительное влияние оказывает геометриче-
ская форма давильного ролика. Минимальные допуски на тол-
щину стенки и на размер внутреннего отверстия трубчатых
изделий можно получить при изготовлении изделия методом
обратного ротационного выдавливания при малой подаче и вы-
сокой скорости деформирования.
Один специализированный метод ротационной вытяжки труб-
чатых изделий прямой раскаткой носит название «Юниск|Э1Н»>
означающее в дословном переводе «один проход» (uni — один и
skan — проход). Технология ротационной вытяжки прямой рас-
каткой разработана специально для изготовления не жестких
цилиндрических изделий типа стаканов или труб с толщиной
стенки от 0,026 мм (и меньше) до 0,50 мм при длине деталей,
в три (и -более) раза превышающей их диаметры. По этой
технологии трубчатые заготовки насаживаются на оправку свер-
лильного станка и обрабатываются тремя давильными ролика-
ми, расположенными в одной плоскости, оси которых парал-
лельны оси симметрии обрабатываемой заготовки.
Трубчатая заготовка, насаженная на оправку, вращается
вместе с ней от шпинделя вертикального сверлильного станка.
Подача регулируемых давильных роликов осуществляется на
требуемом расстоянии от оправки (равном заданной толщине
стенки готовой детали), при этом аксиальное усилие выдавли-
вания достигается путем легкого нажима на рукоятку подачи
вертикально-сверлильного станка. Выдавливаемый роликами
металл формирует стенку детали требуемой толщины. Когда
толстая стенка вытягивается прямой раскаткой до требуемой
длины, аксиальное выдавливание прекращается, давильные ро-
лики отводятся обратно, вращение прекращается, и готовое
трубчатое изделие соскальзывает с оправки.
На фиг. 3 показано устройство, у которого оправка, враща-
ющаяся на отдельном подшипнике, снабжена зубчатой муфтой,
передающей вращение концу обрабатываемой заготовки. Обой-
ма, несущая два закрепленных и третий регулируемый ролики,
свободно перемещается для самоцентрирования по гладкой по-
верхности перпендикулярно оси оправки; она снабжена регу-
лировочным винтом для контроля требуемой толщины стенки
обрабатываемой детали. Буртики с небольшим радиусом закруг-
ления по периферии роликов, смещая металл по мере внедрения
в стенку трубчатой заготовки, формуют заданную тонкую стен-
ку по мере подачи обрабатываемой заготовки аксиально меж-
ду роликами. Благодаря тому что все усилия деформирования
воспринимаются толстостенной частью заготовки, выдавливание
11*
Рукоятка подачи
Фиг. 3. Ротационное выдавливание по методу «Юнискэн».
Обрабатываемая заготовка, вращающаяся от шпинделя вертикально-
сверлильного станка, подается между тремя давильными роликами.
9
Фиг. 4. Ротационное выдавливание изделий типа
стаканов прямой раскаткой.
Заготовку можно подавать как вверх (а), так и
вниз (б).
1 — оправка, вращаемая шпинделем и перемещающаяся
вверх; 2 — стенка изделия после выдавливания; 3 — роли-
ки, размещенные по дуге 120° один от другого в горизон-
тальной плоскости; 4 — заготовка; 5 — фрикционная опора
для нажима вверх; 6 — оправка, вращаемая шпинделем
и перемещающаяся вниз; 7 — исходная толщина стенки;
8 — стенка после выдавливания; 9 — ролики, размещен-
ные в горизонтальной плоскости по дуге 120° один от
другого; 10 — силы трения между основанием оправки
и стаканом заставляют последний перемещаться вверх.
Ротационное выдавливание
165
очень тонких стенок значительной длины не представляет боль-
шой трудности.
При ротационном выдавливании прямой раскаткой полых
цилиндрических деталей обрабатываемую заготовку вместе е
оправкой можно подавать вверх, и вниз, как показано на фиг, 4.
При этом, если заготовка подается вверх, то для нажима на
нее снизу требуется дополнительная опора.
Готовый
Фиг. 5. Процесс ротационного выдавливания по второму
методу «Юнискэн», когда при подаче давильного ролика к
плоской заготовке формируется изделие конической формы.
Усовершенствованный процесс ротационного выдавливания
типа «Юнискэн» в настоящее время с успехом применяют для
изготовления сложных модуляторов (электронно-лучевых тру-
бок) решетчатой структуры, состоящих из многочисленных пря-
мых тонких прожилков, формируемых ротационным выдавлива-
нием за одно целое с утолщенными трубчатыми опорными окон-
чаниями. Решетчатый модулятор состоит из шестидесяти таких
прожилков шириной каждый 0,127 мм. Эта сложная операция
выполняется на специальной оправке с продольными ручейками,
в которые вдавливается металл во время раскатки давильными
роликами. Получаемая таким методом деталь состоит из систе-
мы цилиндрических ребер, соединенных перепонкой подобной
фольге. Затем для получения требуемого модулятора эта пере-
понка удаляется травлением.
На фиг. 5 показан еще один вариант процесса ротационного
выдавливания по методу «Юнискэн». Здесь плоская заготовка
в форме диска закрепляется на вращающейся планшайбе. Один
обкатной ролик начинает давить на заготовку от центра и по-
степенно подается радиально за один проход до периферии за-
166
Глава 6
готовки. В результате этого под роликОлМ металл выдавливается
в сторону центра заготовки и, отделяясь от планшайбы, фор-
мируется в конусную деталь.
ПРЕИМУЩЕСТВА ПРОЦЕССА РОТАЦИОННОГО
ВЫДАВЛИВАНИЯ
Благодаря нагартовке, имеющей место в процессе ротацион-
ного выдавливания, кроме улучшения структуры, волокна при-
обретают предпочтительную ориентацию в направлении сдвига
Фиг. 6. Поперечный разрез детали реактивного двигателя,
полученной ротационным выдавливанием, с показателями
твердости по Роквеллу (шкала В).
металла (параллельно контуру изготовляемой детали), в ре-
зультате чего значительно повышается усталостная прочность и
предел прочности при растяжении. Как показано на фиг. 6,
повышается также и твердость металла. Здесь приводится по-
перечный разрез детали реактивного двигателя, полученной ро-
тационным выдавливанием из отожженного листа с отверстия-
ми сплава марки AMS 6322. Цифры, показанные на различных
участках детали, обозначают твердость по Роквеллу (шкала В).
Следует отметить также различную твердость в аксиальном на-
правлении поперечного сечения с максимальными показателями
твердости по наружной поверхности. Несмотря на то что при
ротационном выдавливании применяются высокие рабочие дав-
ления, на поверхности изделий не образуется мельчайших тре-
Ротационное выдавливание
167
щин и задиров, и, -как показывают микроструктурные исследова-
ния, в изделиях, подвергавшихся действию нагрузок, не обна-
руживается каких-либо признаков разрывов в кристаллической
структуре. Приблизительные изменения физических свойств не-
скольких материалов приводятся в табл. 1.
Таблица 1
Механические свойства стали до и после обработки способом ротационного
выдавливания
Твердость по Роквеллу Предел теку- чести, кг! мм2 Предел прочности при растяжении, кг 1мм1
Сталь марки 1030
до ротационного выдавливания 42 RB 24,6 49,2
после ротационного гыдавливания 20 RC 42,1 59,8
Сталь марки 4130
до ротационного выдавливания . 90 RB 42,1 63,3
после ротационного выдавливания 32 RC 91,4 102,0
Нержавеющая сталь марки 302
до ротационного выдавливания 74 RB 22,5 56,2
после ротационного выдавливания 30 RC 34,5 68,9
При ротационном выдавливании одного изделия из нержа-
веющей стали 302 предел прочности готового изделия при ра-
стяжении увеличился на 100%. Даже после снятия внутренних
напряжений предел прочности готового изделия при растяжении
на 40|% превышает предел прочности при растяжении исход-
ного материала. Твердость холоднокатаного отожженного мате-
риала при обкатке давильными роликами повышается примерно
до 58 R 30 N. В другом случае при изготовлении ротационным
выдавливанием конуса с углом при вершине 34° из нержавею-
щей стали 302 предел прочности при растяжении увеличился с
59,8 до 123 кг/мм2, а твердость повысилась с 85 RB до 32 RC.
Правда, удлинение при этом понизилось с 50 до 5%.
На заводе фирмы «Пратт энд уитней эйркрафт» при изго-
товлении ротационным выдавливанием детали одного типа из
технически чистого титана, согнутого и сваренного в цилиндр
при относительной степени обжатия 10:1, предел прочности при
растяжении готового изделия достигает 202 кг/мм2. На этом же
заводе из цилиндрической заготовки из нержавеющей стали
410, получаемой центробежным литьем и обработанной меха-
нически, ротационным выдавливанием изготовляется еще одна
168
Глава 6
ответственная деталь. Как показали исследования опытного об-
разца, разрезанного на части, после снятия внутренних напря-
жений материал готового изделия обладал всеми характери-
стиками, свойственными кованой нержавеющей стали.
Ф и г. 7. Зависимость высоты гребеш-
ков, остающихся на поверхности из-
делия, от величины подачи на каж-
дый оборот и от радиуса вершины
давильного ролика.
h — высота гребешков на изделии; f — по-
дача на каждый оборот; 7? — радиус вер-
шины кольца давильного ролика;
h = Г - ~47^ -
Точность допусков, выдер-
живаемых при ротационном
выдавливании, зависит от точ-
ности оправки, жесткости да-
вильно'-обкатного -станка, каче-
ства наладки станка и от точ-
ности взаимодействия давиль-
ных роликов и оправки. Толщи-
ну стенки и точность внутрен-
них диаметров можно легко вы-
держивать в пределах 0,05 мм
на диаметры до 152 мм. Когда
требуется более высокая точ-
ность, на изделиях, изготовляе-
мых ротационным выдавлива-
нием, можно оставлять опреде-
ленные припуски материала
для последующей механической
обработки или шлифовки.
Чистота отделки поверхнос-
ти зависит от свойств обраба-
тываемого материала, величи-
ны подачи и геометрии давиль-
ного ролика. Как показано на
фиг. 7, чем меньше величина
подачи и больше радиус за-
кругления ролика, тем выше
класс точности обрабатывае-
мой поверхности. Вместе с тем
ролики неправильной формы
могут подрезать заготовку,
оставлять заусеницы и давать
неровную поверхность. В общем получаемая ротационным
выдавливанием точность поверхности вполне отвечает суще-
ствующим техническим нормам (от 0,8 до 1,6 мкм), при-
чем, когда это требуется, точность отделки можно увеличивать
до 0,15 мкм и выше, так как при ротационном выдавливании
инструменты производят полирующее воздействие. Во многих
случаях чистота поверхности, получаемая ротационным выдав-
ливанием, настолько высока и равномерна, что не требуется
какой-либо дополнительной отделки или шлифовки изделия*
Ротационное выдавливание
169
Основное преимущество ротационного выдавливания заклю-
чается в том, что посредством этого процесса можно из про-
стейших заготовок аксиально раскатывать детали сложной фор-
мы, минуя во многих случаях ряд таких технологических опера-
ций, как механическая обработка, сварка и глубокая вытяжка.
Кроме того, для изготовления изделий этим методом, как пра-
вило, можно применять более дешевый и доступный листовой
и полосовой металл. Так как после ротационного выдавливания
не всегда требуется механическая обработка и потери металла
в стружку почти полностью устраняются, получается весьма
значительная экономия на материале. Так, например, в одном,,
правда не совсем типичном, случае для готового изделия весом
22,679 кг раньше требовалась поковка весом 167,75 кг стои-
мостью 276,75 долл. Теперь эта деталь изготовляется ротацион-
ным выдавливанием из заготовки весом всего только 29,483 кг
стоимостью 48,75 долл. Отсюда следует, что одна только эконо-
мия на стоимости, материала достигает '228 долл., что состав-
ляет 82,5%.
Сейчас каждый специалист знает, какое серьезное значение
придается проблеме снижения веса конструктивных элементов
и особенно в авиационной промышленности и ракетостроении,
где экономия веса непосредственно связана с проблемой повы-
шения полезных нагрузок. Так, например, подсчитано, что в
бомбардировщике типа В-52, имеющем восемь реактивных дви-
гателей, на 1 кг веса двигателя приходится 7,5 кг веса самолета
при стоимости одной весовой единицы приблизительно 35 долл.
Отсюда следует, что при снижении веса двигателя всего только
на 1 кг получается экономия в размере 4700 долл., а полезная
нагрузка увеличивается на 27 кг. Такая экономия возможна
благодаря повышенной прочности изделий, изготовляемых рота-
ционным выдавливанием.
При сравнительно невысокой стоимости (не превышающей
7ю стоимости штампов для глубокой вытяжки) инструмент для
ротационного выдавливания имеет весьма продолжительный
срок службы. Поэтому при малосерийном производстве процесс
ротационного выдавливания обычно более экономичен, чем глу-
бокая вытяжка, ковка и механическая обработка, Этот процесс
также более экономичен, чем глубокая вытяжка при серий-
ном изготовлении изделий сложной конфигурации. Прав-
да, при крупносерийном производстве изделий не слишком слож-
ной конфигурации глубокая вытяжка может быть экономичнее
ротационного выдавливания, если, конечно, она применима в.
данном случае. Следует также учитывать, что экономичность
процесса ротационного выдавливания в условиях крупносерий-
ного производства снижается, так как на изготовление каждого
170
Глава 6
изделия в этом 'случае приходится затрачивать -больше времени,
главным образом, из-за потерь времени на их установку и
снятие.
НЕДОСТАТКИ ПРОЦЕССА РОТАЦИОННОГО
ВЫДАВЛИВАНИЯ
Основной недостаток процесса ротационного выдавливания
заключается в том, что он позволяет обрабатывать заготовки
определенной толщины, в настоящее время не превышающей
25,4 мм. Типовая деталь толщиной 20,39 мм обрабатывается
способом ротационного выдавливания до толщины 8,15 мм, при
этом площадь поперечного сечения уменьшается на 60%. По-
требляемая мощность для ротационного выдавливания зависит
от свойств обрабатываемого металла, величины угла при верши-
не, диаметра и толщины обрабатываемой детали, величины по-
дачи и радиуса закругления ролика, а также от степени умень-
шения площади поперечного сечения (в %).
Другим недостатком процесса ротационного выдавливания
является то, что этим методом можно изготовлять почти исклю-
чительно полые конические и цилиндрические изделия. 'Кроме
того, вязкость металла и степень его относительного удлинения
в изделии, изготовленном ротационным выдавливанием, значи-
тельно снижается. Подчас могут быть нежелательными излишне
деформированные и ориентированные волокна, а также повы-
шенные физические свойства в одном направлении. Правда, эти
недостатки, как правило, можно исправить в процессе после-
дующей термической обработки.
В некоторых случаях значительные трудности создаются в
результате упругой отдачи металла после ротационного выдав-
ливания. Степень пружинения при этом изменяется в зависимо-
сти от величины подачи: чем больше величина подачи, тем мень-
ше степень пружинения обработанного металла. Наряду с этим
при больших подачах поверхность деталей получается более
грубой и даже с диаметром меньше расчетного. В некоторых
случаях, и особенно при ротационном выдавливании трубчатых
деталей, между последующими операциями может потребо-
ваться отжиг.
Более широкое промышленное применение процесса рота-
ционного выдавливания зависит теперь в основном от того,
насколько скоро будут получены обоснованные данные относи-
тельно возможных оптимальных допусков, которые можно гаран-
тировать при этом процессе, а также данные о влиянии различ-
ных технологических условий на размерную точность изготовля-
емых деталей. Дело в том, что при современном техни-
ческом уровне этого процесса иногда необходимо оставлять
Ротационное выдавливание
171
припуски на механическую обработку изделий, изготавливае-
мых ротационным выдавливанием, ввиду возможного искажения
формы изделия, в частности уширения конца отверстия, короб-
ления и дугообразного выгиба.
давильно-обкатное оборудование
ДЛЯ РОТАЦИОННОГО ВЫДАВЛИВАНИЯ
В настоящее время для ротационного выдавливания выпу-
щены несколько давильно-обкатных станков различного типа, в
большинстве своем похожих на тяжелые токарные станки. Пер-
вый давильно-обкатной станок, появившийся под названием
Фиг. 8. Давильно-обкатной станок «Флоторн», оборудо-
ванный копировальным устройством для фасонного рота-
ционного выдавливания.
Заготовка закрепляется гидравлически между задней бабкой
и оправкой.
«Флоторн», был выпущен в США известной станкостроительной
фирмой «Лодж энд шипляй компами». На давильно-обкатном
станке «Флоторн» модели 40 (фиг. 8) заготовка закрепляется
при помощи гидрозажима между ползуном задней бабки, при-
водимой от двигателя и ходового винта, и фасонной оправкой,
смонтированной на шпиндельной бабке. Можно закреплять за-
готовку также и на самой оправке. Оправка и обрабатываемая
172
Глава 6
заготовка вращаются от электродвигателя постоянного тока по-
средством приводного устройства с регулируемой скоростью,
обеспечивающего любую скорость вращения шпинделя в диапа-
зоне от 33 до 1000 об!мин. На давильно-обкатном станке «Фло-
тори» такого типоразмера можно обрабатывать заготовки диа-
метром до 1067 мм с максимальным углом при вершине 100° и
изготовлять изделия длиной до 1270 мм при толщине заготовок
из твердых металлов до 7,94 мм и из более мягких — до 12,7 мм.
Закаленный и отшлифованный давильный ролик диаметром
254 или 305 мм, смонтированный на роликовых подшипниках,
автоматически подается параллельно образующей оправки, пла-
стически деформируя металл точно по ее форме. На столе стан-
ка можно устанавливать отдельную каретку для подачи дефор-
мирующего ролика параллельно фасонным оправкам, имеющим
разные углы конусности. Рабочий ролик вращается за счет
трения вследствие контакта с обрабатываемой заготовкой. При
помощи копировального устройства с гидравлическим управле-
нием можно производить также точную ротационную раскатку
по контуру и вытяжку прямой раскаткой.
Величина подачи регулируется в пределах от 6,35 до
229 мм/мин путем замены съемных зубчатых шестерен попереч-
ных салазок давильного ролика. Скорость холостого хода
3636 мм/мин. Перемещение ролика ограничивается автоматиче-
ски. Для обеспечения концентричности поверхности оправок от-
носительно оси вращения на станке имеется специальное при-
способление для чистовой отделки шлифовальным кругом
поверхности оправок на месте. В тех случаях, когда это необ-
ходимо, шлифовальное устройство заменяется роликовым ин-
струментом.
Выпускаются также горизонтальные однороликовые давиль-
но-обкатные станки «Флоторн» модели 60 со стандартными и
полыми шпинделями. При одинаковых максимальных габари-
тах обоих давильно-обкатных станков (1524 мм) последний из
них рассчитан для обработки деталей диаметром до 1880 мм и
длиной 4880 мм. По заказу фирма изготовляет также давильно-
обкатные станки для обработки деталей диаметром до 3048 мм.
Электродвигатель мощностью 52,2 кет и приводной механизм с
регулируемой скоростью обеспечивают скорость вращения шпин-
деля в диапазоне от 33 до 1000 об/мин. Диапазон скорости по-
дачи 6,35—307 мм/мин. Диаметр внутреннего отверстия для
подачи трубчатых заготовок на станке с пустотелыми шпинде-
лями составляет 406 мм.
Фирма «Лодж энд шипляй компани» выпускает также да-
вильно-обкатные станки с вертикальными шпинделями. На
фиг. 9 и 10 показан стандартный станок такого типа модели 12
Ротационное выдавливание
173
для ротационного выдавливания цилиндрических заготовок диа-
метром до 457 мм и длиной до 381 мм. На этих станках авто-
матического цикла салазки, несущие две синхронизированные
Фиг. 9. Давильно-обкатной -станок «Флоторн»
с вертикальным шпинделем для выдавливания
заготовок диаметром до 457 мм и длиной
до 381 мм.
каретки давильных роликов, перемещаются вверх и вниз по ко-
лонке при помощи гидроцилиндров. Каждая каретка давильного
ролика снабжается индивидуальным следящим пальцем с точ-
ным клапаном управления и шаблоном.
Каретки давильных роликов, расположенные диаметрально
противоположно одна другой, ориентированы под углом 60° от-
носительно линии центров станка. Шаблоны закреплены на
регулируемом опорном ползунке, имеющем вертикальную, го-
ризонтальную и угловую регулировки для каждого шаблона.
174
Глава 6
Сам ползунок шаблона имеет еще и 'четвертую регулировку.
Благодаря тому что упорная бабка станка и ползунок шабло-
на взаимосвязаны, малейшее изменение толщины автоматически
Фиг. 10. Участок станка, показанного на фиг. 9.
Две синхронизированные каретки давильных роликов перемещаются
вверх и вниз по колонке при помощи гидравлических цилиндров.
компенсируется. Компенсатор толщины также автоматически
корректирует положение шаблонов, компенсируя изменения по-
зиции инструментов вследствие теплового расширения и сжатия.
ВЕРТИКАЛЬНЫЙ МНОГОРОЛИКОВЫЙ
ДАВИЛЬНО-ОБКАТНОЙ СТАНОК
На фиг. 11 показан вертикальный многороликовый давильно-
обкатной станок типа «Флоторн», также изготовляемый фирмой
«Лодж энд шипляй». Станок такого типа предназначен для из-
готовления без сварки цельных цилиндрических тонкостенных
деталей диаметром до 2032 мм и длиной свыше 9000 мм1^ Та-
кой станок, как показано на фиг. 12, снабжается тремя ком-
плектами деформирующих роликов (диаметром до 432 мм),
О Один станок такого типа установлен на предприятии фирмы «Пратт
энд уитней эйркрафт».
Фиг. 11. Вертикальный многороликовый давильно-обкат-
ной станок «Флоторн» для ротационного выдавливания
изделий диаметром до 203-2 мм и длиной до 9 ж и более.
Фиг. 12. Обрабатываемое -изделие подается вверх между
тремя комплектами давильных роликов, смонтированных
на каретках, с радиальной и вертикальной регулировками.
176
Глава 6
укрепленных на каретках с радиальной и вертикальной регули-
ровками. Каретки расположены с интервалом 120° вокруг шпин-
деля, на котором укрепляется заготовка. Каждая каретка снаб-
жена крестовиной для крепления от одного до пяти рабочих
роликов. От электродвигателя мощностью 112 кет энергия через
шестеренчатую коробку передач и муфту передается на привод
шпинделя. Такое приводное устройство позволяет изменять ско-
рость вращения шпинделя от 50 до 300 об/мин.
Весь гидравлический механизм для подачи заготовки вверх
между роликами перемещается со скоростью в диапазоне от
0 до 508 мм/мин\ он смонтирован внутри вращающегося
шпинделя. Закаленная оправка из инструментальной стали, за-
крепляемая на шпинделе, снабжена внизу упорным буртом для
зажима нижнего края обрабатываемой заготовки. Наружный
диаметр оправки соответствует внутреннему диаметру обрабо-
танного изделия. Большое преимущество такой конструкции за-
ключается в том, что в данном случае не нужна оправка длин-
нее готовой детали. Ролики подаются в рабочие позиции и от-
водятся назад при помощи гидравлических цилиндров, дейст-
вующих на каждую каретку с рабочим усилием свыше 45 т.
Еще до окончания цикла обработки от каждой каретки роликов
выдвигаются штифты съемника, поддерживающие , изделие.
Когда оправки (шпиндель) отводятся, деталь снимается и уда-
ляется. Для ротационного выдавливания цилиндров со стенкой
переменной толщины или с кольцевыми ребрами жесткости
можно применять гидравлические копировальные устройства.
Конструкция этого станка разрабатывалась на основе экспе-
риментальных данных, полученных на давильно-обкатном обо-
рудовании меньших габаритов. Так, например, эксперименталь-
но было установлено, что если величина подачи цилиндрической
заготовки между деформирующими роликами слишком мала по
сравнению со скоростью вращения шпинделя, то происходит так
называемое «вспучивание» заготовки по диаметру. Вместе с тем,
когда подача достигает определенной величины по сравнению
со скоростью вращения шпинделя, радиальное «вспучивание»
прекращается. При дальнейшем увеличении подачи относитель-
но скорости вращения шпинделя может получиться деталь с
уменьшенным диаметром. Было установлено, что таким путем
можно точно выдерживать величину внутреннего диаметра, тол-
щину стенки и наружный диаметр изделия.
При выполнении типовой операции ротационного выдавлива-
ния комплектным инструментом по пяти роликов в каждом ком-
плекте (все ролики одного диаметра) один ролик будет обжи-
мать заготовку на 76 часть толщины, причем скорость подачи
будет возрастать по мере утонения стенки. Схематически это
___________________Ротационное выдавливание ___________YT1
показано на фиг. 13. Ролики при этом не обязательно должны
быть одного диаметра. Более того, в некоторых 'случаях интен-
сивное начальное обжатие, осуществляемое нижним роликом
большего диаметра, произведет более эффективное силовое воз-
действие на заготовку и повысит скорость подачи остальных ро-
ликов комплекта.
ДАВИЛЬНО-ОБКАТНОЙ СТАНОК ТИПА «ГИДРОСПИН»
На фиг. 14 показан другой давильно-обкатной станок для
ротационного выдавливания типа «Гидроспин», выпускаемый
фирмой «Цинциннати миллим? -мэшин». На этом станке изделие
требуемой конфигурации формируется спирально двумя распо-
ложенными один против другого роликами. Оба ролика, по
одному с каждой стороны обрабатываемой заготовки, закреп-
лены в державках с регулируемым углом наклона, смонтиро-
ванных на продольных и поперечных направляющих станины
станка. Перемещение инструмента производится гидравлически-
ми цилиндрами, а поперечная подача роликов контролируется
гидравлическим копировальным устройством при помощи плос-
ких шаблонов для ротационного выдавливания конических на-
садок, полусферических и других фасонных изделий. В серии
горизонтальных давильно-обкатных станков типа «Гидроспин»
имеются станки для ротационного выдавливания изделий диа-
метром до 1575 и длиной до 1270 мм. Упорная бабка с гидрав-
лическим приводом может перемещаться относительно план-
шайбы на расстояние 508 мм и 'отодвигаться от нее на расстоя-
ние 2540 мм.
Ротационная обработка заготовок изнутри и операции от-
бортовки производятся роликами, монтирующимися на торце.
Скорость вращения шпинделя регулируется бесступенчато от
90 до 465 об!мин. Скорость подачи поперечных салазок изме-
няется от 0 до 889 мм!мин, а скорость продольной подачи —
от 0 до 1320 мм) мин при наличии одной каретки. Максималь-
ный диаметр обрабатываемого изделия составляет 1575 мм и
длина 1270 мм. На таком станке можно обрабатывать заготов-
ки из малоуглеродистой стали толщиной 25,4 мм и из нержаве-
ющей стали толщиной 19,05 мм. Для подогрева титановых заго-
товок пламенем в процессе операции выдавливания применяется
нагреватель типа «Флэймэтик».
Перемещение салазок поперечных кареток и упорной бабки
можно настраивать на полуавтоматический цикл путем авто-
матической установки каждого подвижного элемента по конеч-
ным выключателям. Шпиндель передней бабки можно также
настраивать на полуавтоматический цикл, подключая для этого
12 ч. Уик
178
Глава 6
автоматическое пусковое устройство. При необходимости, для
наладки или при изготовлении деталей небольшими пар-
тиями, стано-к можно переключать целиком на ручное управ-
ление.
Т5 = 1/бТ
Fs -305 мал./мин
т^’/зт
152 мм/мин
Т2‘г/зТ
М5/бТ
Fz - 70,6 мм/мин
F1 =• 60,46 мм /мин
F-50,8 мм /мин
F3 = 101,6 мм [мин
Т
Фиг. 13. При наличии пяти давильных
роликов в каждом из трех комплек-
тов каждый ролик может произво-
дить утонение обрабатываемой заго-
товки на !/1б при условии увеличения
подачи по мере уменьшения толщины
заготовки.
Общее усилие деформирующих роликов на давильно-обкат-
ных станках «Гидроспин» в некоторых случаях достигает свыше
181 т. При изготовлении одной номенклатурной детали трубчатая
заготовка (сталь марки AISI-4130) длиной 203 мм со стенкой
толщиной 4 мм удлиняется ротационным обжатием за один
проход до 914 мм, при этом толщина стенки уменьшается до
Ротационное выдавливание
179
0,81 мм (степень утонения 80%). До ротационного ' обжатия
трубчатая заготовка подвергается отжигу до твердости 15 RC.
После ротационного выдавливания твердость материала гото-
вого изделия повышается до 35 RC, а предел прочности при
растяжении достигает свыше 103 кг/мм2. Силовое воздействие
на давильно-обкатном станке этого типа осуществляется че-
Ф и г. 14. Давильно-обкатной станок «Гидроспин» с двумя
давильными роликами, расположенными один против дру-
гого с каждой стороны обрабатываемой заготовки.
Роликами управляет гидравлическое копировальное устройство.
тырьмя гидроцилиндрами по 25 т каждый. Рабочее давление
жидкости в двух 25-тонных цилиндрах составляет 140 кг)см2.
а в двух других — 70 кг/см2.
ВЕРТИКАЛЬНЫЕ ДАВИЛЬНО-ОБКАТНЫЕ
СТАНКИ ТИПА «СПИН ФОРДЖ» :
Третий тип давильно-обкатного станка, «Спин Фордж», вы-
пускается фирмой «Хаффорд корпорёйшн». На станках этого
типа ролики, расположенные по обе стороны оси шпинделя, пе-
ремещаются гидравлически вниз и деформируют металл по кон-
туру оправки. Давильные ролики можно при этом подавать в
рабочую позицию по одному или одновременно оба ролика.
Перемещение инструмента во всех направлениях управляется
копировальными устройствами и шаблонами. Для непосредст-
12*
180
Глава 6
венного наблюдения за ходом операции ротационного выдавли-
вания -станок оборудован '.специальным телевизионным передат-
чиком с замкнутой не на антенну, а на контрольный приемник
цепью.
Фиг. 15. Большой вертикальный давильно-обкатной станок
«Спин Фордж», на котором можно производить ротацион-
ное выдавливание изделий из нержавеющей стали 321
толщиной 25,4 мм с уменьшением толщины стенки заготов-
ки на 50% за один проход.
Фирмой «Хаффорд» сконструирован мощный вертикальный
давильно-обкатной станок типа «Спин Фордж» (фиг. 15), пред-
назначенный специально для изготовления деталей прямоточ-
ного воздушно-реактивного двигателя управляемых ракет клас-
са «Земля-воздух». Регулируемое усилие подачи каретки вверх
и вниз и поперечной подачи в обе стороны на этом станке дости-
гает 102 т. Усилие, действующее на вертикальную упорную баб-
ку, направленное вниз, составляет 91 т, а усилие, направленное
вверх,— 45 т. Станок сконструирован специально для ротаци-
онного выдавливания конусных и криволинейных изделий раз-
нообразной формы диаметром до 1524 и высотой 1524 мм, а
также для ротационной вытяжки обжатием (методом обратного
выдавливания) трубчатых изделий длиной до 3048 мм без упор-
ной бабки, сдвигаемой для такой работы в сторону. На станке
этой модели можно выполнять операцию утонения заготовки
из нержавеющей стали класса 321 толщиной 25,4 мм на 50%
за один проход, выдерживая точность стенки в пределах до-
пуска ±0,076 мм. В процессе ротационного выдавливания за-
Ротационное выдавливание
181
готовка удерживается ib рабочей позиции при помощи подвес-
ной упорной бабки, перемещающейся по вертикали.
Скорость вращения шпинделя регулируется бесступенчато от
10 до 400 об/мин. Станок к тому же можно переключать на лю-
бую расчетную 'окружную скорость в диапазоне 4,5—450 м/мин
и перемещать инструмент относительно поверхности заготовки
так, чтобы он производил сдвиг металла постоянного объема.
Вместе с тем возможно изменять величину подачи во время
цикла. Головка электронного копировального устройства с об-
водным штифтом, копирующим шаблон, соединена через систе-
му электрогидравлических вспомогательных клапанов с насосом
регулируемой производительности. Регулируя расход шести на-
сосов с рабочим давлением 210 кг)см2, эти вспомогательные
клапаны контролируют рабочие положения роликов. Копиро-
вальное устройство двухосного типа управляет одновремен-
но двумя насосными установками — одной для вертикального
и другой для горизонтального перемещения подвижных эле-
ментов станка. Независимо от изменения конфигурации обра-
батываемой заготовки, ролики автоматически поддерживают
постоянный угол наклона относительно обрабатываемой заго-
товки. Кроме того, ролики можно заранее устанавливать под
любым углом относительно обрабатываемого изделия. Для про-
грева обрабатываемого изделия изнутри в полость оправки
вмонтировано нагревательное приспособление. Каретка шпин-
деля сдвигается по направляющим в сторону, открывая свобод-
ный доступ к оправке для установки и снятия детали. «
ТИПОВЫЕ ОПЕРАЦИИ РОТАЦИОННОГО ВЫДАВЛИВАНИЯ,
ВЫПОЛНЯЕМЫЕ НА СТАНКАХ ТИПА «СПИН ФОРДЖ»
На фиг. 16 показан рабочий момент изготовления ротацион-
ным обжатием вала турбины реактивного двигателя J-79 на За-
воде фирмы «Дженерал электрик». Эта деталь, изготовляемая
ротационным обжатием из стали класса А286, за один проход
приобретает конусную стенку толщиной от 27,55 мм в верхней
части до 2,75 мм у фланца. При изготовлении вала турбины
этим способом чистота внутренних поверхностей достигает 0,3
и наружных 0,6 мкм.
На фиг. 17 показан еще один давильно-обкатной станок фир-
мы «Хаффорд», на котором можно изготовлять способом рота-
ционного выдавливания изделия диаметром до 1829 мм и вы-
сотой до 1524 мм, не сдвигая при этом упорную бабку со станка.
На этом станке вертикального типа имеются две каретки с ин-
струментами, расположенные по одной с каждой стороны обка-
тываемой заготовки. При ротационном выдавливании трубчатых
Фиг. 16. Ротационное выдавливание вала турбины реактивного двигателя за
один проход на давильно-обкатном станке «Спин Фордж». Справа показано
изделие, готовое к съему.
Фиг. '17. Давильно-обкатной станок «Спин Фордж», на котором можно
изготовлять изделия диаметром до 1829 мм и высотой 1524 мм без съема
- упорной бабки.
Фиг. 18. Ротационное выдавливание детали баллистической
ракеты диаметром 1524 мм на давильно-обкатном станке, по-
казанном на фит. 17.
Два давильных ролика направляет один контурный шаблон.
Фиг. 19. Несколько образцов оправок, приме-
няемых для ротационного выдавливания различ-
ных фасонных изделий.
184
Глава 6
деталей длиной 259 мм и больше консольный портал упор-
ной бабки сдвигается свободно в сторону или же снимается
совсем. Нажимное усилие вертикальных салазок и кареток ро-
ликов составляет 45 т. Усилие упорной бабки бесступенчато ре-
гулируется в пределах 1702—16 782 кГ. Скорость вращения
шпинделя регулируется в диапазоне 50—500 об/мин. Оба ро-
лика контролируются двумя гидравлическими сервомеханизма-
ми от одного и того же шаблона. При этом ролики могут рабо-
тать независимо один от другого и при необходимости могут
контролироваться от индивидуальных копиров. Угол положения
роликов можно автоматически регулировать в пределах от 45°
в процессе цикла выдавливания или, если это необходимо, зара-
нее устанавливать ролики под оптимальным углом относительно
обрабатываемой заготовки^ Заготовки из нержавеющей стали
класса 321 толщиной 19 мм можно утонять на этом станке
ротационным обжатием на 50% за один проход. На фиг. 18
показан рабочий момент ротационного выдавливания одной
ракетной детали диаметром 1524 мм. Эта деталь из алюминиево-
го сплава класса 6061 изготавливается за три прохода с проме-
жуточными отжигами после каждого прохода. Толщина стенки
детали утоняется в нижней и верхней части, тогда как толщи-
на центрального участка остается равной 2,36 мм. На фиг. 19
показаны разрезы оправок различных типов, применяемых для
ротационного выдавливания всевозможных фасонных деталей.
Фирма «Хаффорд» выпускает для своего завода еще один
давильно-обкатной станок типа «Спин Фордж», приспособ-
ленный для заготовок диаметром до 3048 и длиной до 3810 мм,
соответствующей вертикальному расстоянию до верхней упорной
бабки. На станке без 'упорной бабки, сдвигаемой за пределы
рабочего пространства, можно изготовлять трубчатые изделия
длиной до 7620 мм и более. Усилие давильного ролика превы-
шает 79 т, результирующее усилие упорной бабки — свыше 57 т.
Приводной двигатель постоянного тока 'мощностью 447,6 кет
вращает шпиндель станка со скоростью от 5 до 300 об/мин.
РОТАЦИОННОЕ ВЫДАВЛИВАНИЕ ВОРОНКООБРАЗНЫХ
СОСУДОВ ДЛЯ МОЛОЧНЫХ СЕПАРАТОРОВ
Фирма «Интернэйшнел харвестер» сконструировала гидрав-
лический давильно-обкатной станок вертикального типа, пред-
назначенный специально для ротационного выдавливания во-
ронок типа усеченного конуса для молочных сепараторов, изго-
товляемых из круглых диаков нержавеющей стали класса 202.
В центре заготовки предварительно пробивается квадратное от-
верстие для вставки ведущего выступа обкатной оправки, изго-
Прижим L
Оправка
Давильный
ролик
_ Гидравлические
цилиндры
33,3 м.
\ Каретка
поперечной подачи
Часть'давильного
ролика
Фиг. 20. Давильно-обкатной станок фирмы «Интернэй-
шнел харвестер», снабженный давильным роликом с
вставкой из сплава на основе карбида.
Ролик охлаждается водой, поступающей через шпиндель.
Карбидное
кольцо
Канал для
охлаждающей
смеси
186
Глава 6
товленной из закаленной (твердость 50—55 RC) азотирован-
ной инструментальной стали. Когда заготовка прижата гидро-
прижимом к оправке, в рабочее положение подается давильный
ролик, который перемещается вперед и в сторону от двух гид-
равлических цилиндров инструментальной каретки. В это время
-обрабатываемая заготовка вращается со скоростью 700 об/мин.
Фиг. 21. Вид сбоку салазок немецкого давильно-
обкатного станка.
Показано расположение давильных роликов.
Наружный диаметр формируемого ‘конуса получается рав-
ным диаметру заготовки. Деталь выдавливается за счет умень-
шения исходной толщины металла с 3,55 мм примерно до
2,62 мм.
Каретку давильного ролика можно устанавливать под лю-
бым углом от 50 до 110°, хотя величина угла при вершине дан-
ной детали составляет 90°. Таким методом фирма изготовляет
сепараторные воронки четырех типоразмеров диаметрами 203—
276 мм с производительностью одна деталь в минуту. После
ротационного выдавливания воронки зачищают, отпускают и
прошивают. Таким образом устраняются четыре операции, вы-
полняемые на прессе, отжиг и последующая очистка от окалины.
Кроме того, значительно упрощается последующая полировка
готовых изделий.
На давильно-обкатном станке фирмы «Лейфельд энд К°»
(ФРГ) для снятия чрезмерной нагрузки с заготовки и шпин-
деля используется сбалансированное устройство, состоящее
из трех давильных роликов, 'монтируемых на салазках, как это
показано на фиг. 21. Здесь два ролика расположены сзади, а
третий с гидравлическим приводом смонтирован спереди. Пере-
мещение на салазках вдоль станины производится при помощи
Ротационное выдавливание
187
гидравлического цилиндра с поршнем, смонтированного между
направляющими станины. Держатели задних формообразую-
щих роликов А и Б смонтированы на отдельных поперечных
каретках, которые в свою очередь могут перемещаться на вер-
тикальной каретке. Точная регулировка продольного и вер-
тикального положений роликов относительно обрабатываемой
заготовки производится вручную при помощи установочного вин-
та. Передний ролик, установленный на корпусе В, подается впе-
ред к заготовке посредством давления, создаваемого в гидрав-
лическом цилиндре Г. Величина подачи вперед лимитируется
упором с микрометрической шкалой, который можно регулиро-
вать с помощью маховичка Д. Механизм переднего ролика мон-
тируется на поворотной опоре, которую можно устанавливать
под углом при ротационном выдавливании конических изделий.
КОМБИНИРОВАННЫЙ ДАВИЛЬНО-ОБКАТНОЙ СТАНОК
ДЛЯ ОБЫЧНЫХ ДАВИЛЬНЫХ РАБОТ
И РОТАЦИОННОГО ВЫДАВЛИВАНИЯ
На фиг. 22 показан еще один давильно-обкатной станок типа
«Боко Гикоформ», сконструированный немецкой фирмой «Бо-
пер унд Коле». Это полуавтомат комбинированного типа, пред-
назначенный для выполнения обычных давильных операций и
ротационной вытяжки прямой раскаткой и обжатием; он осна-
щен контрольным гидравлическим копировальным устройством
и, кроме того, может быть снабжен следящим релейным регу-
лятором О.'
Привод всех рабочих элементов станка «Гикоформ» гидрав-
лический, гидравлически осуществляются также такие ответст-
венные операции, как зажимные. Рабочий ролик станка с уни-
версальной регулировкой может быть налажен на любое число
автоматических проходов по оправке; в промежутки между
проходами он может быть автоматически настроен на попереч-
ную относительно оси обрабатываемой'заготовки подачу опреде-
ленной величины. Скорость вращения шпинделя бесступенчато
регулируется в диапазоне 10—620 об/мин. Величина подачи из-,
меняется также равномерно (при наличии гидравлического дви-
гателя и ходового винта) в пределах 2—800 мм/мин. Макси-
мальный диаметр обрабатываемого на станке изделия состав-
ляет 1524 мм, максимальная величина продольной подачи
2032 мм. Максимальное давление, оказываемое роликом в
0 В США станки такого типа начали использовать даже такие фирмы,
как «Пресайз метал продакте», «Грумман эйркрафт инжиниринг корп.» и
«Боинг эйрплейн».
188
Глава 6
Ф и г. 22. Комбинированный давильно-обкатной станок .«Боко Гико-
форм», на котором можно выполнять обычные давильные операции
и операции ротационного выдавливания.
Все основные подвижные элементы станка перемещаются при помощи
гидравлических цилиндров.
продольном и поперечном направлениях, составляет 6,6 т. На
этом станке можно обрабатывать заготовки из алюминия тол-
щиной 19 мм, малоуглеродистой стали толщиной 6,4 мм и нер-
жавеющей стали толщиной 4,8 мм.
ОХЛАЖДЕНИЕ И СМАЗКА
При ротационном выдавливании необходимы, как правило,
охлаждение и смазка. Охлаждающая среда необходима для
быстрого удаления тепла, образующегося в процессе пластиче-
ской деформации, а смазка — для устранения истирания в зоне
контакта между роликом и заготовкой. При ротационном вы-
давливании изделий из тонких пластичных металлов, требующих
небольшого давления, для охлаждения и смазки зачастую впол-
не достаточно растворимого масла. Но для ротационного вы-
давливания деталей из более твердых металлов, требующих
больших давлений, нередко приходится применять для охлаж-
дения и смазки раздельные среды.
Охлаждающие составы должны, как правило, иметь высо-
кую удельную теплоемкость и содержать в себе ингибитор (за-
медлитель) коррозии. В американской производственной прак-
Ротационное выдавливание
189
тике довольно успешно применяются сейчас растворимые масла
и охлаждающие смеси на водной основе типа эмульсии «ким-
кул». С целью смазки заготовка (а иногда также и оправка)
помазком или кистью покрывается с обеих сторон суспензией
коллоидного цинка в виде двухсернистой мягчительной пасты
или незасыхающим, нетвердеющим составом для вытяжки типа
«Джонсоне вакс дроу». Для более эффективного сцепления
с оправкой смазка должна быть достаточно вязкой. Кроме того,
смазывающий состав не должен растворяться в охлаждающей
среде. При исключительно трудоемких операциях ротационного
выдавливания заготовки перед нанесением смазки необходимо
дополнительно фосфатировать.
СКОРОСТЬ ВРАЩЕНИЯ И ПОДАЧИ
Несмотря на то что при ротационном выдавливании подача
рабочего ролика осуществляется параллельно оправке, факти-
чески он перемещается по спирали, т. е. обкатка производится
как в направлении оси оправки и тангенциально к ней, так и
в сторону передней бабки. Таким образом, в результате соче-
тания вращения со сдвигом осуществляется процесс утонения
раскаткой, а не вытяжкой. На давильно-обкатном оборудова-
нии современной конструкции вращение заготовке сообщает
передняя бабка, тогда как рабочие ролики являются только
инструментом. Приводные ролики в настоящее время не приме-
няются, хотя экспериментально их уже пытались применять.
Дело в том, что то незначительное техническое преимущество,
которое получается от приводных роликов, пока еще не оправ-
дывает связанных с этим больших дополнительных затрат.
При ротационном выдавливании одним из факторов, от ко-
торых в значительной мере зависит чистота обработки поверх-
ности изделия, является подача, причем чем меньше величина
подачи, тем выше класс чистоты. В общем в производственных
условиях оптимальные результаты получаются сейчас при по-
дачах 0,050—1,27 мм на оборот. Для технологических операций,
не требующих слишком точной обработки поверхности изделия,
наиболее оптимальными считаются подачи 0,76—1,27 мм на обо-
рот. При более высоких скоростях подачи возрастают усилия
ролика и повышается степень отклонений толщины стенки из-
делия.
При ротационном выдавливании величина окружной ско-
рости в известной мере влияет на физические свойства матери-
ала изделий. Например, получаемые физические свойства и
изменения при низких окружных скоростях в диапазоне 76—
172 м/мин, как правило, оказываются нежелательными. Лучшие
190
Глава 6
результаты при ротационном выдавливании получаются при
окружных скоростях порядка 305—610 mImw,. В основном изме-
нение скорости влияет только на величину потребляемой мощ-
ности: чем выше скорость, тем больше потребляется мощности..
КОНСТРУКЦИЯ ИНСТРУМЕНТА
ДЛЯ РОТАЦИОННОГО ВЫДАВЛИВАНИЯ
Оправки, применяемые при ротационном выдавливании, мо-
гут быть выполнены из различных 'материалов. Для изготовле-
ния оправок небольшого и среднего (размеров иногда исполь-
зуют холоднокатаную инструментальную закаленную в масле
сталь марки AJSf-01. Рекомендуемая твердость после отпуска
60—63 RC. После чистовой шлифовки 'рекомендуется произво-
дить повторный отпуск для снятия остаточных внутренних на-
пряжений. Для изготовления оправок, длина которых значи-
тельно превышает их диаметр, и для оправок не очень большого
диаметра вполне пригодны закаленные в воде инструменталь-
ные стали марки AISI-W1 и W2. Некоторые фирмы для изго-
товления оправок предпочитают использовать высокоуглероди-
стые стали холодной обработки с высоким содержанием хрома
типа AISI-D2 и D3. Многие фирмы используют для этой цели
преимущественно отливки из миханита (сфероидально-графи-
товый чугун, обладающий высоким пределом прочности
при сжатии), после механической обработки подвергнутые тер-
мообработке до твердости примерно 50 RC и затем отшлифо-
ванные. Другие фирмы применяют преимущественно хромо-мо-
либденовую легированную сталь марки AISI-4140 с поверхно-
стью, закаленной перед шлифовкой до твердости 56—59 RC.
Однако оправки с поверхностной закалкой обычно пригодны
только для очень нетрудоемких работ. Некоторые фирмы изго-
товляют оправки преимущественно из высокоуглеродистой
(2,10% С), высокохромистой (12,5% Сг) инструментальной ста-
ли, закаливаемой до твердости 65 RC. С оправки после исполь-
зования рекомендуется снимать внутренние напряжения при
температуре на 5—10°С ниже температуры первоначального от-
пуска. В некоторых случаях при изготовлении деталей сложно-
го профиля могут потребоваться разъемные оправки, упрощаю-
щие процесс ротационного выдавливания.
Давильные ролики, называемые иногда инструментальными
кольцами, могут быть также изготовлены из различных мате-
риалов. В США чаще всего для этой цели используется инстру-
ментальная сталь «Граф-Mo» фирмы «Тимкен роллер биринг»,
закаливаемая до твердости 63—65 RC. Некоторые фирмы пред-
Ротационное выдавливание
191
почитают (особенно для процессов выдавливания с нагревом)
для изготовления роликов использовать быстрорежущие (инст-
рументальные) стали марки AISI-M4. Хорошие результаты дают
также высокоуглеродистые, высокохромистые инструментальные
стали холодной обработки, такие, как сталь марки AISI-D2, D3
и D4. Для изготовления роликов рекомендуется использовать
кованые заготовки с твердостью 63—65 RC. В тех случаях, ког-
да от инструмента не требуется максимальной износостойкости^
вполне можно использовать среднелегированные самозакали-
вающиеся инструментальные стали холодной обработки марки
AISI-A2. Для крупносерийного и массового производства мож-
но применять карбидные ролики. Чистота поверхности роликов
должна быть не ниже требуемой чистоты поверхности изготов-
ляемых изделий.
При ротационном выдавливании серьезное значение имеет
геометрическая форма роликов (фиг. 23), зависящая, как из-
вестно, от конфигурации изделия. В общем при ротационном
выдавливании сдвигом радиус закругления ролика должен быть
примерно равен толщине смещаемого металла. Давильные ро-
лики требуемой конфигурации для ротационной вытяжки пря-
мой раскаткой и обжатия (обратного выдавливания) трубчатых
деталей показаны на фиг. 24 и 25. Хорошие результаты дают
ролики с углом контакта 30° и радиусом закругления рабочего
ободка 1,90 мм. Чистота поверхности изделия зависит от шири-
ны рабочего ободка ролика: чем она меньше, тем грубее по-
верхность изделия. Геометрическая форма рабочего ролика на
чистоту внутренней поверхности изделия не влияет. Чистота
внутренней Поверхности изделия зависит от точности поверхно-
сти оправки и степени уменьшения толщины стенки изделия.
Ротационное выдавливание представляет собой процесс, при
котором совершаются операции раскатки, сдвига и изгиба. Так,,
в позиции А (фиг. 26) производится раскатка, подобная опера-
ции, выполняемой на полосовом стане, когда равнодействующая
направлена преимущественно в сторону оправки при незначи-
тельной составляющей силы, работающей на сдвиг. Однако,,
если бы ролик работал только как полосовой стан, тогда вме-
сто формирования начального конуса или цилиндра могло бы
скорее произойти увеличение диаметра заготовки. Но ролик в
позиции В одновременно производит комбинированную опера-
цию изгиба и обжатия. В позиции С ролик работает в основном'
как изгибающий инструмент, оказывающий преимущественно
усилие сдвига (под действием подачи) с минимальной раскат-
кой. Поэтому для уменьшения толщины материала, обладающе-
го низкой пластичностью при сдвиге, может потребоваться не-
сколько последовательных проходов.
Заготовка
выступающее за ролик
на 0,787мт
Фиг. 23. Качественное выполнение операции ротационного вы-
давливания зависит главным образом от геометрической формы
давильных роликов.
При ротационном выдавливании радиус закругления ролика должен быть
приблизительно равен толщине материала.
Фиг. 24. Типовые ролики, применяемые для рота-
ционного выдавливания трубчатых изделий.
Радиус закругления ролика зависит от требуемой степени
деформации толщины стенки заготовки за один проход.
А — кольцевой инструмент для ротационного выдавливания
конусов из толстых плоских дисковых заготовок; Б — коль-
цевой инструмент для ротационного выдавливания методом
насадок с конической стенкой из кольцевых заготовок;
В — кольцевой инструмент для ротационного выдавливания
трубчатых изделий из кольцевых заготовок.
со
Уик
Направление перемещения ролика
Фиг. 25. Геометрическая форма ролика для рота
ционного выдавливания трубчатых изделий.
Более широкие пляски на ролике улучшают чистоту поверх
ности обрабатываемого изделия.
Фиг. 26. Процесс ротационного выдав-
ливания представляет собой операцию
раскатки, сдвига и изгиба. Внизу пока-
заны изменения сил в различных
положениях.
194
Глава 6
МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ РОТАЦИОННОГО ВЫДАВЛИВАНИЯ
।
Способ ротационного выдавливания позволяет использовать
для формирования изделий различные материалы, включая
большинство сталей, в том числе нержавеющие стали серий
300 и 400, термостойкие сплавы Тимкен-16-25-6 и 17-22-5, спла-
вы хейнес мултимет, юниверсал циклопе юнилой 19-9, титано-
вый сплав Т1-140-А, инконель, инконель X, мойель, К-монель,
Фиг. 27. Полностью гидравлический давильно-обкатной станок, разви-
вающий усилия до 12 т, со специальным агрегатным оборудованием для
горячего ротационного выдавливания'полусферических изделий из'титано-
. в'ого сплава.
медь и алюминиевые 'сплавы. Очень трудно поддаются холод-
ному ротационному выдавливанию 'Молибден и магний. Боль-
шинство 'Сплавов на основе титана требуют нагрева при рота-
ционном выдавливаний.
На фиг. 27 показан специализированный давильно-обкатной
станок фирмы «Титаниум. фабрикейторс инкорпорейшн», приме-
няемый для изготовления полусферических-деталей-из" титано-
вых сплавов. На этом станке осуществляется ротационное вы-
давливание предварительно нагретых дисковых заготовок. Этот
специальный вертикальный давильно-обкатной станок полно-
стью гидравлический с регулируемыми подачами, скоростями
и усилиями (до 12 т). Перемещающаяся под действием гидрав-,.
Ротационное выдавливание
195
лического давления (порядка 210 кг!см2) рукоятка приводит в
движение цилиндр, на котором смонтировано обкатное колесо.
При ротационном выдавливании малейшие закаты, расслое-
ния или включения, присутствующие в обрабатываемом метал-
ле, могут вызывать разрывы в готовом изделии. Если структура
металла .слоистая, то в процессе обкатки он расслаивается и
изделие, как правило, быстро разрушается. Еслц же слоистость
наблюдается близко к поверхности обрабатываемого металла,
то при обработке ротационным выдавливанием такая структура
проявляется и на готовом изделии в виде плены или так назы-
ваемой апельсинной корки. При слишком высокой степени уто-
нения ротационным обжатием даже следы, оставленные инстру-
ментом на поверхности заготовки, могут вызвать разрушение
детали. Сварочные швы на сварных заготовках должны быть
доброкачественными и абсолютно плотными. Вызывают разру-
шение также пустоты и шлаковые (окисные) включения. Вме-
сте с тем качественные сварные соединения после ротационного
выдавливания улучшаются, так как раскатка способствует рав-
номерному распределению напряжений, улучшает внешний вид
сваренного участка и повышает прочность металла.
Легко и пластично деформируются стали с ферритовой и
перлитовой микроструктурой, тогда как при наличии цементита
крупные пластинки его разрушаются и перераспределяются в
сильно ориентированную текстуру нагартованного участка.
В большинстве случаев заготовки из высокоуглеродистой леги-
рованной стали рекомендуется отжигать перед ротационным
выдавливанием до образования зернистого перлита (до сферо-
идизации). Как показали экспериментальные исследования,
проведенные металлургами фирмы «Дженерал электрик», для
изготовления ротационным выдавливанием дорогостоящих от-
ветственных деталей наиболее надежны заготовки, полученные
из металлов вакуумной плавки.
ПРОИЗВОДСТВО ЗАГОТОВОК
Часто заготовки;;для ротационного выдавливания рекомен-
дуется изготовлять какими-либо другими методами. Так, для
ротацинного выдавливания простых конических профилей с пря-
мыми стенками вполне пригодны плоские, круглые или квад-
ратные заготовки, отрезанные ножницами или вырубленные в
штампе. Толщина таких заготовок должна быть исключительно
точной. Если заготовка окажется слишком толстой, начнется
скопление излишнего металла на входной стороне ролика, в ре-
зультате чего форма' заготовки нарушится и будет образовы-
ваться мелкая воронка. При этом повысится давление ролика, а
13*
11=6,35 sin 50° = 4,24мм t2=G,35sin 23°=2,4<?mm
Фиг. 28. В процессе ротационного выдавливания из пло-
ских заготовок можно получать криволинейные профили с
постепенно утоняющимися стенками.
На элементах А и Б показана толщина стенки на различных участках.
Фиг. 29. Для изготовления конусов, имеющих стенки пере-
менной толщины, требуются специально обработанные или
подготовленные заготовки. Элементы Л и Б приведены для
расчета толщины стенки конуса.
. Ротационное выдавливание
197
готовое изделие может отделиться от оправки. Если же заготов-
ка будет слишком тонкой, начнется растяжение металла и из-
делие может разрушиться.
Криволинейные профили можно, получать ротационным вы-
давливанием из плоских заготовок путем постепенного утоне-
ния стенки, как это показано' на фиг. 28, или же из заготовок
Фиг. 30. Ротационное выдавливание полусфериче-
ского изделия со стенкой равномерной толщины из
плоской заготовки конического сечения на давильно-
обкатном станке «Гидроспин».
переменного сечения, обеспечивая постоянную толщину стенки
готовой детали, как показано на фиг. 29. В обоих случаях для
синхронизации вертикальной и горизонтальной подачи ролика
применяется контурный шаблон. При ротационном выдавлива-
нии криволинейных изделий рекомендуется как можно точнее
придерживаться закона синуса.
Изделия полусферической формы со стенками неизменной
толщины можно изготовлять ротационным выдавливанием из
плоских толстых листов конического сечения обычным при-
емом—от упорной бабки к передней — на давильно-обкатном
станке «Гидроспин», как показано на фиг. 30. "Справа вверху
видны гидравлическое копировальное устройство и направляю-
щая копирная линейка для механизма правостороннего ролика.
394,1±0,794 мм
Фиг. 31. Опорный стакан, изготовленный ротационным выдавливанием
из подготовленной заготовки (фиг. 32) из нержавеющей стали 316,
полученной на прессе.
Ф и г. 32. Подготовленная заготовка для ротационного вы-
давливания изделия, показанного на фиг. 31.
Ротационное выдавливание
199
Диаметр изделия, изготовляемого ротационным выдавлива-
нием на этом станке, составляет 1042 мм.
Практически считается, что при ротационном выдавливании
стальных конусных изделий из плоских толстых листов нецеле-
сообразно изготовлять за один проход без предварительных
операций изделия с углом конусности менее 30°. В -соответствии
с законом синуса при такой конусности уменьшение толщины
стенки за один проход по сравнению с толщиной заготовки
практически не превысит 75%. Для изготовления конусных де-
талей со .стенками разной толщины или с углом конусности ме-
нее 30°, как правило, требуются специальные предварительно
отформованные заготовки, получаемые центробежным литьем,
ковкой, механической обработкой, вытяжкой или ротационным
выдавливанием на другой оправке. Структура заготовок из цен-
тробежного литья должна иметь примерно такую же плотность,
как и структура нержавеющей стали.
Показанный на фиг. 31 опорный стакан, представляющий со-
бой тонкостенную цилиндрическую трубу, глухую с одной сто-
роны и открытую с другой, с загнутой кромкой, изготовляется
ротационным выдавливанием из заготовки (фиг. 32) из нержа-
веющей стали типа 316, полученной вытяжкой на прессе. Все
допуски здесь должны быть точно выдержаны для установки
наружного подшипника в конической секции, имеющей угол
17°, и внутреннего подшипника в конической секции с углом
конусности 20°. Толщина заготовки (1,57 мм) определена зара-
нее из расчета требуемой номинальной толщины готового изде-
лия по закону синуса.
Для получения толстого кольца во втулке готового изделия
наиболее пригодны поковки. Нередко для упрощения конфигу-
рации основной заготовки на конусы, получаемые ротационным
выдавливанием, приваривают втулки, обработанные механиче-
ски. Детали с шейкой или сужающиеся в центре можно изго-
товлять при помощи разъемных оправок, соединяемых вместе в
зоне наименьшего, диаметра перехвата. Такие оправки упро-
щают съем готового изделия по окончании процесса ротацион-
ного выдавливания.
Трубчатую деталь двигателя, показанную на фиг. 33, до сих
пор изготовляли резанием из сварной трубы с приваренным на
одном ее конце кольцом. Чтобы снизить вес детали и потери
металла в стружку и увеличить за счет этого толщину стенки
у открытого конца трубы (для устранения быстрого прогора-
ния), эта деталь модифицирована применительно к процессу
ротационного выдавливания. Теперь заготовка представляет
собой механически обработанную поковку (фиг. 34), имеющую
необходимое количество металла на фланцевом конце для чи-
Фиг. 33. Цилиндрическая деталь двигателя, изготавливаемая ротацион-
ным выдавливанием.
Фиг. 34. Механически обработанная поковка, ис-
пользуемая в качестве подготовленной заготовки для
ротационного выдавливания цилиндрической детали
двигателя, показанной на фиг. 33.
Ротационное выдавливание
201
стовой механической обработки после формирования на да-
вильно-обкатном станке «Флюторн». Кроме того, теперь рота-
ционным обжатием можно увеличивать толщину стенки детали
у открытого конца на 50% за счет металла в толстостенной
цилиндрической части заготовки. Таким образом, ротационное
выдавливание устраняет необходимость продольной и ради-
альной сварки, помогает более точно выдерживать допуски на
вес изделия и повышает стойкость открытого конца трубы от
прогорания.
Фиг. 35. Типовая, механически обработанная чашеобразная по-
ковка, применяемая для ротационного выдавливания деталей с
углом конусности < 30°.
При изготовлении таких деталей из подготовленных заготовок указанного
типа величина деформации толщины заготовки за один проход не
превышает 75%.
Если поковки и отливки перед ротационным выдавливанием
не требуют механической обработки, необходимо такие заготов-
ки очищать от окалины при помощи сжатого воздуха или трав-
ления. Правда, малоуглеродистая горячекатаная листовая
котельная сталь вполне пригодна для ротационного выдавлива-
ния и ;без специального удаления окалины. Но тем не менее про-
изводить предварительную очистку все же рекомендуется хотя
бы для того, чтобы устранить возможное скопление чешуек
окалины в смазке.
При ротационном выдавливании изделий с углом при вер-
шине меньше 30° из заготовок, полученных из-под вытяжного*
штампа, иногда практически нецелесообразно уменьшать тол-
щину стенки более чем на 75%. Для определения половины
угла конусности |3 чашеобразных заготовок (фиг. 35) можно
пользоваться следующей формулой:
[Sin (3 —
Sin а
1 — Я/100
! 202
Глава 6
где а — половина угла начального конуса; R — уменьшение тол-
щины, в —/2)/^1Х100.
Весьма ценным считается метод изготовления заготовок для
ротационного выдавливания изделий из согнутых и сваренных
в цилиндры листов и из цилиндрических заготовок, получаемых
выдавливанием. Сварные швы на таких заготовках должны
быть механически обработаны или отшлифованы до толщины
стенки основного металла. Перед ротационным выдавливанием
заготовки отжигаются. Фирма «Ингерсолл келемэзу» заготовки
такого типа применяет для ротационного выдавливания на да-
вильно-обкатных станках «Гидроспиннинг» длинных тонкостен-
ных цилиндров из стали AISI-4130. Из цилиндрических загото-
вок диаметром 413 мм и длиной 457 мм со стенкой толщиной'
16,51 мм способом ротационного выдавливания получают де-
тали длиной до 2743 мм при толщине стенки 2,54 мм. Внутрен-
ний диаметр изделия остается неизменным.. Такие длинные и
точные тонкостенные трубчатые изделия можно использовать
как гидравлические цилиндры, сосуды высокого давления и для
камер ракетных двигателей.
На давильно-обкатных станках со спаренными роликами
можно изготовлять ступенчатые конусы и сложные конические
детали, имеющие два или несколько постепенно уменьшаю-
щихся углов начального конуса, следующими способами.
1. При помощи одного или двух роликов можно получать
несколько углов в несколько проходов, формируя каждую ко-
нусную стенку на ступенчатой оправке или же на отдельных
опр авках.
2. Можно устанавливать один ролик для обкатки первого
конуса, а затем при этой же наладке можно подавать второй
ролик в позицию обкатки второго конуса. Для такой операции
требуется ступенчатая оправка'.
3. Можно один или два ролика перемещать по всей длине
изделия по копиру. При этом методе также требуется ступенча-
тая оправка. Правда, если толщина заготовки больше 12,7 мм,
то этим методом довольно трудно, формировать различные углы
начального конуса одними и теми же роликами.
Точность готовых изделий, получаемых методом ротацион-
ного выдавливания, и особенно точность длины таких изделий
в большой мере зависит от точности изготовления заготовок.
Поскольку процесс ротационного выдавливания характеризуется
приращением длины изделия '(при постоянном объеме металла)
в направлении оси, то излишек металла в стенке заготовки при
данной толщине стенки вызывает увеличение длины готового
изделия.
Ротационное выдавливание
203
ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ ПРОЦЕССА
РОТАЦИОННОГО ВЫДАВЛИВАНИЯ
Фиг. 36. Изделие, показанное слева,
изготовлено из нержавеющей стали
321 за две операции на давильно-об-
катном станке «Гидроспин».
Изделие -справа получено после первой
операции.
До 1953 г., когда фактически началось более широкое вне-
дрение процесса ротационного выдавливания в авиационной
промышленности, этот метод использовался почти исключитель-
но для изготовления деталей
молочных сепараторов и элек-
тронно-лучевых трубок телеви-
зоров. В общем этим методом
изготовляли изделия только
тонких сечений. В настоящее
время ротационным выдавли-
ванием изготовляют детали бо-
лее крупных сечений и больших
размеров. Кроме многих дета-
лей самолетов, авиационных
двигателей и баллистических
ракет, процесс ротационного
выдавливания начали приме-
нять также во многих других -
отраслях' промышленности, как,
например, для изготовления
всевозможных бытовых прибо-
ров, кухонной посуды, точных
тонкостенных труб и различных
трубчатых деталей с фланцами.
На фиг. 36 слева показана
деталь, изготовляемая в две
операции из плоской заготовки .(нержавеющая сталь 321) диа-
метром 379 и толщиной 11,58 мм. После первой операции полу-
чается показанная справа деталь диаметром 149—380 и длиной
294 мм со стенкой переменной толщины 4,37—5,38 мм. Готовая
деталь представляет собой конус с цилиндрической нижней ча-
стью диаметром 143—304 мм и общей длиной 597 мм, со стен-
кой толщиной 1,65 мм в конической и 3,96 мм в цилиндрической
части.
Из многочисленных деталей для реактивных двигателей, из-
готовляемых фирмой «Эйркрафт энжин» методом ротацион-
ного выдавливания на станке «Флоторн», наиболее типичной
является корпус (кольцо) промежуточного подшипника, пока-
занный на станке (фиг. 37)t. Эту,деталь, изготовляемую из леги-
рованной стали марки AMS-6322, раньше получали ковкой до
требуемой длины с углом начального конуса, а затем обтачивали.
Фиг. 37. Рабочий момент-ротационного выдавливания на да-
вильно-обкатном станке «Флоторн» промежуточных колец
(корпусов) подшипников из поковок из легированной стали
марки AMS-6322.
8,69мм
а
Фиг. 38. Размеры поковки (а) и промежу-
точного кольца (корпуса) подшипника, полу-
ченного ротационным выдавливанием (б).
Раньше это изделие изготовляли резанием из
фасонной поковки.
Ротационное выдавливание
205
Новая технология (фиг. 38) изготовления обеспечила снижение
себестоимости каждой детали на 18 долл, и снизила затрату
труда на 3 человеко-часа.
РОТАЦИОННОЕ ВЫДАВЛИВАНИЕ
ГИЛЬЗ КАМЕР СГОРДНИЯ
Весьма показательным примером удачного применения про-
цесса ротационного выдавливания является изготовление («Эйр-
крафт энжин») пулеобразных гильз для камер сгорания дли-
ной 143 и диаметром 70 мм, которые изготовляются из сплава
инконель на давильно-обкатном станке «Флоторн». Раньше
гильзы изготовляли из двух частей, которые затем сваривались
оплавлением. Сейчас для изготовления изделий такого типа
заготовки вырубают в штампе и предварительно формируют из
листового металла толщиной 1,93 мм, а затем окончательно
обрабатывают на давильно-обкатном станке «Флоторн»
(фиг. 39). Обрабатываемая заготовка вращается со скоростью
850 об]мин, а ролик подается со скоростью 114 мм/мин. Опера-
ция выполняется роликом, имеющим полукруглый профиль с
радиусом закругления 6,35 мм. При такой технологии изготов-
ления устраняются 10 технологических операций и сокращается
время изготовления на 40%.
Для осуществления этой операции инженеры производствен-
ного отдела фирмы «Форд мотор» сконструировали специальное
механическое копировальное устройство с приводом от ходово-
го винта продольной подачи станка «Флоторн» и с нерегули-
руемым копиром для цикла профилирования. Закругленная
часть головки гильзы камеры сгорания формируется методом
ротационного выдавливания (под контролем копира попереч-
ной каретки), тогда как прямолинейная часть корпуса гильзы
формируется методом прямой ротационной раскатки.
На фиг. 40 показан рабочий момент ротационного выдавли-
вания на давильно-обкатном станке «Гидроспин» заднего
корпуса подшипника для компрессора реактивного двигателя,
изготовляемого фирмой «Эйркрафт энжин». Эти опоры изготав-
ливаются из стальных поковок (сталь AMS-5613), имеющих
твердость 152—264 НВ, механически обработанных до ротаци-
онного выдавливания. В процессе обработки на давильно-обкат-
ном станке толщина стенки заготовки уменьшается с 5,94 до
2,79 мм, а исходная длина заготовки (380,4 мм) остается неиз-
менной. Обрабатываемое изделие вращается со скоростью
400 об!мин при скорости подачи роликов 50,8 мм/мин. Главные
каретки роликов устанавливаются для этой операции под уг-
лом 28°, поперечная каретка — под углом 10°.
Фиг. 39. Оборудование для изготовления ротационным
выдавливанием гильз камеры сгорания из сплава инконель.
‘Фиг 40. Ротационное выдавливание заднего коль-
ца (корпуса) подшипника для- компрессора турбо-
реактивного двигателя из > поковки из нержавеющей
стали марки AMS-56-13, предварительно механически
обработанной.
Ротационное выдавливание
207' ,
РОТАЦИОННОЕ ВЫДАВЛИВАНИЕ ДЛИННЫХ ВЕДУЩИХ ВАЛОВ
Вполне удовлетворительно закончилось f экспериментальное
освоение процесса ротационного выдавливания длинных веду-
щих валов для турбин реактивных, двигателей, изготавливае-
мых этим методом на давильно-обкатном станке «Гидрю-
-------1092,2 мм
342,9 мм—*
Фиг. 41. Ведущий вал турбины реактивного двига-
теля (внизу), изготовленный ротационным выдав-
ливанием из высаженной и прошитой по,ковки леги-
рованной стали марки AMS-64L5, показанной вверху.
спин». Высаженные и прошитые поковки (легированная сталь
AMS-6415) длиной 1092,2 мм, подобно показанной на фит. 41
вверху,, формируются методом ротационной вытяжки раскаткой
в валы общей длиной 1943 мм (внизу). Поверхность внутренне-
го отверстия валов, полученных этим методом (за исключением
небольшого шлицованного участка), не требует дальнейшей
механической обработки, которая ранее выполнялась на специ-
альных продольных копировально-расточных станках с большой
затратой времени на механическую обработку. Фирма- проводит
работу по- дальнейшему усовершенствованию "этой технологии,
стремясь максимально сократить требующуюся для наружной
поверхности вала механическую обработку, чтобы обрабатывать
механически только наиболее ответственные участки детали,
получаемой ротационным выдавливанием.
208
Глава 6
Ротационное выдавливание длинных валов по этой техноло-
гии производится тремя различными методами. При формирова-
нии участка А (большой диаметр, угол 34°, фланцевый конец
Фиг. 42. Прямостенная труба, получаемая ротацион-
ным выдавливанием.
Заготовка — труба из горячекатаной малоуглеродистой стали.
вала) металл смещается методом ротационного сдвига. Уча-
сток В (конической формы, угол уклона 3°1 Г) формируется
нисходящим смещением благодаря небольшой конусности. Ци-
линдрический участок вала С формируется методом ротацион-
ной вытяжки прямой раскаткой 1\
На фиг. 42 показана одна из многих разнотипных цилиндри-
ческих трубчатых деталей, изготовляемых на таком оборудова-
нии. Из трубчатой заготовки (горячекатаная малоуглеродистая
сталь) длиной 476,26 мм со стенкой толщиной 12,70 мм мето-
0 Фирма «Цоммершил шпаринг энд стемпинг» имеет на своем заводе пять
давильно-обкатных станков «Гидроспин». Процесс ротационного выдавлива-
ния, выполняемый на этом оборудовании, носит фирменное название Рото-
форминг.
Ротационное выдавливание
209
дом ротационной вытяжки прямой раскаткой длина детали уве-
личивается до 933,45 мм с уменьшением толщины стенки до
6,35 мм.
Фиг. 43. Ротационное выдавливание заднего кожуха ком-
прессора, выполняемое в две операции. Внизу показана
исходная заготовка.
На давильно-обкатном станке «Гидроспин» изготовляют еще
одну прецизионную тонкостенную бесшовную трубчатую деталь
из прошитых в слитке и прокатанных начисто кольцевых поко-
вок из отожженной 'Стали AISI-4140 авиационного качества.
Поковки сначала обрабатывают на длину 279,4 мм при внутрен-
нем диаметре 343 мм, получая стенку толщиной 12,70 мм.
Механически обработанные кольца формируют затеуг методом
ротационной вытяжки прямой раскаткой в готовые бесшовные
стальные трубы длиной 2184,8 мм с внутренним диаметром
343 мм при толщине стенки 1,01 мм, таким образом, толщина
стенки уменьшается на 92%. Операция ротационного выдавли-
вания, считая от установки заготовки и до съема готового изде-
|4 Ч. Уик
210
Глава 6
лия, длится всего 25 мин. При этом предел прочности при рас-
тяжении повышается вдвое; получаемая чистота отделки внут-
ренней поверхности трубы составляет 0,25 мкм, а на наружной
поверхности 0,75 мкм и меньше.
На станках «Флоторн» бесшовная труба длиной 254 и диа-
метром 76,2 мм из нержавеющей стали 310 со стенкой толщи-
ной 3,81 мм методом обратного ротационного выдавливания
(обжатия) за несколько проходов обжимается в трубчатую
деталь длиной 1016 мм со стенкой толщиной 0,381 мм, а при
выдавливании молибденовой трубы — со стенкой толщиной
0,203 мм.
Выдающимся достижением в области промышленного при-
менения процесса ротационного выдавливания можно считать
изготовление этим методом задних кожухов компрессора, охва-
тывающих колеса в секции высокого давления турбореактивно-
го двигателя J-57. До этого кожухи компрессоров изготовляли
из восьми отдельных частей общим весом приблизительно
67 кГ, выполняя при этом сварку общей длиной 13 330 мм. Те-
перь кожухи изготовляют ротационным выдавливанием из бру-
сков шириной 153,3 мм, получаемых выдавливанием, которые
затем сгибаются на валковой машине в кольца и свариваются
встык. На фиг. 43 схематически показано изготовление кожу-
хов ротационным выдавливанием за две операции на давильно-
обкатном станке «Флоторн».
ПРОИЗВОДСТВО головок ИСКУССТВЕННОГО
СПУТНИКА «ЭКСПЛОРЕР»
В США процесс ротационного выдавливания привлек осо-
бенно большое внимание после успешного запуска первого аме-
риканского искусственного спутника Земли. На фиг. 44 показан
рабочий момент ротационного выдавливания на давильно-обкат-
ном станке «Флоторн» головки первого американского искус-
ственного спутника Земли «Эксплорер» весом 404,3 г, который
был изготовлен фирмой «Лодж энд шиплей» из квадратной за-
готовки из нержавеющей стали 430 толщиной 2,39 мм, получен-
ной на прессе выдавливанием вращающимся пуансоном. После
первой операции ротационного выдавливания получают пред-
варительный конус с углом при вершине 25° и обжатием
стенки заготовки до толщины 0,914—1,066 мм. После обрезки
до требуемой длины и отжига производят обычную давильную
операцию, в результате которой образуется плавный переход по
контуру радиусом 15,87 мм и формируется цилиндрическая
часть на одном конце детали. Затем этот конус удлиняется ро-
тационным выдавливанием до требуемого размера (308 мм),
Фиг. 44. Головка в стадии окончания операции ротационного
выдавливания (непосредственно после снятия внутренних
напряжений).
Фиг. 45. Последовательные переходы изготовления головок
искусственного спутника Земли «Эксплорер».
Выдавливаемая предварительно лунка в квадратной 203-миллиметровой
заготовке облегчает центрирование заготовки на оправке.
14*
212
Глава 6
стенка обжимается до окончательной толщины порядка 0,076—
0,177 мм и деталь зачищается. Толщина тупого конца конуса
сохраняется без изменения'—2,39 мм. Последовательность опе-
раций ротационного формообразования головки показана на
фиг. 45.
По имеющимся данным процесс ротационного выдавлива-
ния открывает широкие возможности снижения себестоимости
и повышения качества продукции при производстве цилиндри-
ческих деталей типа сосудов давления, огнетушителей, газовых
баллонов, корпусов шумоглушителей, корпусов масляных филь-
тров, смазочных пистолетов, а также деталей баллистических
ракет и артиллерийских орудий, которые обычно изготовляют
методом многократной вытяжки. По технологии, носящей на-
звание «Фло-Риформ» (процесс повторного ротационного фор-
мообразования), конусы, полученные ротационным выдавлива-
нием, промываются, отжигаются, обрезаются и повторно
формируются на обычных прессах в длинные, прямостенные
цилиндрические детали. Таким образом устраняется несколько
операций редуцирования, которые, как правило, требуются при
изготовлении деталей такого типа методом вытяжки.
ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ПРОЦЕССА
РОТАЦИОННОГО ВЫДАВЛИВАНИЯ
Для дальнейшего освоения процесса ротационного выдавли-
вания в промышленных масштабах в первую очередь требуются
более мощные давильно-обкатные станки. Уже сейчас вошло в
практику изготавливать корпусные конструкции баллистических
ракет методом ротационного выдавливания. Фирма «Лодж энд
шиплей» разработала давильно-обкатной станок для изготов-
ления изделий диаметром до 3048 и длиной 3048 мм. Внешний
вид станка «Флоторн» вертикального типа с фирменным назва-
нием «Куад-Трейс» показан на фиг. 46. На этом станке можно
изготовлять- контурные, конусные и цилиндрические детали и
детали комбинированных профилей такого же типа из загото-
вок из нержавеющей стали толщиной до 25,4 мм. Можно также
формировать и малогабаритные детали цилиндрической формы
с минимальным диаметром 76 мм.
Операция выдавливания на давильно-обкатном станке «Ку-
ад-Трейс» производится автоматически под контролем много-
осевой гидравлической копировальной системы, состоящей из
четырех управляемых копирами кареток с индивидуальными
копирами и шаблонами, которые направляют сдвоенные, распо-
ложенные один против другого формирующие ролики. В про-
цессе операции подача главной каретки вниз осуществляется
Ротационное выдавливание
213
от двух цилиндров, смонтированных в нижней части станины
станка. Главный двигатель привода мощностью 447,6 кет обес-
печивает вращение шпинделя со скоростью от 30 до 120 об)м11НЛ
Фиг. 46. Эскиз давильно-обкатного станка модели
«Куад-Трейс» серии «Флоторн».
Спаренные давильные ролики автоматически управляются гид-
равлическим копировальным устройством.
Величина подачи каретки плавно регулируется в пределах ог
0 до 762 мм)мин. Кроме того, при холостом ходе каретка пере-
мещается со скоростью до 1830 льм/лшн.
Можно с уверенностью утверждать, что в самое ближайшее
время процесс ротационного выдавливания будет максимально
автоматизирован и время рабочего цикла будет значительно
214
Глава 6
снижено, причем в основном за счет автоматизации операций
установки и съема изделий. Большие перспективы открываются
также в связи с возможностью применения процесса ротацион-
ного выдавливания в сочетании с другими технологическими
операциями, выполняющимися на автоматическом металлооб-
рабатывающем оборудовании. Реальным подтверждением этому
может служить уже сконструированная фирмой «Кимко инжи-
ниринг» сборочная агрегатированная двенадцатипозиционная
машина. На двух позициях этой машины методом ротационно-
го обжатия производится закатка верхних гнезд шаровых шар-
ниров узла рулевого управления автомобиля.
РОТАЦИОННОЕ ВЫДАВЛИВАНИЕ
САМОХОДНЫМ РОЛИКОМ
Фирмой «Локхид эйркрафт» разработан еще один модифи-
цированный метод ротационного формообразования под назва-
нием «Ролл-Экстружин», приспособленный специально для
Фиг. 47. При ротационном выдавливании раскаткой заготовка рас-
ширяется до внутреннего диаметра кольцевой матрицы (а), затем фор-
мируются ребра жесткости (б).
После этого изделие подвергается ротационной вытяжке прямой раскаткой
материала между ребрами.
а — раскатка исходной заготовки по внутреннему диаметру матрицы; б — исход-
ная раскатка ребра; в — выдавливание в аксиальном направлении.
1 — раскатанная кольцевая заготовка; 2— исходная кольцева заготовка;
3— ролик для раскатки заготовки; 4 — внутренний диаметр матрицы; 5 — проме-
жутки 1, 2, 3; 6 — ролик исходного ребра; 7—оправка; 8 — раскатка материала
между ребрами; 9 — обрабатываемое изделие; 10 — ролик; // — окончательная
' раскатка; 12 — толщина стенки.
ротационного выдавливания крупногабаритных тонкостенных
деталей с внутренними фланцами, простенками и ребрами жест-
кости, выполненными за одно целое с деталью. Процесс в основ-
ном состоит из радиальной и осевой раскатки полых ци-
линдрических заготовок по размеру внутреннего отверстия вра-
щающейся кольцевой матрицы при помощи давильного ролика
Ротационное выдавливание
215
с механическим приводом, как показано на фиг. 47, а. Затем
роликом соответствующей формы (фиг. 47, б) формируются на
оправке ребра, и деталь выдавливается раскаткой материала
между этими ребрами (фиг. 47, в).
Фиг. 48. Давильно-обкатной станок
цля ротационного выдавливания .ме-
тодом раскатки, на котором кольце-
вая матрица вращается в опорных
роликах.
Радиальное положение давильного
ролика регулируется путем вертикаль-
. ного смещения несущей рамы.
1 — станина; 2 — вращающаяся кольцевая
матрица; 3 — закаленные направляющие;
4—прижим; 5 — кольцевая заготовка;
— несущая рама; 7 — приводная оправ-
ка; 8— главный подшипник; 9 — изготов-
ляемое изделие; 10—несущие ролики;
11 — твердая вставка; 12 — формирующий
эолик; 13 — соединительные муфты; 14 --
штанга механизма управления; 15 — при-
вод; 16 — вид ролика и штанги механизма
управления в плане.
По лицензии фирмы «Локхид эйркрафт», разработавшей
новую технологию, фирма «Хаффорд корпорейшн» сконструиро-
вала специализированный давильно-обкатной станок, на кото-
ром можно изготовлять этим методом детали диаметром до
3050 и длиной до 7300 мм. Имея определенное сходство с рота-
ционным выдавливанием, новый метод отличается в основном
тем, что металл формируется преимущественно сжатием, а не
усилиями сдвига и, кроме того, формообразование производит-
ся изнутри.
На давильно-обкатном станке для ротационного выдавлива-
ния этим методом (фиг. 48) кольцевая матрица монтируется в
станине станка и вращается в опорных роликах. Вращающаяся
оправка с механическим приводом от муфт несет на себе формо-
образующий ролик. Радиальное положение рабочего ролика
внутри кольцевой матрицы регулируется вертикальным смеще-
нием главного подшипника станины станка. Аксиальное пере-
мещение ролика осуществляется штангой управления. Наруж-
ный диаметр готовой детали контролируется диаметром внут-
реннего отверстия вращающейся кольцевой матрицы. Попереч^
ные салазки на приводной стороне станка, имеющие несколько
рабочих головок, могут быть оснащены расширительными реб-
рообразующими или выдавливающими роликами.
Длина готового изделия зависит при этом от объема исход-
ной заготовки и от требуемой степени радиального расширения.
216 Г л а в а 6
При формообразовании радиальных ребер аксиальное расшире-
ние ограничивается формой ролика. При изготовлении деталей
со стенкой переменной толщины один конец заготовки. ограни-
чивается упором, а второй конец можно удлинять аксиально,
методом ротационного выдавливания, за пределы конца вра-
щающейся матрицы.
Вполне удовлетворительные результаты были’получены при
обработке этим методом алюминия, меди, титана и нержавею-
щей стали. При обработке заготовок из некоторых сплавов тре-
буется подогрев. Методом «Ролл-Экстружин» можно получать
точные детали толщиной всего 0,25 мм с высокими ребрами.
ГЛАВА 7
РОТАЦИОННАЯ КОВКА
Ротационная ковка представляет собой специальный процесс’
редуцирования, по существу своему близкий к механической
ковке точных цилиндрических изделий типа круглых стержней,
труб и заготовок, при помощи силового воздействия быстровра-
щающихся бойков, последовательно наносящих по обрабаты-
ваемой заготовке повторяющиеся, равномерно распределенные'
короткие удары.
Фиг. 1. Составные части типовой ротационно-ковочной
двухбойковой машины (слева).
Вращающиеся ползунки при контакте с роликами смыкают бойки
вместе (в центре). При раскрытии бойков под действием центро-
бежной силы в промежуток между ударами осуществляется по-
дача заготовки (справа).
Как показано на фиг. 1, вращающиеся ползунки с кулачками
при контакте с роликами смыкают бойки вместе. Пульсируя
таким образом со скоростью порядка нескольких тысяч раз в-
минуту (поскольку вращается шпиндель, на котором они смон-
тированы), бойки деформируют заготовку точно по требуемой
форме и на заданный размер. При этом удары наносятся бойка-
ми с некоторым перекрытием, благодаря чему получается глад-
кая поверхность изделия.
Хотя для некоторых операций ротационной ковки необходи-
мо заготовку нагревать, как, например, при изготовлении изде-
лий с большим и длинным заострением, при большой степени
обжатия, а также при изготовлении изделий из таких малопла-
стичных металлов, как вольфрам, тем не менее в большинстве
218
Глава 7
случаев применяют преимущественно холодную ротационную
ковку, которая обеспечивает получение более чистой поверх-
ности и повышенных физических свойств. К тому же при холод-
ной ротационной ковке значительно упрощаются все операции
по обработке заготовки. Поэтому в данной главе приводится в
^основном описание процесса холодной ротационной ковки.
Практически для ротационной ковки можно использовать
заготовки почти любого осесимметричного сечения — круглые,
квадратные, овальные, шестигранные и т. п. Ротационной ков-
кой получают преимущественно изделия цилиндрической формы,
при этом по длине заготовок можно также получать переменные
диаметры и различные профили. Так, например, на цилиндри-
ческих стержнях можно получать плоские квадратные профили
и профили шестигранного сечения. Обычно ротационной ковкой
(без отжига) можно уменьшить площадь поперечного сечения
заготовки максимум на 40%. Используя фасонные оправки,
можно формировать в отверстиях цилиндров фасонные про-
фили, резьбу, шлицы и т. п.
ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ РОТАЦИОННОЙ КОВКИ
Ротационная ковка применяется преимущественно для обра-
ботки изделий на конус или заострения, для фасонного профи-
лирования (внутреннего или наружного), для обжатия осесим-
метричных изделий с удлинением по оси и для сборки. Осесим-
метричным обжатием можно получать изделия любой длины с
наименьшим диаметром 0,127 мм. Величина обжатия за один
проход зависит от свойств обрабатываемого металла, тогда как
максимальная величина диаметра ограничивается только разме-
рами или рабочими характеристиками ротационно-ковочной
машины.
На фиг. 2 приведены некоторые примеры типовых изделий,
изготовляемых ротационной ковкой. К операциям, выполняемым
ротационной ковкой, относятся: обжатие прямых шестигранных
заготовок (Л), обжатие тонких прутков (В), обжатие на конус
круглых прутков сплошного сечения (С) и заострение (D). При
выполнении операций сужения трубчатого изделия (Е) ротаци-
онной ковкой для получения труб с очень тонкими стенками
применяется специальная оправка. Ротационная ковка исполь-
зуется также для получения переменных профилей как внутри,
так и снаружи изделий (F) и для получения многоступенчатых
валов, сплошного сечения (G и Н). При помощи ротационной
ковки производится также сращивание шлангов (7) и утонение
прямых трубчатых изделий (/(). При ротационной ковке трубча-
тых заготовок с целью получения более тонких стенок оправки не
Ротационная ковка
219
требуется, так как в данном случае оправка только контроли-
рует наружный и внутренний диаметры. Большие конусы можно
получать как на оправках, так и без них, в зависимости от раз-
меров оборудования. Более длинные конусы (L) получают при
Фиг. 2. В число операций ротационной ковки входят:
утонение (А и В), сужение на конус (С), заострение (D
и Е)„ обжатие переменных диаметров (F, G и Н), насадка
шланга (/), цилиндрическое или прямое обжатие (К), су-
жение на длинный конус (L) и скрепление троса (М).
помощи серии бойков с перекрывающими ударами. Ротацион-
ной ковкой скрепляют тросы с наконечниками, концевые муф-
ты и другие изделия подобного типа (М).
Операция заострения ротационной ковкой применяется для
обработки таких изделий, как шпиндели машин, скрайберы,
пуансоны и скобы; для сужения концов труб и прутков перед
протяжкой; для мундштуков, игольчатых дросселей, колпачков
для автоматических ручек и карандашей; для головок цилинд-
ров, наконечников горелок и мебельных ножек. К фасонным
операциям относится изготовление автомобильных амортизато-
ров, валов печатных машин, штоков клапанов, распорок роли-
ковых цепей, цилиндрических корпусов, кожухов полуосей, кар-
данных валов, осей, мачт и антенн. Кроме того, способом рота-
220
Глава 7
ционной ковки можно изготовлять также пустотелые ручки к
серебряной посуде из тянутых цилиндрических заготовок путем
обжатия их до требуемой формы перед прикреплением.
К числу операций соединения и сборки, выполняемых рота-
ционной ковкой, относятся: скрепление колец со стержнями;
сборка кассет из чистого алюминия и циркония с урановыми
топливными стержнями для узла атомных реакторов (с целью
Металл 8тулки втекает в просверленное
отверстие при сборке двух деталей.
Втулка из
цветного металла
Стальная
труба
Фиг. 3. При помощи ротационной конки мож-
но собирать и закреплять внутри стальных
труб втулки из цветного металла.
обеспечения сплошного контакта); сращивание нескольких де-
талей при помощи обжимной муфты или кольца, таких, на-
пример, как фитинги или зажимы на концах тросов и труб;
закрепление подшипников в трубах; прикрепление металличе-
ских рукояток к инструментам, гнезд (зажимов) — к щеткам
или трубам и оболочек — к громоотводам. Ротационная ковка
успешно применяется также для запрессовки втулок из цветных
металлов в стальные трубы. Втулка из цветного металла немно-
го меньшего диаметра вставляется сначала в стальную трубу с
отверстиями, просверленными радиально в зоне посадки втулки.
Затем собранные таким образом детали обжимаются на-оправ-
ке до требуемого внутреннего диаметра втулки. При обжатии
на оправке металл втулки заполняет просверленные в стальной
трубе отверстия, и таким образом обеспечивается скрепление
(фиг. 3).
При сборке способом ротационной ковки наружная втулка
удлиняется в продольном направлении, а диаметр ее умень-
шается до тех пор, пока она прочно не соединится с внутренней
частью. Как правило, при этом необходимо учитывать припуск
на удлинение. Практически прочность таких соединений опре-
деляется размерами и прочностью наружной втулки.
__________________________Ротационная ковка____________________ 221
ПРЕИМУЩЕСТВА РОТАЦИОННОЙ КОВКИ
Основное преимущество процесса ротационной ковки заклю-
чается в том, что этот метод обработки является наиболее
экономичным при изготовлении изделий средними и круп-
ными сериями, так как при этом требуются значительно
меньшие первоначальные затраты, более низкие эксплуатацион-
ные расходы, расходы на инструмент, на рабочую силу и на
материал. Так, стоимость одного комплекта ковочных бойков
не превышает стоимости комплекта рабочих кулачков для
токарно-револьверных автоматов, причем бойки эти по мере их
износа можно быстро перезатачивать. Один малоквалифициро-
ванный рабочий может легко обслуживать несколько ротацион-
но-ковочных машин, оборудованных автоматическими подаю-
щими устройствами, так как для быстрой смены бойков на
машинах несложной конструкции от рабочего не требуется осо-
бой квалификации. Благодаря тому что процесс обработки осу-
ществляется преимущественно пластическим деформированием,
а не снятием стружки, получается значительная экономия ме-
талла.
Кроме того, при ротационной ковке можно применять более
короткие заготовки, так как готовые изделия, получаемые этим
методом, ка'к правило, всегда"удлиняются. Резко снижаются, а
зачастую и совсем устраняются потери металла в виде отходов.
Вторичные операции, не всегда к тому же требующиеся, сво-
дятся обычно только к зачистке концов и к обрезке изделий.
Существенную экономию металла можно также получать, если
производить обжатие шестигранных, квадратных и других фа-
сонных профилей на сравнительно недорогом круглом материа-
ле. Для изделий, собранных с помощью ротационной ковки, не
требуются ни сварка, ни высокотемпературная пайка и не нуж-
ны никакие крепежные детали. Еще одним преимуществом про-
цесса ротационной ковки является его высокая производитель-
ность (большинство операций выполняется всего за несколько
секунд). Нередко производительность увеличивается от 40 до
400%. Средняя скорость подачи при ротационной ковке как
пустотелых, так и сплошных деталей достигает 19—25,4 мм!сек,
ио она может увеличиваться в зависимости от величины углов
заострения до 203 мм!сек. Кроме того, ротационно-ковочные
машины можно оборудовать магазинными подачами и автома-
тическими съемно-загрузочными устройствами, за счет чего про-
изводительность процесса повышается до 1250 изделий в час и
даже более.
В результате ротационной ковки повышается также чистота
отделки поверхности и улучшаются физические свойства изде-
222
Глава 7
лия, а при обжатиях достаточно большой степени устраняются
даже такие серьезные дефекты, обычно остающиеся на поверх-
ности после других процессов обработки, как следы от режу-
щего инструмента, кольцевые риски, царапины, вмятины и др.
Фактически в процессе ротационной ковки неровности поверх-
ности сглаживаются и растягиваются, причем степень видимо-
сти этих неровностей зависит от размера первоначального де-
фекта и от степени обжатия. По точности отделки поверхности
процесс ротационной ковки обычно приближается к полировке,
и изделия, получаемые ротационной ковкой, в большинстве
своем не требуют даже чистовой шлифовки. Благодаря наклепу
во время обработки ковкой в холодном состоянии улучшается
и переориентируется зернистая структура металла, повышается
предел упругости, предел прочности при растяжении и твердость
обрабатываемого изделия. Так, предел прочности при растяже-
нии углеродистых сталей повышается на 0,70 кг! мм2 при каж-
дом уменьшении площади поперечного сечения на 10%, а пре-
дел прочности при растяжении нержавеющих и легированных
сталей повышается даже еще больше.
Для ротационной ковки пригодны любые достаточно пла-
стичные металлы со средней величиной удельного удлинения.
При этом, обычно более пластичная горячекатаная сталь лучше
поддается ротационной ковке, чем холоднокатаная, и калибро-
ванная, так как -в результате нагартовки при обработке в хо-
лодном состоянии понижается пластичность металла;] Качество
изделий, получаемых ротационной ковкой, в значительной мере
зависит также от правильного режима отжига заготовок.
Высокая точность размеров, выдерживаемая обычно при из-
готовлении изделий ротационной ковкой, зависит от режима
работы и от габаритов ротационно-ковочной машины и бойков.
Обычно при изготовлении изделий диаметром до 12,7 мм точ-
ность размеров выдерживается в пределах ±0,025 мм, а точ-
ность концентричности конусностей — в пределах ± 0,05 мм. Для
более крупных изделий точность диаметров выдерживается до
± 0,05 мм и концентричность конусности — с точностью до
±0,076 мм.
Процесс ротационной ковки отличается также универсаль-
ностью. Некоторые изделия нельзя экономично изготовить ка-
кими-либо другими способами, кроме ротационной ковки. Так,
например, мундштуки сварочных горелок можно теперь изго-
товлять с прямоугольными или другими отверстиями, предвари-
тельно высверленными перед операцией ротационной ковки.
В прямые и граненые отверстия мундштуков вставляются оп-
равки из струнной проволоки, и собранная таким образом де-
таль подвергается ротационной ковке. Затем с целью облегче-
Ротационная ковка
223
ния удаления оправки мундштуки легкими ударами проковы-
ваются. Ротационную ковку применяют также и для получения
плакированных изделий, не удаляя при этом покрытия. Кроме
того, ротационная ковка является нередко идеальным дополни-
тельным процессом для операций, выполняемых на металлоре-
жущих станках.
НЕДОСТАТКИ РОТАЦИОННОЙ КОВКИ
Один из немногих возможных недостатков процесса ротаци-
онной ковки связан с тем, что этим методом, как правило,
можно изготавливать только осесимметричные изделия и, кроме
того, процесс обычно не экономичен при изготовлении разно-
типных изделий небольшими партиями.
Существуют также ограничения для величины углов и дли-
ны конусности, которые можно получать ротационной ковкой
за одну операцию. С большими трудностями связаны операции
получения конических поверхностей с резким уклоном и проков-
ка участков изделия, примыкающих к заплечикам и выступам.
Если изделие изготовляется не за одну, а за несколько опера-
ций, то независимо от точности изготовления бойков на поверх-
ности изделия в том месте, где один боек перекрывает другой,,
остается заметная граничная линия.
Если при ротационной ковке трубчатых изделий не приме-
нять оправку, толщина стенки увеличивается. При выполнении
операции холодной ротационной ковки на больших машинах
наклепанные ролики и ползуны необходимо разупрочнять при
помощи отпуска, удлиняя тем самым до некоторой степени нор-
мальный срок службы инструментов. Упрочнение бойков от на-
клепа не создает каких-либо трудностей.
Если твердость обрабатываемого металла превышает 15 RC,
материал перед ротационной ковкой рекомендуется, как прави-
ло, отжигать. При выполнении ротационной ковки некоторых
операций возникает довольно сильный шум, который частично
можно заглушить, монтируя ротационно-ковочные машины в
звуконепроницаемых кожухах. Довольно эффективно действуют
специальные шумоглушители для ушей.
РОТАЦИОННО-КОВОЧНЫЕ МАШИНЫ
Ротационно-ковочные машины состоят в основном из стани-
ны с отверстием для шпинделя и обоймы рабочей головки. Как
показано на фиг. 4, головка шпинделя снабжена пазами для
ползунов бойков. На другой стороне средней части шпинделя
смонтирован массивный маховик (не показан) с клиноремен-
224
Глава 7
ным приводом. Между обоймой головки (образующей наруж-
ное кольцо качения) и ползунами по окружности размещается
/
Фиг. 4. Поперечный разрез рабочей головки, или перед-
няя часть, типовой ротационно-ковочной машины.
Механизм смыкания бойков клинового типа обеспечивает более
широкое раскрытие бойков.
1 — внутреннее кольцо; 2 — головка; 3 — корпус переднего под-
шипника; 4 — компенсационное кольцо обоймы роликов; 5 — болт
ползуна; 6 — крышка бойка; 7 — изделие; 8 — боек; 9 — клин;
10 — крышка шпинделя; 11 — ползун; 12 — обойма ролика; 13 —-
ролик; 14 — планшайба; 15 — уплотнение переднего подшипника;
16 — компенсационное кольцо; 17 — подшипник; 18 — нижняя встав-
ка; 19 — шпиндель; 20 — вкладыш; 21—стержень клиньев; 22— диск
обоймы роликов.
ряд стальных закаленных роликов, окружающих бойки и кон-
тактирующих с кулачками ползунов, вращающимися вместе со
щпинделем.
При контакте с роликами в процессе вращения ползуны смы-
кают бойки, оказывающие пульсирующие в быстрой последова-
Ротационная ковка
225
тельности обжимающие усилия,? как это показано на фиг. 5.
Подача обрабатываемой заготовки между бойками в пустоте-
лый шпиндель осуществляется в момент размыкания бойков
под действием центробежной силы, в промежутки между оче-
редными ударами. Ролики фиксируются на месте в планшайбе
с отверстием, через которое снимаются бойки и ползуны. Бойки
удерживаются в шпинделе прижимной крышкой, монтирующей-
ся на его конце. Ползуны закрепляются обычно дисками или
кольцом, а на некоторых машинах их удерживает сзади мас-
сивный упор, изготовленный за одно целое со шпинделем.
Величина раскрытия бойков регулируется имеющимися в
ползунах болтами или штифтами. Штифт на задней части се-
паратора или на' болте ползуна входит в отверстие большего
диаметра в ползуне. Диски закрепляются на шпинделе в про-
долговатых отверстиях так, чтобы можно было регулировать
их положение. Болты ползунов проходят также через продолго-
ватые отверстия в головке шпинделя.
На некоторых ротационно-ковочных машинах ролики свобод-
но вращаются в сепараторе (почти так же, как ролики или
шарики подшипников качения), образуя как бы планетарную
систему с медленно вращающимся сепаратором и быстро
вращающимся шпинделем. В других машинах применяются
фиксированные сепараторы, а одна фирма выпускает ро-
тационно-ковочные машины совсем без сепаратора (там ролики
вставляются в кольцевое пространство между шпинделем и
обоймой). Ротационно-ковочные машины, выпускаемые различ-
ными фирмами, отличаются от типовой конструкции преимуще-
ственно расположением маховиков и подшипников и числом
роликов. Большинство ротационно-ковочных машин имеет 10
или 12 роликов диаметром 16—127 мм в зависимости от габа-
ритов машины. Благодаря медленному вращению сепаратора
и небольшому повороту роликов при каждом ударе меняется
поверхность контакта роликов с ползуном, и износ, таким обра-
зом, распределяется более равномерно. Величина усилия бойка
регулируется с помощью прокладок, вставляемых между бойка-
ми и ползунами.
ЧИСЛО УДАРОВ В МИНУТУ
Ротационно-ковочные машины малых габаритов могут про-
изводить 4000 и больше ударов в минуту. На таких машинах
можно изготовлять изделия с минимальным диаметром 0,38 мм.
Величина диаметра ограничивается пространством между бой-
ками в их крайнем положении при обратном ходе. Машины
более крупных габаритов производят 1800 и больше ударов в
]5 Ч. Уик
226
Глава 7
минуту; в зависимости от свойств материала и величины обжа-
тия на таких машинах можно обрабатывать трубчатые детали
диаметром до 248 мм. На машинах новейших моделей можно
за один проход получать детали с более длинными конусами
(длиной до 406 мм). Если длина заготовки меньше допускаемой
длины бойка, тогда диаметр заготовки можно увеличивать в
пределах рабочих размеров данной машины.
РОТАЦИОННО-КОВОЧНЫЕ МАШИНЫ
С ДВУМЯ И ЧЕТЫРЬМЯ БОЙКАМИ
Большинство ротационно-ковочных машин выпускается с
двумя и четырьмя бойками, причем многие из этих машин при-
способлены для работы как двумя, так и четырьмя бойками.
Головка шпинделя четырехбойковой машины снабжена для
этого двумя взаимно перпендикулярными пазами. Ковка на та-
кой машине производится быстрее, с большей степенью де-
формации и с меньшими боковыми усилиями на бойки. Благо-
даря меньшим площадям контакта бойков уменьшается также
давление на каждый ползун и ролик. В результате этого увели-
чивается срок службы инструмента при тяжелых нагрузках и
уменьшается возможность разрушения бойков при высоких
степенях деформации.
Имеют свои преимущества четырехбойковые машины также
и при обработке металлов, не выдерживающих чрезмерного де-
формирования, так как при четырех бойках металл за один
удар обрабатывается с меньшей деформацией. При работе с
четырьмя бойками ускоряется подача и упрощается операция
получения максимального угла конусности за счет уменьшения
степени скручивания в процессе обработки материала из бун-
та вследствие большого зазора вокруг заготовки при открытии
бойков. Для получения ротационной ковкой шестигранных и
квадратных профилей из круглого материала требуется четы-
рехбойковая машина со специальным шпиндельным приспособ-
лением, вращающим круглый материал (закрепленный в за-
жимном устройстве) со скоростью вращения шпинделя. Затем,
когда изделие перемещается вперед, бойки давят на те же са-
мые участки, изменяя таким образом поперечное сечение до
требуемого. Число роликов на четырехбойковых машинах долж-
но быть обязательно четырехкратным, с тем чтобы бойки дави-
ли на обрабатываемую заготовку в унисон, а не поочередно, в
противном случае искажается форма изделия. Четырехбойко-
вая шпиндельная головка в собранном виде .показана на фиг. 6.
Несмотря на все достоинства четырехбойковых машин, при-
меняются все же преимущественно двухбойковые ротационно-
Фиг. 5. Бойки смыкаются вместе при вращении
ползунов, контактирующих с роликами, и размы-
каются центробежной силой в промежутке между
ударами.
Фиг. 6. Четырехбойковая шпиндельная головка (слева) и вид
с торца головки в ротационно-ковочной машине.
15*
228
Глава 7
ковочные машины, так как они обеспечивают получение изделий
с более чистой поверхностью. К тому же на четырехбойковых
машинах нельзя изготовлять
изделия диаметром меньше 5 мм,
поэтому их, как правило, при-
меняют для изготовления изделий
большого1 диаметра. Объясняет-
ся это' тем, что контактная пло-
щадь бойка уменьшается почти
вдвое по сравнению с площадью
контакта двух бойков.
' МЕХАНИЗМ СМЫКАНИЯ
БОЙКОВ
Ф и г. 7. Механизм смыкания бой-
ков типа «Гидроформер».
В настоящее время сконструи-
рованы новые механизмы для
смыкания бойков ротационн'о-ко-
вочных машин; они имеют более
широкое по сравнению с нормаль-
ным раскрытие бойков, что позво-
ляет производить деформирование
таких заготовок, которые невоз-
можно' подавать обычным спосо-
бом. Так, например, один такой
механизм, сконструированный
фирмой «Фенн меньюфекчюринг»
для ротационно-ковочной машины
типа «Гидроформер», состоит из
пары клиньев с гидравлическим
приводом, которые входят между
ползунами и бойками в конструк-
ции шпинделя, как показано схе-
матически на фиг. 7. Клинья вдви-
гаются и выдвигаются, обеспечи-
вая контролируемое смыкание
бойков. Без клиньев, вдвинутых
на место, бойки находятся в раз-
двинутом до своего крайнего по-
ложения состоянии, благодаря
заготовки с переменными диа-
чему можно обрабатывать
метрами, превышающими диаметр обжимаемой части, или об-
жимать участки между выступами, не выключая при этом ма-
шину. Когда клинья выдвигаются вперед, бойки сдвигаются до
своего нормального открытого положения. Такой процесс назы-
вают иногда внутренней ковкой.
Ротационная ковка
229
На дотационно-ковочных машинах, оборудованных электро-
гидравлическим механизмом смыкания бойков конструкции фир-
мы «Торрингтон», два клина смонтированы радиально один
против другого на конце стержня, как это показано на фиг. 4.
Стержень выдвигается и вдвигается в отверстие шпинделя при
помощи гидравлического устройства с четырехходовым солено-
идным клапаном. В продольном направлении стержень регули-
руется при помощи втулки на резьбе. Требуемую величину рас-
крытия бойков можно также регулировать до известных преде-
лов за счет изменения величины угла конусности клиньев,
которые легко заменяются. В таком случае на бойках обра-
зуется обратная конусность. При крайнем выдвинутом положе-
нии клиньев последние удерживаются электрическим устройст-
вом в данном положении до окончания процесса ковки, после
чего клинья выдвигаются, размыкая таким образом бойки.
Рабочие усилия, приходящиеся на головку ротационно-ко-
вочной машины во время ковки, зависят от площади контакта
материала с бойками при обжатии и от величины предела
прочности при растяжении обрабатываемого материала. Мак-
симальный диаметр обрабатываемого изделия определяется
обычно по среднему диаметру конуса бойка для материала
с пределом прочности при растяжении 4920 кГ/см2. Из материа-
лов, обладающих меньшим пределом прочности при растяже-
нии, можно получать более крупные изделия, если обрабаты-
вается материал с высоким пределом прочности при растяжении,
размер изделия уменьшается. Можно также обрабатывать из-
делия больших диаметров, уменьшая площадь контакта при
обжатии.
ОХЛАЖДЕНИЕ ПРИ РОТАЦИОННОЙ КОВКЕ
Для охлаждения и смазки обрабатываемого металла и бой-
ков в США используются специальные циркуляционные смазоч-
ные системы, состоящие из масляного бачка и насоса. Одна-
ко применяются они обычно только при горячей ротационной
ковке для изготовления длинных тонкостенных конических де-
талей (от 2 до 3° или же конусов с резким переходом). Одна
фирма совсем не применяет охлаждение, утверждая, что наклеп
снимается с роликов и ползунов теплом, образующимся в про-
цессе ковки, тогда как масло, попадающее на конусные секции
заготовки и бойки, вызывает отдачу (более правильным было
бы назвать «обратную подачу») вместо подачи. В тех случаях,
когда охлаждение все же применяют, рекомендуется в качест-
ве охлаждающей смеси использовать смесь легкого машинного
масла с керосином в отношении 1:1. На некоторых больших
230
Глава 7
ротационно-ковочных машинах охлаждающая вода циркули-
рует по специальным каналам, высверленным в барабане или
в головке. Если для смазки и охлаждения не применяется спе-
циальная система, то смазка наносится на обе стороны бойков,
при этом смазка не должна попадать в полости бойков. Для
смазки рекомендуется применять крипостойкую мазь, причем
более легкая мазь наносится на стороны бойков, а более тяже-
лая— на ролики. С целью экономии времени при выполнении
повторяющихся кратковременных операций обжатия для оста-
новки машины при закладке очередной заготовки применяются
тормоза.
Процесс проковки представляет собой видоизмененный ва-
риант ротационной ковки, при котором один боек неподвижный,
а второй ударяет по вращающейся заготовке, подаваемой между
бойками. Ползун, приводимый от роликов, как и при обычной
ротационной ковке, расположен в шпиндельной головке ради-
ально. Обрабатываемая заготовка крепится в зажимном патро-
не вращающегося шпинделя задней бабки, которую при необхо-
димости можно снабжать подающим устройством последова-
тельного действия.
Фирма «Саттон инжиниринг» выпускает ротационно-ковоч-
ную машину,, отличающуюся от обычных машин, описанных
выше, только тем, что ее центральный шпиндель, несущий че-
тыре сегментных бойка, не вращается. Бойки же приводятся
во вращение маховиком, несущим главную обойму с роликами
и вращающимся вокруг неподвижного шпинделя. На этой ма-
шине обратного принципа действия можно выполнять обжатие
большой степени (особенно обжатие трубчатых заготовок на
коротких участках). К тому же на такой машине почти пол-
ностью устраняется отдача (или обратная подача) и заготовка
не может вращаться в момент обжатия. Кроме того, на машине
этого типа можно получать квадратные, плоские и шестигран-
ные профили как из заготовок такого же сечения, так и из
круглых заготовок.
Один из возможных недостатков ротационно-ковочной ма-
шины такого типа заключается в том, что при обжатии заго-
товки круглого сечения необходимо ее слегка перемещать взад
и вперед во время подачи, чтобы устранить образование облоя
в местах пересечения лицевых сторон бойков. На небольших
машинах эта операция выполняется рабочим вручную. На круп-
ных машинах для этой цели используют автоматическое подаю-
щее устройство с возвратно-поступательным движением. Можно
оборудовать такие машины также медленно вращающимся внут-
ренним шпинделем (несущим бойки), что дает возможность
использовать более простое подающее устройство.
Ротационная ковка
231
ПРОЦЕСС РОТАЦИОННОЙ ковки
Как показано на фиг. 8, в процессе ротационного обжатия
пластическое течение металла происходит в направлении, об-
ратном направлению подачи. Незначительное течение металла
имеет место и в противоположном направлении. При наладке
ротационно-ковочной машины необходимо подбирать компен-
сационные прокладки соответствующей толщины для получения
требуемого давления при контакте ползунов с роликами и ре-
гулировать болты ползунов для обеспечения точной установки
крайних положений раскрытия бойка.
Как показано на фиг. 9, при наладке ротационно-ковочной
машины маховик поворачивается так, чтобы ползуны не каса-
лись роликов (точка С), после чего бойки вставляются на ме-
сто. Затем определяется требуемая толщина компенсационных
прокладок, так что позади каждого бойка вставляются проклад-
ки одинаковой толщины (В—В), маховик проворачивается вруч-
ную для опробования шпинделя. Если при этом не ощущается
сопротивления, то необходимо поставить более толстые про-
кладки, а если сопротивление слишком сильное,— заменить про-
кладки более тонкими. Для определения требуемых нагрузок,
соответствующих определенным прокладкам, применяется не-
сложное устройство, состоящее из коленчатого рычага, встав-
ляемого в шпиндель машины, и подвесных пружинных весов
между коленчатым рычагом и съемным штифтом, вставляемых
в обод маховика. Данные о прокладках можно записывать и
использовать при новых наладках.
Обычно рекомендуется применять закаленные стальные ком-
пенсационные прокладки. Необходимо иметь комплекты про-
кладок различной толщины, которая отмечается на поверхности
каждой прокладки. Необходимо также записывать точную тол-
щину прокладки для определенного комплекта бойков, чтобы
можно было применять при замене прокладку такой же толщи-
ны до полного износа бойков или частей ротационно-ковочной
машины.
Когда при помощи компенсационных прокладок между бой-
ками и ползунами отрегулировано точное усилие, устанавли-
вается максимальное раскрытие бойков. (На некоторых боль-
ших машинах раскрытие бойков не регулируется.) Степень
максимального раскрытия бойков определяется обычно в за-
висимости от величины угла при вершине конуса бойков.
Величина раскрытия бойков принимается из расчета 0,050 мм
на каждый градус конусности.
Когда болты ползунов еще не завинчены, шпиндель повора-
чивается до позиции, при которой ползуны выходят из контакта
Ф и г. 8. При ротационной ковке заготовок сплошного сече-
ния наиболее эффективное течение металла происходит в
направлении, противоположном направлению подачи. При
ковке трубчатых заготовок без оправки металл частично'
течет внутрь.
1 — бойки раскрыты; 2— наименьшая степень деформации; 3 —
окончательный диаметр; 4 — подача; 5 — угол конусности; 6 — наи-
большая степень деформации в этом направлении; 7 —диаметр за-
готовки; 8 — здесь образуется облой от завышенной подачи;
9 — направление течения металла; 10 — цилиндрическая часть;
11 — конусная (заходная) часть; 12 — направление подачи; 13 — мо-
жет быть любой длины; 14 — на этом участке бойки производят
окончательное формообразование изделия; 15—утонение произ-
водится на этом участке; 16 — заход; 17 — в этом направлении те-
чение металла небольшое; 18 — вращение со скоростью шпинделя
происходит (в любом направлении) при повороте на 7°.
Фиг. 9. При наладке ротационно-ковочной машины для полу-
чения требуемого усилия позади каждого байка (В—В)
вставляются компенсационные прокладки одинаковой толщины.
1 — регулировка раскрытия бойков компенсационной прокладкой:
2 — болт ползуна, регулирующий раскрытие бойка; 3 — пространство
для прокладок, регулирующих удар.
Ротационная ковка
233’
с роликами (С на фиг. 9). Затем между бойками А вставляет-
ся прокладка, толщина которой равна величине требуемого мак-
симального раскрытия, после этого шпиндель поворачивается
на пару роликов и бойки прижимаются к прокладке. Затем,
сохраняя это положение шпинделя, болты ползунов вдвигаются
до упора в шпиндель и закрепляются в этой позиции. С целью
ослабления удара маховику сообщается задний ход, и проклад-
ка удаляется. Точный контроль длины обжатия осуществляют
упоры. Длинные изделия подают через шпиндель, а при обжатии
трубчатых деталей заготовка подается по оправке.
По мере того как бойки прерывисто охватывают обрабаты-
ваемую заготовку, она начинает вращаться приблизительно со-
скоростью шпинделя. Для этого процесса характерно, что полу-
чается гладкая поверхность. После каждого удара, когда бойки
отходят от заготовки, последняя продолжает вращаться по
инерции с меньшей скоростью. Так как такой цикл повторяется
в быстрой последовательности, то создается впечатление непре-
рывного постоянного вращения.
Поэтому сопротивление трения должно быть таким, чтобы
обрабатываемая заготовка вращалась со скоростью, меньшей'
скорости шпинделя, так как в противном случае она будет
подвергаться обжатию в одном месте и приобретает чрезмер-
ную овальность. Кроме того, это может привести к образова-
нию заусениц и вызвать защемление заготовки в бойках. Кон-
троль вращения обрабатываемой заготовки может осуществ-
ляться рабочим вручную или при помощи специального меха-
нического приспособления.
СПОСОБЫ ПОДАЧИ ЗАГОТОВКИ
Для нетрудоемких операций, выполняемых на одной рота-
ционно-ковочной машине, а также при малосерийном производ-
стве наиболее эффективна ручная подача заготовок. Вращение
заготовки .при раскрытии бойков обычно регулируется рабочим
вручную. При этом, чтобы устранить возможность разрушения
бойков, подача должна быть медленной и равномерной.
Большинство операций выполняется при подачах порядка 12,7—
25,4 мм/сек. Весьма важно, чтобы подача была прямолинейной,,
для этого необходимо применять направляющие или колодки.
Подачу заготовок, которые трудно подавать вручную, а так-
же изделий с большой конусностью, которую трудно выдержать
при ручной подаче, осуществляют при помощи специальных ме-
ханических (реечных или роликовых), гидравлических или пнев-
матических подающих устройств или же при помощи комби-
нированных пневмогидравлических устройств полуавтоматиче-
234
Глава 7
ского или автоматического действия. Для .примера на фиг. 10
показана ротационно-ковочная машина фирмы «Торрингтон»,
оборудованная гидравлическим подающим устройством. Рота-
ционно-ковочные машины фирмы «Аббей этна», показанные на
фиг. 11, снабжены комбинированными пневмогидравлическими
подачами полуавтоматического действия. При изготовлении ме-
бельных ножек двое рабочих обслуживают четыре такие маши-
ны, производительность которых 4000 деталей в день. Мебель-
ные ножки длиной 822 мм с конической частью длиной 318 мм
и диаметром 16 мм на меньшем конце изготовляются ротацион-
ной ковкой из электросварных стальных трубок (сталь SAE-
1010). Меньший конец ножки, на который насаживается колпа-
чок, изготовляется с допуском ± 0,025 мм. После центрирова-
ния трубчатых заготовок в патронах вручную все операции, в
частности операции зажима, быстрого перемещения вперед, по-
Дача при обжатии, задержка в конце хода, быстрый возврат и
ослабление зажима для съема готового изделия, выполняются
автоматически. Собственно операция обжатия продолжается
всего 11 сек.
Для подачи длинного прутка или проволоки применяют тя-
нущие или толкающие роликовые подающие устройства. В не-
которых случаях применяют толкающее подающее устройство,
но задержку вращения производит рабочий вручную. Посколь-
ку ковочные бойки сообщают заготовке вращение, подачу луч-
ше всего контролировать с помощью регулируемого тормоза,
допускающего некоторое вращение для получения требуемой
чистоты отделки и предотвращения скручивания тонкостенных
трубчатых заготовок при взаимодействии захвата бойка и за-
хвата подачи. Иногда при ротационном обжатии коротких
изделий вращение, сообщаемое заготовке, притормаживается
державкой с легким фрикционным захватом. В этом случае
изделие выталкивается из машины пружинным толкателем.
Оригинальное гидравлическое подающее устройство, скон-
струированное фирмой «Феню» специально для ротационного
обжатия на конус тонкостенных труб, подготовляемых для
волочения, состоит из легкого малоинерционного патрона, снаб-
женного особыми кулачками и двигателем с шестеренчатым ре-
дуктором в общем корпусе, обеспечивающим контролируемое
вращение заготовки. Двигатель действует как тормоз между
ударами, что обеспечивает равномерное обжатие трубчатой заго-
товки. При этом обрабатываемая труба не должна скользить
в бойках (от воздействия внезапной вращающей силы) и захват
подачи должен быть очень слабым, чтобы заготовка не дефор-
мировалась и не оставалось следов на изделии. Поэтому для
предотвращения скручивания тонкостенных труб в промежутке
Фиг. 10. Гидравлическое подающее устройство
для ротационной ковки заготовок с большой ко-
нусностью и для заготовок, которые трудно пода-
вать вручную.
Фиг. 11. Четыре ротационно-ковочные машины, оборудованные пневмо-
гидравлической подачей для полуавтоматического изготовления мебельных
ножек из стальных трубок.
236
Глава 7
х
между захватом подачи и ударом бойков необходимо сооб-
щать заготовке предварительное вращение, ускоряющее к тому
же операцию заострения, а также формообразование длинных
тяжелых деталей, которым сами бойки при мгновенном контак-
те с заготовкой не могут сообщить необходимого вращения.
АВТОМАТИЧЕСКОЕ ЗАГРУЗОЧНОЕ УСТРОЙСТВО
Существуют специальные большие загрузочные устройства,
действующие без съемного приспособления, в которых изделие
закрепляется в свободно вращающемся патроне, а замедление
вращения осуществляется фрикционной муфтой. На фиг. 12
Фиг. 12. Чертеж автоматического загрузочного устройства.
Заготовки скатываются по наклонным склизам и устанавливают-
ся в рабочее положение кулачками.
/ — вторичный зуб; 2 — ось шпинделя; 3 — зуб № 1; -/ — зуб № 2;
5 — сброс; 6 — сварка; 7 — цилиндр № 1; 8 — цилиндр № 2.
показана схема автоматического загрузочного устройства тако-
го типа. Заготовки под действием собственного веса скатыва-
ются вниз по склизу и задерживаются зубом № 1. При воз-
вратном ходе ползуна подачи зуб № 2 опускается вниз, и обжа-
тая деталь удаляется. В конце возвратного хода зуб № 2 под-
нимается, а зуб № 1 опускается, в результате чего одна заготов-
ка скатывается в позицию загрузки. Подача следующей заго-
товки задерживается в позиции № 1 вторичным зубом. После
того как заготовка зажата и ползун подается вперед, зуб № 2
опускается и пропускает заготовку и державку в выемку, обра-
Ротационная ковка
237
зуемую закруглением R. После этого весь цикл загрузки повто-
ряется в такой же последовательности.
Все неполадки, встречающиеся при ротационной ковке, а
также дефекты, остающиеся на готовых изделиях, являются
следствием неправильной работы самой машины или инстру-
ментов, плохой конструкции или неправильной наладки бойков,
дефектов, имевшихся в заготовке до ее обжатия, или же резуль-
татом неточной подачи. В рабочей головке машины не должно
быть скоплений грязи, окалины или стружек. Бойки, ползуны,
ролики, обойму и все другие части, взаимосвязанные с работой
этих деталей, 'необходимо периодически снимать, проверять,
тщательно очищать и смазывать.
При ротационной ковке основные трудности чаще всего свя-
заны с подачей. Масло и смазка на заготовке, слишком твер-
дый материал, недостаточное раскрытие бойков, а также сильный
износ бойков — все это может затруднять подачу заготов-
ки. Длинные вмятины или риски на деталях, полученных рота-
ционным обжатием, остаются обычно от острых краев на гра-
вюре бойка или же от чрезмерного раскрытия бойков, так как
при этом ускоряется подача заготовки. Короткие вмятины и
оспины под прямым углом к направлению подачи вероятнее
всего происходят от недостаточно плавного сопряжения кониче-
ских частей бойков с полостью гравюры. Стружки, окалина и
грязь могут также вызвать появление дефектов на поверхности
готовых изделий.
Чрезмерное раскрытие бойков (корректируемое соответст-
вующей регулировкой болта ползунов) приводит к образованию
облоя. Облой получается также вследствие защемления заго-
товки в бойках и при вращении ее со скоростью шпинделя.
Отслаивание на заготовке происходит обычно от чрезмерной
концентрации местных напряжений при обжатии большой сте-
пени, от слишком твердого материала или же вследствие не-
правильной технологии изготовления бойков. Отслаивание мо-
жет также произойти вследствие чрезмерного давления при по-
даче, потребного обычно для получения конусности с большим
углом при вершине. Иногда в изделиях, получаемых ротацион-
ной ковкой, образуются продолговатые трещины или изломы,
что происходит обычно при наличии швов и пустот в метал-
ле заготовки или же в результате чрезмерной твердости ме-
талла.
Морщинистая, или волнистая, поверхность трубчатых изде-
лий, получаемых ротационным обжатием, может быть следст-
вием чрезмерной овальности бойков, излишне большого радиу-
са закругления гравюры, чрезмерного раскрытия бойков, излиш-
ней подачи, а также следствием несоответствия толщины стенки
238
Глава 7
заготовки диаметру трубы (наружный диаметр трубчатой заго-
товки не должен превышать толщину стенки больше, чем в
35 раз). Морщинистость устраняют обжатием на оправке или
же снижают скорость подачи. При этом тонкостенные трубы
подают медленнее, а толстостенные быстрее. Продольные тре-
щины образуются либо в результате большого раскрытия бой-
ков, либо являются следствием плохого сварного шва заготов-
ки, чрезмерной твердости металла, большой овальности бойков,
а также наличия слишком острых краев на гравюре бойка. Не-
предвиденная конусность на прямом изделии или чрезмерная
конусность на конических изделиях может получаться из-за не-
точной наладки бойков и несоответствия прокладок позади
бойков, неточности геометрической формы бойка, неполадок в
режиме работы машины или же вследствие чрезмерной рабо-
чей длины бойка.
КОНСТРУКЦИЯ ИНСТРУМЕНТА
ДЛЯ РОТАЦИОННОЙ КОВКИ
Большинство бойков для ротационной ковки имеют простую1
прямоугольную форму и слегка овальные полости. Прямой
ручей, имеющий чистовой (наименьший) диаметр, называется
цилиндрической частью, а расширяющаяся часть называется
конической, или же заходным конусом (см. фиг. 8). Иногда
бойки изготовляют также со сплошной конусностью по всей
длине и с частично конической полостью.
Точная величина овальности имеет исключительно важное
значение, так как благодаря овальности в полости образуется
небольшой боковой зазор для разгрузки чрезмерно высоких
давлений. Благодаря этому уменьшается возможность расщеп-
ления бойков при высоких давлениях. При этом степень оваль-
ности зависит от обрабатываемого металла, от размера детали
и величины получаемой конусности. На четырехбойковом ин-
струменте овальность не требуется совсем и только закругля-
ются углы на бойках. На двухбойковом инструменте в конус-
ной (заходной) части предусматривается более значительная
овальность, чем в цилиндрической, причем обе части должны
быть плавно сопряжены между собой. Бойки, используемые для
обработки более твердых металлов или обжатия деталей боль-
шого диаметра (по фактическому размеру), должны иметь бо-
лее высокую степень овальности. Для мелких деталей требует-
ся боковой зазор относительно большей величины. Чтобы полу-
чить более плотные соединения при сборке, бойки должны быть
с меньшей по сравнению с обычной овальностью, причем оваль-
ность для сборочных операций равна приблизительно средней
Ротационная ковка
239^
овальности, рекомендуемой для обжатия трубчатых изделий и
изделий .сплошного сечения.
Рекомендуемая овальность изменяется в пределах 2—45%.
от диаметра заготовки до операции обжатия (фиг. 13), причем
точная величина овальности зависит от обрабатываемого ме-
талла и в меньшей степени от размеров ручья бойка. В табл. 1
приводятся рекомендации, составленные по данным, получен-
ным фирмой «Торрингтон».
Таблица 1
Рекомендуемая величина овальности обжимных бойков
для ротационной ковки
Величина прокладки для изделий сплошного сечения
диаметр заготовки до обжатия, мм углеродистые стали легированные стали
6,35—15,87 Заходной конус: 0,025 мм на каждый градус конус- ности плюс 0,5 % от мак- симального диаметра Цилиндрическая (калибрую- щая) часть: меньше значе- ния для заходного конуса на 0,076—0,101 мм Больше, чем для углеродистых сталей, в 1,25 раза
4,76 3,17 1,59 0,79 2 % от среднего диаметра 3 % » » » 4 % » » » Края ручьев притираются
Величина прокладки для трубчатых изделий
отношение наруж- ного диаметра к толщине стенки требуемая прокладка
25 и больше 10—24 9 и меньше Не требуется 60% от сплошного сечения 100% от сплошного сече- ния
Радиус закругления кромки ручья для обжатия загото-
вок сплошного сечения должен быть равен приблизитель-
но 716 диаметра цилиндрической (калибрующей) части — около.
.240
Глава 7
0,127 мм, а для обжатия трубчатых заготовок радиус закругле-
ния кромки ручья должен быть равным толщине стенки обра-
батываемой трубы или меньше.
Овальность профиля бойков получают при помощи компен-
сационных прокладок, вставляемых между бойками при их
Здесь не должно
быть острого угла
как здесь
Диаметр
заготовки
от '2 до 15°/о
Обжатый диаметр+S
(S=om 2 до 15 % обжатого
диаметра)
Внутренняя
шлифовка
Прокладка
Фиг. 13. Овальные полости в ковочных бойках сни-
жают возможность их разрушения вследствие неболь-
шого бокового зазора, понижающего чрезмерно высокие
давления.
изготовлении. После удаления прокладок диаметр ручья полу-
чается точным в направлении перемещения бойка, но на вели-
чину одной прокладки больше в перпендикулярном направле-
нии. Эту овальность можно увеличивать путем скругления кро-
мок бойка или же образованием угла приблизительно в 60°
(см. фиг. 13). Овальность на очень маленьких бойках получают
путем простого скругления кромок без применения прокладок.
МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ БОЙКОВ
Обжимные бойки для ротационной ковки изготовляют из
самых различных материалов, однако наиболее пригодными
для этой цели считаются высокоуглеродистые стали. В част-
ности, для изготовления маленьких бойков рекомендуется при-
менять сталь, содержащую 1,4% углерода, для средних бой-
Ротационная ковка
241
ков — сталь, содержащую приблизительно до 0,95% углерода,
и для больших бойков — сталь, содержащую 0,60% углерода.
Малые бойки закаливаются обычно на глубину 3,57 мм до1
получения твердости 62—64 RC, тогда как большие бойки — до
твердости 58—61 RC с постепенным изменением твердости от
поверхностного слоя к сердцевине.
Для повышения срока службы бойков, работающих в тяже-
лых условиях, рекомендуется изготовлять их из высокоуглеро-
дистых, высокохромистых или быстрорежущих сталей. Приме-
няют для этой цели также инструментальные стали AISI-A2 и
S1. Некоторые фирмы считают более целесообразным приме-
нять для трудоемких работ и горячей ротационной ковки бойки
из малоуглеродистой стали с твердым покрытием или же кар-
бидные бойки. Для повышения противоударной стойкости кар-
бид должен в таком случае содержать большой процент ко-
бальта.
Чтобы обеспечить точную пригонку, бойки изготовляют па-
рами, шлифуют все стороны под прямым углом и маркируют
бойки в комплекте для последующего использования. Если по-
лость бойков слишком мала для того, чтобы можно было изго-
товить ее в парах, закрепленных вместе, то для устранения
дезаксиальности все операции обработки бойков врозь долж-
ны базироваться от одной и той же плоскости. Когда диаметр
ручья бойка меньше 1,58 мм, корпус бойка сначала подвергают
закалке, а затем уже шлифуют полость в каждом бойке пары.
При изготовлении бойков, имеющих полость диаметром прибли-
зительно 1,58—6,35 мм, бойки обрабатывают в зажиме парой,
тщательно пригоняя при этом наружные поверхности. Затем в
бойках высверливается и развертывается (или растачивается)
ручей с припуском на чистовую отделку 0,127—0,254 мм. После
закалки бойки притирают до требуемого размера. Для обеспе-
чения точной центровки полостей бойков критические размеры
должны быть выдержаны с точностью ± 0,012 мм.
Более крупные бойки изготовляются в такой же последо-
вательности с одной лишь разницей, что большие бойки можно
отделывать начисто внутренней шлифовкой. Обычно кониче-
скую (заходную) часть гравюры бойков притирать не рекомен-
дуется, за исключением тех случаев, когда бойки предназна-
чаются для изготовления изделий небольшого диаметра,
требующих небольшой степени обжатия и высокой точности от-
делки поверхности. На практике доказано, что при изготовле-
нии ротационной ковкой конусных изделий большого диаметра
и с большим углом при вершине, требующих большой степени
обжатия, шероховатая поверхность конической части (заход-
ного конуса) ручья бойков способствует более эффективной
16 Ч. Уик
242
Глава 7
обработке поверхности заготовки, устраняет отскок подаваемой
заготовки при ударе бойков и облегчает подачу (особенно, если
подача производится вручную).
Весьма трудно получать несколько переменных конусов на
одной детали, поэтому такие -операции рекомендуется выпол-
нять в несколько приемов. Для этой цели можно также приме-
нять на одной машине одновременно несколько комплектов
бойков — по комплекту на каждую конусность. Для получения
более точной концентричности перед обработкой первым комп-
лектом бойков для направления заготовки применяют направ-
ляющие ползунки. Можно применять такие же направляющие
ползунки и в других случаях, в частности, например, для полу-
чения более точной концентричности и обеспечения прямизны
подачи. Направляющие ползунки представляют собой пару про-
стых цапф, обработанных для пригонки в гнездах шпинделя
для бойков. Разумеется, что бойки в таком случае укорачивают
на толщину направляющих цапф. Для операции обжатия на
конус (заострения) обычно применяют упорные скобы, которые
вставляют в пазы бойков или же монтируют в шпинделе поза-
ди бойков.
Так как обжатие полностью производится в конической, или
заходной, части бойков с окончательной калибровкой в цилин-
дрической, или калибрующей, части ручья, то основной износ
происходит в заходной части инструмента. Если в том ме-
сте конической части, где происходит начальный контакт заго-
товки с бойками, образуется кольцеобразный ручей, бойки
необходимо перешлифовать, так как такой ручей затрудняет
подачу.
В результате овальности закругления кромок краевые участ-
ки половинок бойков, пока они еще новые, не входят в кон-
такт с обрабатываемой заготовкой. Однако по мере износа бой-
ков поверхность контакта постепенно увеличивается. Поэтому,
чтобы' предупредить возможное разрушение (раскол) бойков,
необходимо следить за тем, чтобы поверхность контакта, уве-
личиваясь, не доходила до торца бойков более чем на !/в диа-
метра ручья (до перезаточки). Увеличивающаяся поверхность
контакта определяется по отполированной до зеркального блес-
ка части бойка.
Конструкция бойка должна отвечать всем условиям, способ-
ствующим устранению налипания металла на ручье, так как
это обычно приводит к разрушению инструмента. При слишком
значительном пространственном ограничении металл, текущий
под большим давлением, может расколоть бойки или повредить
профиль ручьев. Так как металл течет во всех направлениях
(как радиально, так и в направлении продольной оси симмет-
Ротационная ковка
243.
рии), могут возникать чрезмерные давления, превышающие
предел прочности бойков (если нарушена точность профиля
ручья).
От длительного ударного воздействия ползунов диаметр ро-
ликов постепенно уменьшается, что также приводит к наруше-
нию точности обжатия. Когда одни концы роликов уменьшают-
ся в диаметре больше, чем другие, ролики можно перевернуть
и использовать до тех пор, пока не потребуется полная замена
всех роликов. В известных пределах фактический диаметр ро-
ликов существенного значения не имеет. Весьма важно только,
чтобы все ролики были точно одного диаметра. Величина откло-
нений диаметров роликов не должна превышать 0,025—0,038 лиг
Восстанавливают бойки очень просто. Небольшой износ в
бойках устраняется притиркой, а для устранения более значи-
тельного износа бойки перешлифовывают. Если износ слишком
велик, бойки необходимо отжигать, снимать с поверхности
слой металла толщиной приблизительно 1,59 мм и заново обра-
батывать ручьи. Вместе с притиркой и шлифовкой ручьев не-
обходимо снимать такое же количество’ металла и с поверхности
зеркала бойков. Бойки из углеродистой стали с закаленной
поверхностью на глубину приблизительно 14,29 мм выдержи-
вают только ограниченное число перешлифовок до повторной
закалки. Бойки из высокоуглеродистой и высокохромистой ста-
ли, подвергнутые сплошной закалке, выдерживают довольно
большое число перешлифовок без дополнительной закалки.
Однако при каждой перешлифовке такие бойки необходимо
подвергать отпуску.
ЗНАЧЕНИЕ ТОЧНОЙ КОНУСНОСТИ
При изготовлении деталей способом ротационной ковки весь-
ма важно точно соблюдать конусность. При получении на де-
талях конусности ротационным обжатием угол при вершине
определяется, исходя из формы изделия. Если же конусность
допускается только для эффективности обжатия заготовки, тог-
да возможны значительные отклонения. При холодной ротаци-
онной ковке изделий сплошного сечения (с подачей вручную)
желательно, чтобы угол при вершине не превышал 8°. В неко-
торых случаях угол при вершине увеличивают до 12—15°, но
тогда необходимо следить за тем, чтобы на поверхности заго-
товок не было масла. Антикоррозийные покрытия, не удален-
ные с заготовок перед обжатием, при обжатии также могут
вызвать обратное смещение заготовки или отдачу. При изготов-
лении ротационным обжатием более крупных деталей, когда,
как правило, применяются подающие устройства, допускается
16*
244
Глава 7
угол при вершине в 20° и более. При этом обжатие большой
степени необходимо производить в два или несколько последо-
вательных переходов. Немного большие конусности допуска-
ются для трубчатых изделий, в частности, медные трубы, напри-
мер, обжимают на конус с углом при вершине до 34°.
При получении длинных, тонких конусностей на заготовке
сплошного сечения необходимо тщательно следить за тем, что-
бы операция обжатия производилась в пределах рабочих воз-
можностей машины. Максимальная длина конусности, кото-
рую можно получать на изделиях сплошного сечения, ограни-
чивается длиной бойка по габаритам данной машины. Более
длинные конусности необходимо получать в несколько последо-
вательных операций. Для упрощения операции сборки скрепля-
емые части должны быть достаточно плотно пригнаны с тем,
чтобы их рабочая позиция не нарушалась до начала обжатия.
При насадке обжатием концевых муфт на обмотанные кабели
шпиндель должен вращаться в направлении обмотки, а ма-
шина должна быть оборудована тормозом и реверсивным пере-
ключателем.
Оправки, применяемые для обеспечения точности толщины
ттенки и устранения возможного образования складок при об-
жатии трубчатых деталей, должны быть заготовлены особенно
тщательно. Небольшая конусность на оправке в тех случаях,
когда это возможно, облегчает операцию съема готовой трубы.
Мелкие оправки изготовляют обычно, из струнной проволоки
или из быстрорежущей стали для сверл, тогда как более круп-
ные оправки делают из углеродистой стали-серебрянки, под-
вергая их закалке, отпуску, шлифовке и полировке. Полировку
при этом следует производить в продольном направлении с обя-
зательным удалением всех следов, оставшихся от шлифовки.
Даже следы, оставшиеся после полировки под прямыми угла-
ми к оси симметрии оправки, затрудняют операцию съема гото-
вого изделия.
Тонкая пленка масла способствует продлению срока службы
оправки и облегчает съем готовых изделий. Вместе с тем
излишнее масло может попадать в ручьи бойков и вызывать
обратную отдачу. Оправка должна быть слегка подпружинена
с тем, чтобы она не разрушалась при малейшем смещении с
линии центров. Оправка должна свободно вращаться вместе с
обрабатываемой заготовкой. В зависимости от характера опе-
рации оправка монтируется на подающем устройстве в бойках
или на шпинделе машины.
Бойки, используемые с оправкой для обжатия трубчатых
деталей, должны иметь большую овальность, чем бойки, приме-
няемые для обжатия любых деталей сплошного сечения и для
Ротационная ковка
245
простых операций обжатия труб. Бойки с цилиндрическим ручь-
ем туго обжимают изделие на оправке, а при увеличении
овальности обрабатываемая труба слишком свободно сидит на
оправке. Поэтому для компенсации диаметр оправки обычно
немного занижается. При обжатии небольших прецизионных
труб диаметр оправки может быть занижен не больше, чем на
0,012 мм, при овальности порядка 0,10 мм.
Для более крупных изделий диаметр может быть занижен
на 0,25 мм при овальности 0,50 мм. При выборе ротационно-
ковочной машины для обжатия трубчатых деталей на оправке
операцию следует рассматривать как обжатие деталей сплош-
ного сечения.
ПРИМЕНЕНИЕ РОТАЦИОННОЙ КОВКИ
Ротационная ковка находит широкое применение при изготов-
лении разнообразных изделий для самых различных отраслей
промышленности. Здесь можно лишь кратко описать неко-
Ф и г. '14. Ротационно-ковочная машина для изготовления
трубчатых топливных элементов для малогабаритных ядерных
реакторов.
торые наиболее показательные примеры из области промыш-
ленного применения ротационной ковки. Так, ротационно-ковоч-
ные машины находят применение в мебельной промышленности
246
Глава 7
при изготовлении трубчатых мебельных ножек с тонкими стен-
ками переменного сечения, на которых ротационным обжатием
получают длинные конусности. Таким методом изготовляют
3 ножки в минуту из различных материалов, включая нержа-
веющую сталь.
Фирма «Мартин-нюклир» применяет процесс ротационной
ковки для изготовления трубчатых топливных элементов для
сборного транспортабельного энергетического реактора атом-
ных станций. На фиг. 14 показана ротационно-ковочная машина
фирмы «Фенн» для калибрования и заострения элементов из
керметов. На такой машине можно обжимать пруток сплош-
ного сечения диаметром до 24 мм и трубчатые детали диа-
метром до 64 мм.
ПРИМЕНЕНИЕ РОТАЦИОННОЙ КОВКИ
В АВТОМОБИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
В автомобильной промышленности, помимо многих других
изделий, ротационной ковкой изготовляют также выхлопные
патрубки, шаровые шарниры для систем подвесок (которые
трудно изготовить экономично другим каким-либо способом),
а также для формообразования внутренних полостей амортиза-
торов, которые ранее изготовлялись протяжкой. При ротацион-
ном обжатии отверстий амортизаторов значительно снижается
стоимость инструмента и повышается точность отделки поверх-
ности. Кроме того, мельчайшие, почти неизмеримые рябинки,
остающиеся во внутреннем отверстии после ротационного обжа-
тия, способствуют сохранению масла, благодаря чему повы-
шается износоустойчивость детали.
Пружинное седло гребенчатого вала, показанное на фиг. 15,
теперь также изготовляют методом ротационного обжатия. По
сравнению с прежним методом изготовления пружинного седла
на винторезном станке удалось повысить производительность
более чем на 300% и, кроме того, сэкономить 49% металла.
Теперь заготовка, диаметр которой равен диаметру прежней
заготовки, обтачиваемой на станке, снабжается пазом для по-
садки шайбы, изготовленной на винторезном станке (диаметр
внутреннего отверстия равен наружному диаметру заготовки).
Шайба закрепляется в пазу при помощи ротационного обжа-
тия. При изготовлении таких деталей методом ротационного
обжатия производительность увеличилась с 80 до 260 изделий
в час.
Деталь, показанную на фиг. 16,а, раньше изготовляли из
заготовки, длина которой равнялась длине готового изделия.
_ __ Державка
в
Фиг. 15. Кольцо закрепляется в канавке за-
готовки ротационной ковкой. Новый метод из-
готовления такого изделия позволяет сэконо-
мить 49% металла. Раньше изделие вытачи-
вали из пруткового материала.
а — прежнее изделие вытачивалось на токарно-вин-
торезном станке; б — пруток с обжатой канавкой для
посадки кольца; в — кольцо закрепляется в канавке
ротационной ковкой.
Q
Фиг, 16. При изготовлении такого изделия мето-
дом ротационной ковки экономится 37% металла.
Раньше изделие изготовляли обточкой.
а — изделие, полученное ротационной ковкой; б — за-
готовка до ковки.
248
Глава 7
Такую же деталь можно изготовить ротационной ковкой, толь-
ко длина заготовки должна быть на 37% меньше длины гото-
вого изделия. Операция обжатия одного конца занимает всего
5 сек, а второго — 4 сек. Поверхность изделия получается
исключительно гладкой и не требует последующей полировки.
Больше чем на 40% снизилась себестоимость изготовления
ударников, которые фирма «Винчестер-вестерн» изготовляет
Фиг. 17. Большая’•ротационно-ковочная машина для обра-
ботки трубчатых изделий с наружным диаметром 203 мм.
Обрабатываемую заготовку можно полностью пропускать
через шпиндель машинй.
теперь методом ротационной ковки. Кроме снижения себестои-
мости на изделиях, изготовленных ротационным обжатием,
устранены следы, оставшиеся от инструментов при механиче-
ской обработке в результате перенапряжений и служившие до
этого причиной частого разрушения ударников.
Ротационным обжатием можно получать бутыли для моло-
ка и других пищевых напитков, так как внутренние поверх-
ности их исключительно чистые, без трещин и изъянов,
которые, как известно, способствуют коррозии , и скоплению
бактерий.
При помощи ротационной ковки фирма «Дау кемикл» изго-
товляет также специальные стальные трубы с пластмассовым
покрытием из сарана, не поддающегося химическому воздей-
Ротационная ковка
249
ствию. Пластмассовая труба, полученная выдавливанием,
вставляется внутрь стальной трубы и плотно впрессовывается
на место при помощи ротационного обжатия. Такая операция
выполняется на крупнейшей в мире ротационно-ковочной ма-
шине этого типа. Во время второй мировой войны этим методом
изготовляли головки и хвостовые стабилизаторы бомб весом
226 кг на 355-миллиметровых ротационно-ковочных машинах.
±1,58
R =3,57мм
512Дмм
♦ '
7,93 мм
Диаметр, Сверло 8
обжатый (5,05мм)
Диаметр
обжатый'
7,9мм
Фиг. 18. Колба регулятора температуры, изготовляемая ротационной ковкой
в холодном состоянии из различных материалов за несколько операций.
Операции: 1 — обжатие в холодном состоянии, диаметр от 22,23 до 18,24 мм; 2 — обжатие
в 54рлодном состоянии, диаметр от. 18,24 до 15,24 мм; 3 — отжиг; 4 — обжатие в холодном
состоянии, диаметр от 15,24 до 12,70 мм; 5 — обжатие в холодном состоянии, диаметр
от 12,70 до 10,21/10,29 мм; 6 — отжиг горловины длиной 25,4 мм; 7 — обжатие в холод-
ном состоянии, диаметр от 10,21 до 7,9 мм; 8 — отрезка по размеру.
Примечание. Там, где не указаны размеры, они принимаются равными 0,39 мм.
На фиг. 17 показана ротационно-ковочная машина конструкции
фирмы «Аббей этна» для ротационного обжатия труб наружным
диаметром 179 мм. Через шпиндель этой машины трубчатые
заготовки можно пропускать до самого конца. На стандартной
машине для труб диаметром 179 мм можно обжатием умень-
шить диаметр трубы на 12,7 мм — с 232 до 219,3 мм. Бойки
длиной 406 мм снабжены по концам подающими роликами с
механическим приводом. Операция обжатия производится со
скоростью приблизительно 4572 mmImuh при скорости пульса-
ции ударов примерно' 2000 в минуту при 88 оборотах шпинделя.
На фиг. 18 показана колба регулятора температуры, изго-
товляемая фирмой «Тейлор инструмент» из нержавеющей стали,
сплава монель или стальной трубы. Обжатие колбы производит-
ся за пять операций с промежуточными отжигами после первого
и второго, а также после третьего и четвертого переходов.
Г Л А В A 8
ВНУТРЕННЕЕ ПРОФИЛИРОВАНИЕ
РОТАЦИОННОЙ ковкой
РАДИАЛЬНАЯ КОВКА И ХОЛОДНОЕ ФОРМООБРАЗОВАНИЕ
МНОГОСТУПЕНЧАТЫХ ВАЛОВ
В этой главе описывается несколько сравнительно новых
технологических процессов обработки металлов давлением без
снятия стружки. Первые два процесса — внутреннее профилиро-
вание ротационной ковкой и радиальная ковка — ближе стоят
к ротационной ковке, описанной в предшествующей главе, тогда
как третий из этих процессов — холодное формообразование
многоступенчатых валов — по своей технологии можно скорее
отнести к процессу холодного выдавливания, который будет
подробно описан в последующих главах.
Операции внутреннего профилирования ротационной ковкой
выполняются на машинах типа «Интраформ» фирмы «Мета-
динамикс» (филиал фирмы «Цинциннати миллинг») и на маши-
нах «Феллоус-аппел», изготавливаемых фирмой «Феллоус гиар
шейпер». Радиальная ковка выполняется на вертикальных ра-
диально-ковочных машинах конструкции австрийской фирмы
«G. F. М.». Холодное прессование ступенчатых валов в штампе
производится на специальных горизонтальных гидравличе-
ских прессах, специально сконструированных фирмами «Мол-
лой меньюфекчюринг» и «Рипаблик стил корпорейшн».
ВНУТРЕННЕЕ ПРОФИЛИРОВАНИЕ РОТАЦИОННОЙ КОВКОЙ
Машина типа «Интраформ», показанная на фиг. 1, сконстру-
ирована фирмой «Мета-динамикс» для быстрого получения
сложных профилей внутри цилиндрических изделий при по-
мощи несложного и недорогого инструмента. Полые цилиндри-
ческие изделия, подобные показанным на фиг. 2,а, надеваются
на оправку и обжимаются бойками. По окончании этой опера-
ции внутри обрабатываемого изделия воспроизводится требуе-
мый профиль, соответствующий профилю оправки (фиг. 2,6).
Вся операция производится за 16 сек. В результате обработки
давлением холодного металла повышается твердость изделия, а
также его предел прочности .при растяжении, повышается чисто-
та поверхности и более точно выдерживаются требуемые до-
пуски.
Внутреннее профилирование ротационной ковкой 251
Операция профилирования на машине «Интраформ» осуще-
ствляется четырьмя бойками, быстро пульсирующими при вра-
щении вокруг обрабатываемой заготовки. Бойки, смонтирован-
ные на кулачках, получают пульсирующее движение при кон-
такте кулачков с закаленными стальными роликами, свободно
Фиг. 1. Машина «Интраформ» для получения сложных
профилей на внутренних поверхностях цилиндрических
изделий.
Фигг 2. Полая цилиндрическая заготовка (а) насажи-
вается на оправку, б — готовое изделие с внутренним фа-
сонным профилем.
вращающимися в обойме передней бабки машины. Кулачки,
переходя от ролика к ролику, как это показано на фиг. 3, при-
водят в пульсирующее движение бойки, причем операция про-
текает так, что каждый кулачок все время находится в контак-
те по меньшей мере с одним роликом (позиции А и В). При
последующем вращении боек, находящийся под роликом, сме-
252
Глава 8
щается радиально из позиции 1 в позицию 3, оказывая посте-
пенно возрастающее давление на обрабатываемое изделие.
Благодаря тому что верхняя поверхность кулачков построе-
на по синусоиде, бойки производят постепенное непрерывное
Ф иг. 3. Кулачки, несущие рабочие бойки, пульси-
руют при контакте с роликами свободного
качения.
Фиг. 4. Слева показано положение частей перед началом операции.
В центре — начало операции. Справа — момент удаления оправки из
готового изделия.
сдавливание обрабатываемого изделия. Так как при такой тех-
нологии удара не происходит, шум и вибрация, возникающие
от пульсации бойков, незначительны даже в тех случаях, когда
бойки обжимают обрабатываемую деталь со скоростью более
1000 раз в минуту.
На фиг. 4 схематически показано взаимное расположение
оправки, обрабатываемого изделия и бойков на различных ста-
диях обработки. На фиг. 4,а1 показаны изделие и бойки перед
Внутреннее профилирование ротационной ковкой 253
началом операции. На фиг. 4,б обрабатываемое изделие поса-
жено на оправку и операция обжатия началась. При контакте
с вращающимися бойками изделие и оправка поворачиваются
и свободно вращаются со скоростью, составляющей приблизи-
тельно 80% от скорости вращения бойков. На фиг. 4,в показа-
но готовое изделие и оправка, удаляемая для установки но-
вой заготовки. При подаче новой заготовки в машину готовое
изделие выталкивается очередной заготовкой через заднюю
часть передней -бабки в разгрузочный лоток. Так как в процес-
се этой операции по оправке в сторону задней части передней
бабки подается обрабатываемая заготовка, а не сама оправка,
то на такой машине можно обрабатывать длинные изделия при
помощи сравнительно недорогих коротких оправок.
На стандартных машинах «Интраформ» методом холодного
деформирования можно обрабатывать изделия диаметром
3,17—127 мм из цветных металлов и легированных сталей. За-
готовки для этого процесса, такие, как трубы, отливки, поков-
ки, должны быть предварительно механически обработаны; мо-
гут использоваться также заготовки, получаемые выдавлива-
нием и спеканием из металлопорошков. Типовые образцы фа-
сонных профилей, которые можно получать на машинах этого
типа, показаны на фиг. 5. Обрезной штамп, втулка и полумуф-
та храповика (Л, В и С) относятся к числу коротких изделий,
изготавливаемых из стали. Типичным образцом более длинных
изделий является винтовочный ствол (D) с вырезом длиной
610 мм. На машине «Интраформ» в стволе одновременно по-
лучается казенник и нарезка. Типичным образцом операции
профилирования изделий из цветных металлов являются ребра,
полученные в трубе теплообменника (Е). Это изделие получе-
но на машине, оборудованной выдвижной оправкой и привод-
ным приспособлением для профилирования длинных изделий
ротационной ковкой.
Кроме получения профилей как в сквозных, так и в глухих
отверстиях, на машинах «Интраформ» можно выполнять и дру-
гие технологические операции. Так, в частности, кольца биме-
таллических труб F и G получены на машине «Интраформ»
методом ротационной ковки с прессовкой двух или нескольких
слоев металла. При этом образец F представляет собой отрезок
бесшовной стальной трубы, соединенной с латунной втулкой,
тогда как образец G — это отрезок алюминиевой электропро-
водной трубки, соединенный на машине «Интраформ» с медной
втулкой. Так как соединение, производимое таким методом, по-
лучается исключительно прочным и плотным, эта технология
вполне пригодна для выполнения таких операций, как соедине-
ние зажимов и клемм с электрическими кабелями.
Слоистая
. труба
G
Пробойник
6Дй£Ж888&
1ИИИИВИИМИ111И
Фиг. 5. Типовые изделия, получаемые на машинах «Интраформ», материалы,
из которых они изготовляются, и технологические характеристики этих ма-
териалов.
А. Материал — AIS 1-8640. Операция — получение конического шестигранного внутреннего-
отверстия. Производительность — 250 изделий в час. Время наладки — 15 мин.
В. Материал — AISI-4140. Операция — профилирование внутреннего диаметра. Произ-
водительность— 320 изделий в час. Время наладки—15 мин. С. Материал — AISI-C-1020.
Операция — профилирование внутреннего диаметра. Производительность — 300 изделий
в час. Время наладки — 15 мин. D. Материал — AISI-4140. Операция — получение ка-
зенника и нарезки в стволе. Производительность — 25 стволов в час. Время наладки —
30 мин. Е. Материал — медь. Операция — оребрение. Производительность —
407 пог. мм/мин. Время наладки — 30 мин. F. Материал — сталь бесшовная и латунь.
Операция — опрессовка латунной втулки в стальной трубе. Производительность —
610 пог. мм/мин. Время наладки — 25 мин. G. Материал — алюминий и медь. Опера-
ция — опрессовка медной втулки в алюминиевой трубке. Производительность —
610 пог. мм]мин. Время наладки — 25 мин. Н. Материал — сплав Спэртон № 5 H.S.S.
Операция — получение наружного контура (2 операции). Производительность — 60 из-
делий в час (за операцию). Время наладки — 15 мин (на каждую операцию).
Внутреннее профилирование ротационной ковкой
255
ОПЕРАЦИИ, ВЫПОЛНЯЕМЫЕ БЕЗ ОПРАВОК
Для выполнения всех указанных выше операций, за исклю-
чением последнего примера, требуются оправки. Однако на
пустотелых изделиях можно выполнять операции другого типа,
для которых оправка не требуется. К таким операциям отно-
сятся заострение, уменьшение диаметра трубы и получение ко-
нических трубчатых изделий. Такие же операции можно вы-
полнять и на изделиях сплошного сечения. В частности, таким
методом получен образец Н. Это изделие (сверху) —пробойник
длиной 216 мм из быстрорежущей стали получают из заготовки
длиной 124 мм, показанной внизу. В процессе этой операции
диаметр заготовки обжимается на определенном участке 12,70—
7,94 мм, и у самого конца с желобком формируется плавный
переход.
На машине «Интраформ» можно экономично изготовлять
трудоемкие для механической обработки изделия, а также изде-
лия, требующие большой затраты времени при их изготовле-
нии обычными методами, что является основным преимущест-
вом этой машины. К тому же на машине этого типа можно по-
лучать изделия с точными допусками при исключительно высо-
кой чистоте поверхности. При многих операциях допуски на
общий размер можно выдерживать в пределах 0,005 мм, тогда
как чистота поверхности в значительной мере зависит от со-
стояния поверхности до операции и физических свойств
металла.
Так, в частности, если чистота поверхности каналов винто-
вочных стволов, изготовляемых из стали марки AISI-4140, до-
стигает 0,81 мкм после операций сверления и развертки, не-
посредственно предшествующих обработке на машине «Интра-
форм», то после образования резьбы в канале ствола обжатием
на машине «Интраформ» чистота поверхности повышается в
среднем до 0,18—0,20 мкм. Чистота поверхности втулки с рас-
точенным отверстием была 3,12 мкм, тогда как при получении
конусного отверстия обжатием на машине «Интраформ» чисто-
та поверхности повышается до 0,20 мкм.
Кроме повышения чистоты поверхности, при этой операции
повышаются и физические свойства металла. В результате
упрочнения повышается твердость изделий и их предел проч-
ности при растяжении. При этом предел прочности при растя-
жении может повышаться на 30%. Более того, при обработке
этим методом образуются непрерывные линии сдвига металла
в зоне формируемого профиля и остаточные сжимающие на-
пряжения в поверхностной зоне детали. В результате этого зна-
чительно повышается усталостная прочность изделия.
256
Глава 8
Так как оснастка таких машин сравнительно несложна для
изготовления и проста в наладке, этот метод можно считать
вполне экономичным для мелкосерийного производства и для
отделочных операций. Вместе с этим не исключается также и
применение этого метода для массового изготовления изделий,
так как операция профилирования производится быстро и, если
это экономически оправдывается, машину можно оборудовать
магазинной подачей и наладить на автоматический цикл.
Весьма важно для промышленного производства также и то,
что срок службы бойков и оправки на этой машине достаточно
высок.
Поскольку при обработке изделий на машине «Интраформ»
металл^ с заготовки не снимается, а смещается, получается зна-
чительная экономия металла по сравнению с обычной механи-
ческой обработкой. Так, например, о величине экономии метал-
ла можно судить хотя бы по тому, что показанный на фиг. 5
пробойник (Я) из быстрорежущей стали раньше изготовляли
обточкой из заготовки длиной 216 мм, тогда как для изготов-
ления такого же пробойника на машине «Интраформ» требует-
ся теперь заготовка длиной всего только 125 мм. В итоге это
приносит экономию в размере больше 200 долл, при изготовле-
нии каждой партии пробойников в количестве 700 штук. Время,
затрачивавшееся ранее на изготовление таких деталей, сократи-
лось при этом больше чем в два раза.
ФОРМООБРАЗОВАНИЕ РОТАЦИОННОЙ КОВКОЙ
ПО МЕТОДУ ФЕЛЛОУС-АППЕЛ
Другой аналогичный процесс формообразования металличе-
ских изделий производится на специальных машинах фирмы
«Феллоус-аппел колд форминг». На этих горизонтальных ма-
шинах с гидроприводом, известных сейчас под названием «Фел-
лоус-аппел» (фиг. 6), вращающиеся трубчатые (или сплошного
сечения) заготовки подаются периодически между четырьмя
обжимными бойками, которые, сдавливая заготовку радиально,
пластически деформируют ее до требуемой формы. Для полу-
чения внутренних профилей в сочетании с обжимными бойка-
ми используется фасонная оправка. Таким методом можно
пластически деформировать почти любые (как черные, так и
цветные) достаточно пластичные металлы, в том числе углеро-
дистые, легированные и нержавеющие стали различных марок,
латунь, бронзу, алюминий, а также титан.
Основными рабочими элементами машин этого типа явля-
ются механизм подачи, рабочая головка и устройство, контро-
лирующее прямизну изготовляемого изделия. Обрабатываемая
Внутреннее профилирование ротационной ковкой 257
заготовка типа цилиндрического стержня или трубы, за-
кладывается в подающее устройство справа и закрепляется с
одного конца во вращающемся патроне. При обработке труб-
чатых изделий внутрь заготовки вставляется короткая оправ-
ка. Подающее устройство вдвигает обрабатываемую заготовку
Фиг. 6. Машина «Феллоус-аппел» для обработ-
ки заготовок трубчатого или сплошного сечения.
в рабочую головку, где четыре бойка одновременно с одинако-
выми усилиями деформируют заготовку в радиальном направ-
лении. Устранение возможной отдачи изделия при ковке осу-
ществляется регулировкой радиального перемещения бойков.
Основное отличие этого процесса от радиальной ковки за-
ключается в том, что при этой технологии металл обрабаты-
вается не ударом, а сжатием и заготовка вращается и подается
не постепенно, а периодически. На машине «Феллоус-аппел?>
обжимные бойки раздвигаются и сдвигаются ровно настолько,
чтобы произвести деформацию металла. Все рабочие операции —
перемещение бойков, подача и скорость вращения заготовки —
точно синхронизированы по времени. В момент раскрытия
бойков обрабатываемая заготовка подается вперед и вращает-
ся,. В момент хода внедрения бойков вращение заготовки пре-
кращается.
Подача заготовки через рабочую головку производится ма-
лыми перемещениями, следующими в быстрой последователь-
ности. Число ходов в минуту (до 1500), а также величину по-
дачи и скорость вращения можно регулировать в соответствии
17 Ч. Уик
258
Глава 8
с технологическими требованиями данной операции. При этом
режим наладки зависит от физических свойств обрабатывае-
мого металла, размеров заготовки, требуемой величины дефор-
мации и от профиля гравюры бойков. Обжатие производится
со скоростью до 1800 mmImuh. При изготовлении коротких изде-
лий даже сплошного сечения можно обрабатывать в минуту от
6 до 8 изделий.
После окончания операции обжатия готовые изделия пода-
ются в устройство, контролирующее их прямизну, из которого
они могут быть удалены с левой стороны машины.
ИЗГОТОВЛЕНИЕ ИЗДЕЛИИ
С ВНУТРЕННИМ ПРОФИЛЕМ
Методом ротационной ковки можно изготовлять изделия са-
мой разнообразной формы, выдерживая допуски с точностью
до 0,005 мм. В большинстве случаев изделия, полученные этим
методом, не требуют дальнейшей обработки. Холодное пласти-
ческое деформирование значительно повышает прочность ме-
талла и обеспечивает чистоту поверхности в пределах 0,05—
0,25 мкм. В число изделий, успешно изготовляемых на машинах
этого типа, входят прецизионные воздушные и гидравлические
цилиндры € точными допусками и высокой чистотой поверх-
ности. Во многих случаях можно получать длинные сплошные
или трубчатые фасонные изделия, которые разрезаются затем
на более короткие детали.
К сложным внутренним профилям, которые можно получать
этим методом, относятся овальные, квадратные и шестигранные
отверстия, прямые и эвольвентные шлицы, зубья шестерен и
спиральные профили. При получении сложных сечений на от-
дельном участке внутренней поверхности изделия требуемый
профиль получается методом последовательной обработки (уча-
сток за участком), т. е. когда заготовка вращается в проме-
жутках между ходами бойков, а вперед не подается.
На фиг. 7 показаны образцы изделий, получаемых на маши-
нах «Феллоус-аппел» для холодной обработки ротационной
ковкой. Корпус осциллятора (А) для гидравлических насосов,
применяемых на тракторах, получен этим методом из сваренной
стыковым швом трубы из стали SAE-1010. Внутренняя шлице-
вая муфта (В) с 10 прямыми зубцами изготовлена из холод-
нотянутой бесшовной стальной трубы (сталь SAE-1035). Шли-
цевая муфта (С) с 20 эвольвентными зубцами получена из
трубы из нержавеющей стали марки 304. Соединительная муфта
кардана (D) изготовлена из стальной трубы (SAE-8615).
Заготовка 20-миллиметрового винтовочного казенника с
Фиг. 7. Образцы изделий, получаемых на машинах
«Феллоус-аппел».
17*
260
Глава 8
27-градусной спиральной нарезкой (Е) получена из инструмен-
тальной стали. Образец (В) получен из двух труб: холоднотяну-
той наружной трубы из стали марки SAE-4140 и внутренней тру-
бы из нержавеющей стали 347, соединенных вместе ротационной
ковкой.
На этих машинах получают также точные гидравлические
цилиндры длиной 1067 мм с наружным диаметром 63,5 мм и
внутренним диаметром 50,8 мм с допуском в пределах 0,01 мм
Фиг. 8. Оправка Е и четыре бойка F, применяемые для
изготовления изделия С с внутренней нарезкой. Оправка
D применяется для получения изделия В.
и с чистотой поверхности 0,4 мкм. Такие трубчатые изделия
получают из бесшовных холоднотянутых заготовок за две опе-
рации— операцию обжатия с большой степенью деформирова-
ния и операцию окончательной калибровки готовых цилиндров.
На машинах «Феллоус-аппел» одного размера можно обра-
батывать заготовки длиной 3050 мм и получать готовые изде-
лия длиной до 6100 и диаметрами до 100 мм в зависимости от
толщины стенок.
На фиг. 8 (слева) показаны три образца, вырезанные из
стальных цилиндрических труб. Образец (А) представляет со-
бой отрезок заготовки, тогда как два других образца (В) и (С),
вырезанные из двух различных изделий одинакового диаметра,
характеризуют чистовые внутренние поверхности, получаемые
этим методом. Оправка (D) применяется для получения изде-
лия (В), а оправка (Е) — для изделия (С) с нарезкой внутри.
Для изготовления этих изделий применяются четыре бой-
ка F.
Внутреннее профилирование ротационной ковкой
261
РАДИАЛЬНАЯ КОВКА
Радиально-ковочные машины «G. F. М.» (фиг. 9) изготовля-
ются австрийской фирмой «Гезельшафт фюр фертигунгстек-
ник унд машинебау» как в горизонтальном, так и в вертикаль-
ном исполнении. Обрабатываемые заготовки на этих машинах
Фиг. 9. Вертикальная радиально-ковочная
машина для изготовления фасонных кониче-
ских и цилиндрических изделий трубчатого и
сплошного сечений.
вращаются и подаются между четырьмя радиально расположен-
ными бойками, которые в ходе операции пластически деформи-
руют заготовку, придавая ей требуемую форму. При некоторых
операциях обрабатываемая заготовка не вращается.
На радиально-ковочных машинах можно выполнять точные
операции аналогично выполняемым на обычных ротационно-
ковочных машинах, описание которых приведено в предыдущей
262
Глава 8
главе, а также операции профилирования внутренних поверх-
ностей ротационной ковкой и многие другие виды работ. На
этих машинах из круглых и квадратных сплошных и полых
обжимаемых на оправках заготовок можно получать как труб-
чатые, так и сплошные фасонные, конические и цилиндриче-
ские изделия. Требуемые профили при этом контролируются
самой гравюрой бойков, а также путем регулировки величины
хода бойков. Технологическая эффективность этого метода зна-
чительно выше эффективности обычной ковки.
Машины этого типа изготовляются как для горячей, так и
для холодной ковки, причем на машинах для горячей ковки
добавляется только индукционное нагревательное устройство,
которое постепенно нагревает тонкостенные трубчатые заготов-
ки по мере их перемещения во время цикла ковки. Можно так-
же производить предварительный нагрев заготовок обычным
способом и затем подавать их в машину вручную или авто-
матически. Здесь описывается только холодная радиальная
ковка.
На радиально-ковочных машинах этого типа четыре рабочих
бойка, приводимые в действие от эксцентриковых валов по-
средством шатунов, давят на заготовку с усилием порядка
120 т со скоростью 450—1000 ходов в минуту. Четыре синхрон-
но вращающихся эксцентриковых вала расположены вокруг
обрабатываемой заготовки на расстоянии 90° друг от друга.
На фиг. 10 показан боек с эксцентриковым механизмом, где
ясно видно относительное расположение звеньев в собранном
виде. Регулировки радиального положения бойков можно осу-
ществлять при помощи шаблонов, кулачков или электрических
контактов, посредством механической или гидравлической свя-
зи в зависимости от целевого назначения и типа машины. Меха-
низм ковочных бойков приводится в действие от электродвига-
теля, тогда как обрабатываемая заготовка, закрепленная в
автоматическом зажимном патроне, перемещается при помощи
гидравлического цилиндра.
Одно из зажимных устройств, также гидравлическое, по-
добно применяемому на вертикальных машинах, поднимается
(или сдвигается в сторону на горизонтальных машинах) пос-
ле окончания ковки и опускается (или выдвигается) к заготов-
ке при начале каждой новой операции. Положение ковочной
оправки относительно бойков можно автоматически изменять
в процессе операции специальным регулировочным приспособ-
лением.
Для изготовления радиальной ковкой на вертикальной ма-
шине одного полого изделия применяются заготовки, наружный
диаметр которых в зависимости от формы приблизительно на
Внутреннее профилирование ротационной ковкой 26з
0,025 мм больше диаметра готового изделия, а диаметр вну-
треннего отверстия заготовок несколько более чем на 0,20 мм
превышает требуемый диаметр внутреннего отверстия. Обраба-
тываемая заготовка устанавливается в зажимной головке маши-
ны и закрепляется при помощи цанговых патронов. При нажиме
•Фиг. 10. Изображение одного из четырех бойков с эксцентриковым
механизмом.
на рукоятку шпиндель, несущий фасонную оправку, опускается
к обрабатываемой заготовке до крайнего положения в зоне
ковки, которое ограничивается регулируемым упором.
Как только начинается автоматический цикл, от двигателя
зажимной головки через зубчатую передачу приходит во вра-
щение заготовка, которая гидравлическим устройством подает-
ся вниз. Величину подачи при этом можно изменять автома-
тически во время рабочего цикла. По мере перемещения заго-
товки вниз по оправке и между ковочными бойками металл
деформируется по форме оправки и гравюры бойков. Оправка
самоцентрируется и направляется по формируемому внутрен-
нему отверстию. При каждом ударе ковочных бойков переме-
щение заготовки прекращается. Чтобы тормозящее действие
ковочных бойков не вызывало повреждений, шпиндель зажим-
ной головки аксиально подрессорен резиновым амортизатором,
261
Глава 8
а вращающийся привод оборудован пружиной, работающей на
скручивание. Для точной и равномерной проковки переходного
выступа между переменными диаметрами переключение маши-
ны с одной позиции на другую должно быть замедлено на-
столько, чтобы обрабатываемая заготовка могла совершить по
меньшей мере один полный оборот при неизменном вертикаль-
ном положении. Это позволяет ковочным бойкам произвести
ровную проковку в переходных сечениях. Такой технологический
процесс применяется при изготовлении клапана регулятора.
Когда обрабатываемая заготовка полностью прокована на
всю длину, упор на зажимной головке включает реверс гидрав-
лической цепи и зажимная головка автоматически поднимает-
ся вместе с откованным изделием в свою исходную позицию.
Вместе с ней поднимается и оправка, которая удаляется при
этом из обрабатываемого изделия. Затем готовое изделие
снимается с зажимной головки, и машина снова готова для
очередного цикла.
Существует целая серия горизонтальных машин этого типа
с разными размерами усилий (до 400 т на каждый боек), пред-
назначенных для обработки различных изделий диаметром до
305 и длиной свыше 1830 мм. Вертикальные радиально-ковочные
машины рассчитаны для обработки изделий диаметром до
127 мм и длиной до 1016 мм. Максимальное усилие, создавае-
мое на вертикальных машинах, составляет 176 т.
Методом радиальной ковки можно обрабатывать в холодном
состоянии как углеродистые, так и легированные стали. После
обработки получается мелкозернистая структура металла изде-
лия с заметно повышенным пределом прочности при растяже-
нии. Изделия изготовляются с точностью до ± 0,10 мм на на-
ружных поверхностях и ± 0,01 мм и выше на внутренних по-
верхностях. Поковки получаются осесимметричными с гладкой
поверхностью.
ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ РАДИАЛЬНОЙ КОВКИ
В Европе этот процесс применяется для изготовления глад-
костенных и нарезных оружейных стволов способом горячей и
холодной ковки на специальных оправках. Нарезные стволы,
откованные на оправке, не требуют дополнительной механиче-
ской обработки и, как утверждают, по 'своей точности и боевым
качествам превосходят стволы, получаемые протяжкой. Этим
методом можно изготовлять в стволах любую спиральную на-
резку с постоянным углом при вершине. Оправка, имеющая на
конце утолщенного диаметра требуемый профиль, монтируется
Внутреннее профилирование ротационной ковкой
265
на машине со свободным вращением, тогда как обрабатываемая
заготовка подается вниз со скоростью 203—406 мм/мин. В про-
цессе ковки оправка самоцентрируется в зоне готового внут-
реннего отверстия. На одной оправке до ее полного износа или
первой перезаточки этим методом можно получать 600 — 1000
стволов. По мере надобности машину можно налаживать так,
чтобы при ковке конец -ствола получался немного меньшего
диаметра, чем диаметр казенной части ствола.
Фиг. 11. Ствол пулемета, изготовленный из кремнисто-марганцовистой стали
до (сверху) и после операции холодной ковки.
Бойки для горячей ковки изготовляются из высокопрочной
легированной инструментальной стали. Рабочие поверхности
бойков армируют слоем наплавляемого стеллита. Для холодной
ковки бойки можно изготовлять из быстрорежущей (инструмен-
тальной) стали. Одним комплектом бойков обычно можно изго-
товлять 3000—5000 изделий, после чего износившиеся бойки
можно перезатачивать для повторного использования или сна-
чала покрывать новым слоем стеллита, а затем уже переза-
тачивать. Оправки для горячей ковки, как правило, изготов-
ляют из высокопрочной легированной стали. Оправки большого
диаметра можно изготовлять полыми, что позволяет при необ-
ходимости применять масляное или водяное охлаждение.
Особо точные изделия с высокой чистотой поверхностей
можно получать на этих машинах путем снижения скорости
вращения зажимного патрона. Изделия, подвергаемые после
ковки механической обработке, и изделия, не требующие высо-
кой точности и чистоты поверхности, можно изготовлять с
большей скоростью.
На фиг. 11 показан пулеметный ствол (вверху) до ковки и
ствол (внизу) после холодной ковки. Эти стволы изготовляют
из кремнисто-марганцовистой стали (содержащей 0,6% С) с
пределом прочности при растяжении 90 кг!мм? после терми-
ческой обработки. Длина готового ствола 647,7 мм; наружные
диаметры: 42 мм (толстый конец) и 27 мм (конец ствола). При
266
Г л а в а 8
операции ковки наружный диаметр ствола уменьшается на ве-
личину 0,20—6,10 мм.
Диаметр внутреннего отверстия ствола, составлявший до
операции ковки 9,40 мм (с допуском +0,050 мм}, после хо-
лодной ковки уменьшается до 7,49 мм (при допуске +0,010 мм).
Предел прочности при растяжении увеличивается приблизи-
тельно на 10 кг/мм2 в наружной зоне сечения ствола и немно-
Ф и г. 12. Вид в разрезе части ствола, показанного на фиг. 1'1.
го больше на внутренней поверхности. На фиг. 12 показана
часть такого ствола в разрезе, где видна полученная ковкой
нарезка глубиной 0,15 мм и равномерно отделанная внутрен-
няя поверхность. Диаметр внутреннего отверстия в конце ство-
ла немного меньше диаметра отверстия остальной части ство-
ла. Оружейные стволы такого типа получают ковкой заЗ,5мцн
при затрате 72 мин на установку заготовки и съем готового'
изделия. По сравнению с обычным методом при новой техно-
логии экономятся время и затраты труда, снижаются расходы
на инструмент и экономится производственная площадь.
Холодной ковкой можно получать внутренние шлицы, зуб-
чатые зацепления и другие профили этого типа. Процесс ради-
альной ковки дает возможность экономить больше 54% метал-
ла, не считая сравнительно невысокой стоимости инструмента,
которая нередко составляет всего лишь Vio стоимости инстру-
ментальной оснастки обычного ковочного оборудования. Благо-
даря этому процесс холодной радиальной ковки может быть
вполне экономичным даже для мелкосерийного производства.
После успешного применения одной из таких радиально-ко-
вочных машин фирма «Металс процессинг» приобрела еще не-
сколько машин этого типа для оснащения цеха ротационной
ковки. На этих новых радиально-ковочных машинах фирмой
вначале было налажено производство полуосей тяжелых грузо-
вых автомашин. Полуоси изготовлялись горячей радиальной
ковкой из заготовок сплошного сечения за 25 сек.
Внутреннее профилирование ротационной ковкой
267
ХОЛОДНОЕ ПРЕССОВАНИЕ СТУПЕНЧАТЫХ ВАЛОВ
Сравнительно недавно фирмы «Моллой меньюфекчюринг» и
«Рипаблик стил корпорейшн» начали применять новый произ-
водственный процесс холодного прессования различных деталей
для автомобилей, сельскохозяйственного оборудования, сти-
ральных машин, холодильников, электродвигателей и т. д.
Заготовка для обычного процесса
Обычный процесс
Процесс^ Дай Форм ”
Фиг. 13. При обработке изделий методом холодного де-
формирования расходуется значительно меньше металла
и сокращаются его отходы.
Этим методом фирмы, в частности, осуществляют массо-
вое производство валов сплошного симметричного сечения с дву-
мя или несколькими переменными диаметрами по длине. Умень-
шение площади поперечного сечения заготовки осуществляется
одновременно с двух концов путем продавливания ее в отвер-
стия матриц, которые затем снимаются с готового изделия»
В тех случаях, когда требуется дальнейшее уменьшение площа-
ди поперечного сечения, процесс холодного прессования, полу-
чивший названия Дай-форм и сочетающий в себе выдавлива-
ние, протяжку и обжатие, производится повторно на любом од-
ном или одновременно на обоих концах заготовки.
При изготовлении различных изделий методом Дай-форм
расходуется значительно меньше металла, и допуски выдержи-
ваются с точностью до 0,127 мм на всех сечениях. Благодаря
этому количество металла, которое необходимо снимать при
последующей чистовой обработке изделий, сводится до миниму-
ма, как это наглядно показано на фиг. 13. Теперь при чистовой
обработке изделия снимается только тонкая стружка или же
268
Глава 8
оно просто шлифуется. В некоторых случаях изделия совсем
не требуют механической обработки.
В целом экономия металла достигает 40% и даже больше.
Так, например, при изготовлении вала коробки передач авто-
мобиля резанием непосредственно йз прутка ранее требовалась
стальная заготовка весом 5,329 кг. Теперь для этой детали ис-
пользуется заготовка весом 3,515 кг, т. е. на 1,814 кг меньше,
что в итоге составляет 34% экономии металла на каждом изде-
лии. Другой вал коробки передач автомобиля, изготовлявшийся
ранее из прутка весом 5,670 кг, теперь изготовляется способом
Дай-форм из заготовки весом 3,402 кг. полной характери-
стики процесса Дай-'фор.м можно напомнить, что при изготовле-
нии 2 000 000 таких валов только для одной фирмы «Крайслер»
фирма-изготовитель сберегла больше 5000 т стали. Минималь-
ное снятие стружки в свою очередь обеспечивает повышение
производительности, снижает затрату труда и отходы металла,
уменьшает затраты на технологическое оборудование.
ПОВЫШЕННЫЙ ПРЕДЕЛ ПРОЧНОСТИ
И ВЫСОКАЯ ТВЕРДОСТЬ
При изготовлении валов таким способом структура металла
получается волокнистой и металл упрочняется так же, как в
процессе холодной штамповки, повышается предел прочности
при растяжении, увеличивается предел текучести материала,
приобретающего к тому же повышенную твердость, что в целом
является еще одним ценным преимуществом этого процесса.
В данном случае свойства металла улучшаются примерно в та-
кой же степени, как и при протяжке проволоки. Некоторые
данные испытаний, проведенных фирмой «Рипаблик стил» до и
после операции прессовки изделий методом Дай-форм, приведе-
ны на фиг. 14.
Так, например, при изготовлении вала отбора мощности для
тракторов предел прочности металла при растяжении увеличи-
вается с 91,40 до 117,41 кг!мм^, предел текучести — с 80,85 до
105,41 кг!мм2 и твердость — с 22 до 30 RC. Помимо увеличения
предела прочности и твердости металла, твердость изделия по-
лучается равномерной почти по всему сечению. В некоторых
случаях благодаря улучшению механических свойств изделия
не требуется последующей термической обработки, которая бы-
ла необходимой ранее.
В результате упрочнения после холодного деформирования
улучшается также и обрабатываемость при резании, так как
образующаяся стружка становится более ломкой. Благодаря
Внутреннее профилирование ротационной ковкой
269
этому теперь для изготовления таких изделий не требуются вы-
сокосернистые и свинцовистые стали. Раньше некоторые изде-
лия вытачивали на токарных станках из прутка из холоднока-
таной стали. Теперь такие изделия изготовляют методом Дай-
форм из горячекатаной стали, получая тем самым значительную
Твердость Предел прочности при,
растяжении, кг/мм “
90 RB- • —----------------------’ 28
85 RB--------------1------------56,95
80 RB—--—4---------—|—---L-— 52,73
к I у
Горя чека таны й пруток, ф 43, 18 мм
25 ЕС---------------------------82>23
24 ЕС----------~Г-—I -----------
22 ЕС---------(—~ Ч------1--— 76,64
к i 7
Степень обжатия 29 °/о до ф 36,32мм
28 ЕС --------------------------39,29
27 RC---------X—----------------- 87^8
27 RC---------4----1-----j------—
\ ’ У
Степень обжатия 50 % до ф 30,48 мм
Фиг. 14. При обработке горячекатаного прутка
методом холодного прессования повышается твер-
дость металла и его предел прочности при рас-
тяжении.
экономию от стоимости сырья. При изготовлении валов методом
холодного прессования поверхность изделий получается гладкой
и чистой (чистота в пределах 0,025—0,50 мм) в зависимости от
состояния поверхности заготовок и штампов.
Дополнительным преимуществом данного метода является
экономия, получаемая в результате снижения расходов на тран-
спортировку более легких заготовок, используемых для холод-
ного прессования валов, и меньшего количества образующейся
стружки. Кроме этого, требуется меньшая складская площадь
для хранения заготовок, чем для хранения прутков.
270
Глава 8
ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ПРОЦЕССА ДАЙ-ФОРМ
Применение метода холодного прессования обычно ограни-
чивается изготовлением изделий симметричного сечения с дву-
мя или несколькими участками переменного диаметра. На фиг.
15 приведен типичный пример вала с несколькими переменными
диаметрами, (который можно экономично изготовить методом
холодного прессования в матрицах. На фиг. 16 показан образец
изделия, которое невозможно изготовить таким же способом
Фиг. 15. Типовой образец ступенчатого вала, который можно эконо-
мично изготовлять методом холодного прессования.
Фиг. 16. Детали такого типа невозможно изго-
товлять методом холодного прессования, так как
диаметры двух крайних секций Детали превы-
шают диаметр средней секции.
ввиду наличия промежуточного участка меньшего диаметра по
сравнению с диаметрами крайних участков. Однако, хотя изде-
лия симметричного сечения и являются наиболее целесообраз-
ными для изготовления этим методом, имеются и некоторые
исключения. К таким деталям относятся зубчатки для узлов
автомобильного рулевого управления.
Усилия прессов, которыми располагает фирма «Рипаблик»,
позволяют пока изготовлять способом холодного прессования
Внутреннее профилирование ротационной ковкой
271
изделия диаметром до 54 мм. Можно также производить об-
жатие, только для этой операции необходимо на основании
имеющегося опыта разрабатывать технологию изготовления
каждого изделия. Пока что этим способом изготовляют валы
длиной до 1067 мм.
Так как стоимость инструмента для изготовления опреде-
ленного изделия сравнительно высокая, применение этого про-
цесса экономически оправдывается только в том случае, если
изготовляют достаточно большое количество таких изделий. По
материалам фирмы «Рипаблик», на данной стадии развития ве-
личина партии запуска любых изделий должна быть не меньше
20 т. При этом изделия, требующие сравнительно незначитель-
ного снятия металла при механической обработке, экономичнее
изготовлять резанием, так как в процессе холодного прессова-
ния заготовки несколько раз устанавливают, перемещают в дру-
гие позиции и снимают.
Хотя на большинстве диаметров изделий, получаемых мето-
дом Дай-форм, и можно выдерживать общий допуск величиной
0,13 мм, тем не менее, если поверхность сопрягается с зоной
обжатия, может потребоваться менее жесткий допуск, превы-
шающий указанный общий. Допуск на длину, измеряемую от
уступов, принимается 1,60 мм, тогда как прямизна выдержи-
вается с точностью в пределах 0,13—0,76 мм в зависимости от
типа изделия.
МЕТАЛЛЫ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ
ДЛЯ ПРОЦЕССА ДАИ-ФОРМ
Применяемый для холодного прессования способом Даш
форм горячекатаный пруток должен быть однородной структу-
ры и иметь чистую поверхность. Очистка поверхности и удале-
ние окалины производятся травлением или дробеструйной об-
работкой. В отдельных случаях может потребоваться правка
прутков. Обычные допуски, принятые в американских стандар-
тах (AISI) ± 0,40 мм на пруток диаметром 38 мм, вполне до-
статочны для процесса Дай-форм.
Метод холодного прессования в матрицах успешно приме-
няется для массового производства изделий из обычной углеро-
дистой и легированных сталей, содержащих до 0,6% углерода,
что, однако, не 'является пределом. К материалам, исполь-
зуемым для холодного прессования, относятся стали AISI-
1010, 1020, 1024, 1037, 4150, 5120, 8620. Применение стали 1024
для холодного прессования можно считать необычным ввиду
большого содержания в ней марганца (1,35—1,65%). Из всех
металлов, применяемых в промышленном .масштабе, к наиболее
272
Глава 8
труднообрабатываемым относится хромомолибденовая сталь
марки AISI-4150.
В общем технологическим условиям процесса Дай-форм
лучше всех других отвечают металлы, не слишком бьистро под-
дающиеся упрочнению при холодном прессовании. Успешно
прошла экспериментальную обработку нержавеющая сталь.
Заготовки требуемой длины отрезаются от прутка на нож-
ницах или пилах. Фирма «Рипаблик», в частности, сконструи-
ровала и изготовила собственные гидравлические ножницы для
Фиг. 17. Гидравлическая пила, применяемая для раз-
резки прутков диаметром от 48 мм и больше на заго-
товки для холодного прессования валов.
резки заготовок диаметром до 48 мм и весом от 0,680 г до 9 кГ.
Для некоторых заготовок, особенно для тех, которые предназ-
начаются для обработки в закрытых штампах, общий весовой
допуск выдерживается с точностью до 7 г, тогда как вес других
заготовок выдерживается с точностью до 42 г. Прутки диамет-
ром 48 мм и больше разрезаются на заготовки гидравлически-
ми пилами фирмы «Геллер» (фиг. 17). Эта машина автомати-
чески захватывает пруток, продвигает его до упора, зажимает
на месте и подает режущую каретку с пилой в рабочую пози-
цию. По окончании резания каретка отходит, пруток освобож-
дается и цикл снова повторяется до тех пор, пока весь пруток
не будет разрезан на заготовки требуемой длины.
После резки заготовки очищают, фосфатируют и смазывают
путем последовательного погружения в пять отдельных баков,
Внутреннее профилирование ротационной ковкой 273
как показано на фиг. 18. Цикл обработки заготовок состоит из
пятиминутной выдержки -в парцоленовой ванне при темпера-
туре 77—80° С, промывки в течение одной минуты в горячей во-
де при температуре 66—88° С, пятиминутной выдержки в раст-
воре бондерит крепостью 70 единиц при температуре 71—77° С,
Фиг. 18. Перед операцией холодного прес-
сования заготовки поочередно погружаются
в пять ванн для очистки, промывки в горя-
чей воде, фосфатирования, промывки в хо-
лодной воде и смазки.
промывки в течение одной минуты в холодной воде и пятими-
нутной выдержки в растворе бондерлюб при температуре (60—
66° С. При этом парцоленовая ванна является очищающей, в
ванне бондерит наносится фосфатирующее покрытие, а в ван-
не бондерлюб — мыльная смазка, все ванны фирмы «Паркер
раст пруф». Для некоторых изделий этот цикл должен повто-
ряться между последующими операциями холодного прессова-
ния, однако, как правило, в этом нет необходимости. В тех слу-
чаях, когда требуется повторная обработка, старая смазка уда-
ляется до начала повторного цикла.
18 Ч. Уик
274,
Глава 8 .
ПРЕССЫ И ИНСТРУМЕНТЫ ДЛЯ ПРОЦЕССА ДАй-ФОРМ
Холодное прессование ступенчатых валов по методу Дай-
форм производится на специальных горизонтальных гидравли-
ческих прессах (фиг. 19). Каждый пресс такого типа имеет от
двух до четырех рабочих позиций и регулируемый ход. Непод-
вижная боковая стойка пресса несет одну штамповую каретку»
а подвижная боковая стойка несет вторую такую же каретку.
Вставки матриц запрессовываются в обоймы, смонтированные
на каретках.
Фиг. 19. Специальный горизонтальный гидравличе-
ский пресс для холодного прессования ступенчатых
валов.
Оператор перемещает изделие с позиции на позицию вруч-
ную и устанавливает очередную заготовку между парой штам-
пов первой позиции. По такой технологии при каждом ходе
пресса изготовляется одно изделие. На каждой позиции пресса
имеются салазки с зажимным приспособлением для закрепле-
ния заготовки, которые сдвигаются в сторону, как только штамп
на подвижном ползуне соприкасается с обрабатываемой заго-
товкой. При выполнении операции в закрытых штампах давле-
ние, возрастающее в момент контакта встречных плоскостей
Внутреннее профилирование ротационной ковкой 275
штампов, приводит в действие реверсирующий клапан, и пол-
зун возвращается в свое исходное положение. При обработке
в открытых штампах для возвращения ползуна пресса в исход-
ное положение используются конечные выключатели.
При массовом производстве изделий способом Дай-форм
вставки матриц изготовляют из карбида. Для изготовления не-
больших партий изделий применяют вставки из нормализован-
ной или закаленной в масле инструментальной стали марки
Рипаблик 12—H-W. Эта сталь, предназначенная для горячей
87, Шим
Ф и г. 20. Поперечный разрез типового инструмента для холод-
ного прессования со вставкой, запрессованной в корпус обоймы.
обработки, с успехом применяется и для операции холодного
прессования и имеет следующий состав: 0,53% С, 0,35% Мп,
1,00% Si, 5,00% Сг, 1,00% V, 1,50% Ni и 1,75% Мо.
Вставки из инструментальной стали после механической об-
работки отжигают, закаливают и отпускают до твердости 58—
60 RC. Затем вставки шлифуют, а заходные, выдавливающие й
направляющие пояски тщательно обрабатывают. Корпуса обойм
для вставок изготовляют из стали марки AISI-4147, термически
обработанной до твердости 43—47 RC.
На фиг. 20 показан поперечный разрез штампа. Вставка в
нем запрессована в корпус обоймы с натягом 0,25 мм. Штамп
18*
276
Глава 8
такого типа применяется для окончательной чистовой операции
при получении за три прохода задних валов отбора мощности
(коробки передач) из стали AISI-1045. Операция прессования
начинается с последовательного обжатия исходного цилиндри-
ческого прутка диаметром 41,28 и длиной 844,6 мм до диамет-
ра 36,83 мм на одном конце длиной 108 мм и до диаметра
35,8 мм на другом конце длиной 870 мм. Общая длина
Фиг. 21. Полуось переднего, колеса (внизу) автомобиля
фирмы «Кадиллак» и заготовка, из которой эта по-
луось получена методом холодного прессования.
получаемого вала увеличивается таким образом до 1057,6 мм.
Чтобы избежать изгиба вала такой значительной длины, прес-
сование выполняется в три прохода, хотя обжатие такой степе-
ни можно -было бы выполнить и за одну операцию.
Срок службы в ставок .зависит от конструкции изделия,
свойств материала изделия и от степени деформации. При этом
срок службы инструмента лучше всего определяется погонной
длиной изделия, обработанного при помощи данного инстру-
мента.
На фиг. 19 показан 250-тонный гидравлический пресс с ин-
струментальной оснасткой для изготовления главных валов
коробки передач грузовых автомашин из стального прутка
(AISI—С-1024). Эта операция выполняется на двух позициях
трехпозиционного пресса. Здесь показан момент, когда рабочий
проверяет концентричность и эксцентриситет вала, полученного
на прессе методом Дай-форм.
На фиг. 21 показаны полуось переднего' колеса автомобиля
фирмы «Кадиллак» и заготовка, из которой такой шпиндель
получается методом прессования. Раньше такие шпиндели изго-
товляли при помощи значительно более сложной, чем холодное
прессование, механической обработки. Заготовки типа показан-
Внутреннее профилирование ротационной ковкой 277
ной сверху, диаметром 39,7 мм, отрезаются на ножницах от
прутка горячекатаной стали марки AISI—С-1037. Общая дли-
на получаемого изделия' 188 мм, причем диаметр меньшего
конца составляет всего только 24,25 мм. Следовательно, общая
величина производимой во время этой операции степени дефор-
мации составляет 62%. Коническая поверхность с углом 6° (на
каждую сторону) длиной 32 мм у самой середины полуоси и
лыска на конце большого диаметра формируются во время той
же самой операции.
Главные валы коробки передач, подобно показанному на
фиг. 15, изготовляются из стали с мелкозернистой структурой
марки AISI—С-1024 с содержанием кремния от 0,15 до 0,30%.
Соосность поверхностей разных диаметров выдерживается с
точностью до 0,25 мм.
Заготовки, применяемые для изготовления выходных валов
коробки передач диаметром 52,4 и длиной 158,75 мм, изготов-
ляются из стали марки AISI-8620. Готовые валы общей длиной
274,33 мм имеют семь различных диаметров величиной в пре-
делах 32,9—52,6 мм.
ХОЛОДНОЕ ПРЕССОВАНИЕ ВАЛОВ
ИЗ нержавеющей СТАЛИ
Фирма «Моллой» применяет метод холодного прессования
Дай-форм для серийного производства из нержавеющей стали
гребных и приводных валов подвесных лодочных моторов типа
«Эвинрюд». Новая технология холодного прессования заменяет
теперь четыре операции резания, требовавшиеся ранее при из-
готовлении таких валов обточкой из пруткового материала, и
обеспечивает значительную экономию металла. Кроме того,
валы, получаемые методом холодного прессования, не коро-
бятся при термической обработке в такой степени, как это было
свойственно валам, получаемым механической обработкой. Те-
перь валы длиной 630 мм, имеющие пять различных диаметров
(наибольший диаметр 25,4 мм), после прессования подвергают-
ся только черновой и чистовой шлифовке.
Валы изготовляются из сортового прутка нержавеющей ста-
ли 410, поставляемого фирмой «Стейнлесс энд стрип стил». Ма-
териал подвергается тщательному контролю по однородности и
в соответствии с требуемыми спецификациями. Прутки под-
вергаются дробеструйной обработке и затем разрезаются на
заготовки требуемой длины на специальных ножницах, показан-
ных на фиг, 22. В процессе подготовки для холодного прессо-
вания заготовки подвергаются специальной химической обра-
ботке, после которой металлическая поверхность заготовок
Фиг. 22. Резка на специальных трехпозиционных ножницах
заготовок требуемой длины из прутков нержавеющей стали
марки 410, прошедших предварительно дробеструйную обра-
ботку.
Фиг. 23. Холодное прессование на двух вертикальных прессах ступенча-
тых гребных и приводных валов из нержавеющей стали для подвесных
лодочных моторов типа «Эвинрюд».
Внутреннее профилирование ротационной ковкой
279
покрывается щавелевокислотным слоем. Такая химическая об-
работка производится потому, что обычное цинкофосфатное
покрытие не схватывается с нержавеющей сталью. Затем для
смазки заготовки погружаются в ванну с мыльным просыхаю-
щим раствором.
Ф и г. 24. Валы, полученные методом холодного
прессования, проверяются при помощи цифер-
блатного индикатора, снабженного контрольным
приспособлением.
Холодное прессование производится в две операции, которые
выполняются на вертикальных прессах (фиг. 23). Во время
первой операции, выполняемой на прессе слева, холодные заго-
товки прессуются начерно. Затем на прессе справа валы под-
чеканиваются по размеру и форме. После этого калиброванные
валы проверяются при помощи контрольного приспособления
(фиг. 24), снабженного циферблатным индикатором. Диаметры
выдерживаются с точностью в пределах допуска ±0,127 мм.
ГЛАВА 9
ХОЛОДНОЕ ВЫДАВЛИВАНИЕ СТАЛИ
Холодное выдавливание представляет собой процесс, при ко-
тором происходит течение металла, заключенного в холодном
состоянии в замкнутую форму, через отверстие в последней. Хо-
лодное выдавливание— это один из методов обработки металла
посредством пластической деформации. Металл при этом течет
из штампа в одном направлении, принимая заданный контур
сечения, соответствующий отверстию в инструменте.
Выполняемое, как правило, в условиях достаточно низкой
температуры, при которой металл никогда не достигает темпе-
ратуры рекристаллизации (для стали 593—704°С), холодное
выдавливание всегда обеспечивает механическое упрочнение из-
делий. При горячем выдавливании, наоборот, рекристаллизация
препятствует механическому упрочнению, если только процесс
рекристаллизации не прекратить до момента полного его завер-
шения путем быстрого охлаждения изделия.
Выдавливание отличается от такого метода обработки ме-
таллов давлением, как вытяжка, тем, что при выдавливании ме-
талл подвергается всестороннему сжатию, вследствие чего в
изделиях значительно реже возникают трещины. Основное отли-
чие чеканки (ближе всех других операций стоящей к выдавли-
ванию) заключается в том, что при чеканке металл распреде-
ляется полностью в ручье штампа, а не течет через штамповое
отверстие, как при выдавливании. Вместе с тем некоторые опе-
рации штамповки сочетают одновременно особенности чеканки и
выдавливания.
Давление пуансона на металл в свободном штампе и форми-
рование изделия посредством смещения металла в направле-
ниях наименьшего сопротивления через зазор, образующийся
между пуансоном и матрицей, допускают значительно более вы-
сокие скорости деформации без разрыва и обеспечивают более
эффективное изменение формы. В процессе выдавливания ме-
талл приобретает ярко выраженную волокнистую структуру.
Форма поперечного сечения изделия не изменяется по выходе
его из отверстия матрицы, если, конечно, не считать расшире-
ния и сжатия.
Холодное выдавливание стали 281 ф
Термин «холодное выдавливание» не является еще полно-
стью устоявшимся и общепринятым. Данный процесс обработки
металлов давлением в холодном состоянии носит и другие на-
звания, как, например, ударное выдавливание, штамповка вы-
давливанием, холодная штамповка, прессование истечением, а
также тяжелое холодное формование. При этом термин
«ударное выдавливание» относится преимущественно к произ-
водству изделий из цветных металлов, например таких, как мяг-
кие тубы для пасты и другие подобные изделия, в то время,
как под термином «холодное выдавливание» понимается, види-
мо,* изготовление главным образом стальных изделий. Между
прочим, в Германии этот метод формоизменения металла носит
название Кальтшпритцен, т. е. «холодное выдавливание».
Одна из причин, по которой холодное выдавливание стали нель-
зя назвать ударным выдавливанием, заключается в том, что этот
термин обозначает пластическую деформацию от динамического
удара по металлу, тогда как металл выдавливается через штам-
повое отверстие под давлением за определенный период времени.
Иногда термин «холодное выдавливание» вводит в заблуж-
дение, и данный метод металлообработки принимают за более
ранний метод непосредственного выдавливания, в процессе ко-
торого болванку горячего металла вставляют в цилиндр и вы-
давливают пуансоном через штамп (операция выполняется
обычно на больших горизонтальных гидравлических прессах),
получая таким образом прутки, профили, трубы или же сравни-
тельно длинные заготовки неправильной формы.
Иногда может вводить в заблуждение слово «холодное». Дело
•в том, что, хотя для данного процесса формоизменения и ис-
пользуются заготовки при температуре производственного по-
мещения, в результате сопротивления внутреннего трения ме-
талла пластическому истечению температура поверхности
изделия поднимается до 200° С и даже выше, а внутри изделия
еще выше, в зависимости от выполняемой операции. Правда,
эта температура все же ниже температуры рекристаллизации,
и поэтому изделие, изготовленное выдавливанием, сохраняет
свои повышенные физические свойства, приобретаемые в ре-
зультате механического упрочнения. Несмотря на эти немногие
недостатки, термин «холодное выдавливание» будет и дальше
использоваться в этой книге, так как он приобретает все более
и более широкое признание.
РАЗВИТИЕ ПРОЦЕССА ВЫДАВЛИВАНИЯ
Выдавливание металла не новый метод холодного формооб-
разования, однако раньше такой способ металлообработки при-
282
Глава 9
менялся почти исключительно для изделий из свинца и изготов-
ления мягких тюбиков для пасты. Так, уже в 1797 г. Джозеф
Бремен получил патент на изготовление туб из свинца и дру-
гих мягких металлов. В 1820 г. Томас Барр сконструировал
гидравлический пресс для выдавливания свинцовых труб. При-
мерно в 1850 г. Вашингтон Уинтворт Шеффилд, зубной врач по
профессии, организовал в Новом Лондоне (США, штат Коннек-
тикут) фирму по изготовлению мягких тюбиков для зубной па-
сты методом холодного выдавливания. Для этой цели изобре-
татель применял винтовой пресс с ручным приводом, причем
матрица такого пресса монтировалась на столе, а пуансой—
на винте пресса.
В дальнейшем процесс выдавливания был применен и для
освинцевания силовых кабелей. В 1894 г. начали впервые при-
менять и в Англии холодное выдавливание меди. После некото-
рых усовершенствований, разработанных и внесенных изобре-
тателем Александером Дикком, этот метод вскоре начали приме-
нять для обработки других более твердых металлов.
Новый метод изготовления трубчатых и полых изделий из
холодного металла выдавливанием был также запатентован
Джорджем У. Ли, который впоследствии продал свои права на
это изобретение сотруднику патентного бюро Лесли Хукеру.
В те времена новый метод нашел широкое применение для из-
готовления латунных патронных гильз и медных труб, хотя сей-
час нет никаких сведений о том, что этот метод был применен
для выдавливания стали в начале деятельности Д. У. Ли и
Л. Хукера. Этот метод обычного прямого выдавливания, кото-
рый и до сих пор еще нередко называют методом Хукера, в
принципе ничем не отличается от немецкого метода выдавлива-
ния, известного под названием «метод Неймаера», не считая,
конечно, новых покрытий, смазок, а также металлов, применяе-
мых для современного процесса выдавливания.
Во время первой мировой войны фирма «Людвиг Леви» со-
вместно с немецкой фирмой «Шломанн К°» изготовила прессы
с большим усилием для холодного формования трубчатых и
других фасонных изделий из твердых медных сплавов. После
первой мировой войны холодным выдавливанием начали изго-
товлять мягкие алюминиевые тубы и цинковые корпуса конден-
саторов. Среди американских патентов, зарегистрированных в
этот период, имеется патент Дж. П. Шеддона (№ 1375426 от
19 апреля 1921 г.) под названием «Пресс для изготовления
стальных труб» и патент Дж. Г. К. Ментля (№ 1819254 от
18 августа 1931 г.)—«Искусство выдавливания холодных ме-
таллов». Однако никаких сведений о том, что какой-либо из
этих двух патентов применялся в производстве, не имеется.
Холодное выдавливание стали
283
Как известно, метод холодного выдавливания стали обычно
считают техническим достижением Германии, относящимся при-
мерно к 1935 г. Однако в действительности этот процесс приме-
нялся уже задолго до этого на машинах для изготовления бол-
тов, сконструированных ещев начале 1930 г. Болт со стержнем,
выдавленный из прутка большего диаметра, приобретает повы-
шенные механические свойства. Кроме того, использование за-
готовки большего диаметра давало возможность получать бо-
лее крупную головку для болта. Вместе с тем следует отметить,
что в области холодной высадки операция холодного выдавли-
вания сводилась целиком к уменьшению площади поперечного
сечения.
Метод холодного выдавливания стали был разработан в Гер-
мании после того, как военная промышленность столкнулась с
необходимостью срочного изыскания нового способа изготовле-
ния прочных металлических изделий, и в частности патронных
гильз, из стали вместо дефицитной латуни, состоящей, как из-
вестно, из меди и цинка, в которых остро нуждалась Германия.
Первые опыты были произведены в 1935 г. Холодный стакан из
мягкой стали был помещен в обычный пресс, оснащенный ин-
струментом для глубокой вытяжки патронных гильз из латун-
ных стаканов толщиной- 15,2 мм. В результате этого опыта уда-
лось получить первую стальную гильзу, правда с трещинами,
большими задирами и с наплывами. При повторном опыте после
дополнительного фосфатирования стальной заготовки процесс
оказался более успешным. Примерно в это же время были из-
готовлены таким способом первые стальные корпуса взрывате-
лей зарядных трубок.
Сразу же после окончания второй мировой войны по ини-
циативе военных кругов и Министерства торговли США в Гер-
манию была направлена специальная комиссия промышленной
технической службы для изучения этого усовершенствования.
В результате такой работы артиллерийское управление США
заключило специальный контракт с фирмой «Хейнц» (в Фила-
дельфии). В контракте, в частности, указывалось, что фирме
поручается поставить правительству известные гильзы и корпу-
са взрывателей, изготовленные методом холодного выдавлива-
ния, и поручается дальнейшее всестороннее исследование ново-
го метода.
По контракту было изготовлено методом холодного выдав-
ливания небольшое количество 20-миллиметровых гильз М97
НЕ и партия корпусов взрывателей Ml на прессе тройного дей-
ствия фирмы «Шулер».
По дополнительному контракту фирма «Хейнц» должна
была разработать технологию изготовления методом холодного
Фиг. 1. Тяжелая операция обратного холодного
выдавливания. Слева показана фосфатированная
стальная заготовка, справа — выдавленное изделие.
Фиг. 2. Четыре операции холодного выдавливания, выпол-
няемые на одном прессе.
Холодное выдавливание стали
285
выдавливания деталей более 'крупного размера из высокоугле-
родистых сталей и стальных сплавов, установить предельную
степень деформации 13а одну операцию, а также исследовать
физические свойства, приобретаемые изделиями в процессе хо-
лодного выдавливания. В ходе выполнения работ, предусмотрен-
ных контрактом и представлявших к тому же большой интерес
для самой фирмы, американские специалисты значительно усо-
вершенствовали новый метод и изготовили холодным выдавли-
ванием 89-миллиметровую ракету и опытный образец 75-милли-
метрового снаряда. На фит. 1 показана сравнительно трудоем-
кая операция обратного выдавливания, выполняемая на заводе
фирмы «Хейнц». Рабочий (слева) устанавливает в штамп сталь-
ную фосфатированную заготовку, отрезанную от круглого бру-
ска. Рабочий (справа) держит в руках готовое изделие, полу-
ченное обратным выдавливанием за один ход пресса. Сравни-
вая длину заготовки с длиной изделия, можно судить о степени
деформации, достигаемой при холодном выдавливании.
Над освоением процесса холодного выдавливания в США
работала также начиная с 1947 г. фирма «Мюллинс 'меньюфек-
чюринг», переименованная теперь в «Янгстаун китченс» и став-
шая филиалом фирмы «Америкен радиэйтор энд стандард сэни-
тари корпорейшн». Эта фирма разработала свою технологию
холодного выдавливания 105-миллиметровых снарядов. На
фиг. 2 показан момент выполнения четырех производственных
операций холодного выдавливания на одном прессе.
О техническом уровне процесса холодного выдавливания,
достигнутом в США уже в первые годы его освоения, свиде-
тельствует следующий любопытный факт: немецкий специалист
в процессе начальной разработки немецкого метода холодного
выдавливания приезжал в декабре 1953 г. в США для ведения
переговоров с американской фирмой «Мюллинс меньюфекчю-
ринг» по поводу приобретения лицензии'на право применения в
странах Западной Европы новой фирменной технологии холод-
ного выдавливания, известной под названием «процесс Колд-
фло». Лицензия, полученная от американской фирмы, давала
право немецкой фирме применять процесс Колд-фло во всех за-
падноевропейских странах.
В 1949 г. американская фирма «Браун инжиниринг» впер-
вые начала изготовлять методом холодного выдавливания раз-
личные стандартные изделия и в том числе корпуса автомобиль-
ных выключателей и колец подшипников. В 1955 г. фирма
«Версон оллстил пресс» организовала на своем заводе в Чикаго
специальное централизованное научно-исследовательское бюро
для дальнейшей разработки технологии холодного выдавлива-
ния стали и усовершенствования прессового оборудования и
286
Глава 9
инструмента для изготовления стандартных стальных изделий
новым методом. В процессе этой работы фирма уже изготовила
двадцать специальных прессов, снабженных особыми механиз-
мами, вращающими матрицы под пуансонами, предназначенны-
ми для изготовления холодным выдавливанием толкателей гид-
равлических клапанов.
ПРЕИМУЩЕСТВА И НЕДОСТАТКИ ПРОЦЕССА
ХОЛОДНОГО ВЫДАВЛИВАНИЯ
Можно смело утверждать, что основное преимущество про-
цесса холодного выдавливания заключается в том, что он обес-
печивает значительную экономию средств. При этом степень
экономичности данного метода в основном зависит от конструк-
ции изделий, изготовляемых выдавливанием, а также способа
обработки этих изделий и от количества изделий. При холод-
ном выдавливании устраняются полностью или же снижаются
до минимума потери металла в стружку и чрезмерный облой
так как весь или почти весь металл исходной заготовки остается
в готовом изделии, тогда как при изготовлении таких же дета
лей обычными методами 75% металла и даже больше теряется
в виде отходов в процессе производства, пока исходное сырье
не получит форму готового изделия.
Хотя для некоторых выдавливаемых изделий заготовки и
вырубаются из листового проката, в отдельных случаях можно
дополнительно снижать количество отходов за счет применения
заготовок, отрезанных или отпиленных от круглого проката, а
также заготовок, получаемых холодной высадкой из прутка.
Например, подсчитано, что скрап, образовавшийся в результа-
те механической обработки 100 миллионов 105-миллиметровых
снарядов, изготовлявшихся во время второй мировой войны из
поковок, составил в общей сложности 100 000 т. Если бы все
эти снаряды были изготовлены методом холодного выдавлива-
ния, количество скрапа не превысило бы 40 000 т. Таким обра-
зом, используя новый метод металлообработки, можно было бы
сэкономить 60% дефицитного металла; 155-миллиметровый сна-
ряд весом 34,58 кГ, изготовлявшийся ранее из горячей поковки
весом 54,42 кГ, в настоящее время выдавливается из заготовки
весом всего лишь 35,38 кГ, т. е. коэффициент потерь металла
снижается до 2,2%. На фиг. 3 наглядно показано, насколько
велика экономия металла, получаемая в результате холодного
выдавливания изделия, изготовлявшегося ранее из горячей по-
ковки механической обработкой.
Другое значительное преимущество метода холодного вы-
давливания заключается в том, что в некоторых случаях можно
Холодное выдавливание стали
287
использовать более дешевое -сырье, получая таким образом до-
полнительную экономию на 'стоимости металла. Для холодного
Холодное выдавливание
Обычный метод
Фиг. 3. Справа — изделие, выдавленное из горячекатаного прутка (эконо-
мия металла составляет более 1,6 кг на каждое изделие), слева то же
изделие, изготовленное способом механической обработки из поковки.
Обычный метод
Холодное выдавливание
1
50,0мм
Вес 0,777кг
50, в мм-
Перерезанные
волокна
Непрерывные
волокна
*— 44,1мм
Вес 0,339кг
52,5мм
Т
t
Холоднотянутый
пруток
Гарячеката ный Изделие
пруток
Фиг. 4. Для холодного выдавливания вместо горячекатаного прутка
можно зачастую использовать холоднотянутый пруток, сберегая при этом
почти \кГ металла при изготовлении каждого изделия.
выдавливания можно нередко использовать простой горячеката-
ный пруток или проволоку (катанку), устраняя таким путем
затраты на последующие дополнительные прокатные операции.
На фиг. 4 показано, как можно заменять холоднотянутый пру-
288
Глава 9
ток горячекатаным металлом, применяя метод холодного вы-
давливания вместо механической обработки. Кроме этого,
благодаря положительному изменению физико-механических
свойств в результате механического упрочнения и направленно-
сти линий сдвига металла зачастую имеется возможность ис-
пользовать малоуглеродистые и ореднеуглеродистые сорта ста-
ли для изтотовления изделий, от которых требуются такие фи-
зико-механические свойства, которые обычно обеспечивают
только высокоуглеродистые или легированные стали после тер-
мической обработки. Практически установлено, что сталь марки
SAE-1010 после холодного выдавливания 'при степени деформа-
ции 80% приобретает предел прочности при разрыве 80,8 кг/мм2
и даже больше и предел текучести больше 70 кг/мм2 (при сте-
пени пластической деформации 0,2%).
ХОЛОДНОЕ ВЫДАВЛИВАНИЕ И ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ
СВОЙСТВА ИЗДЕЛИЙ
В таблице приводятся механические свойства сталей некото-
рых марок по данным, полученным фирмой «Хейнц». В общем
за счет механического упрочнения в процессе холодного выдав-
ливания малоуглеродистых и среднеуглеродистых сортов ста-
лей предел прочности при растяжении и предел текучести этих
сталей повышается соответственно на 30—120% и на 100—
300% в зависимости от степени деформации. При этом происхо-
дит не только поверхностное упрочнение изделия, но повышается
и прочность стенок его по всей толщине на 60—150%. Отно-
сительное удлинение снижается на 20—90%, площадь попереч-
ного сечения уменьшается на 20—60%. При более высоких сте-
пенях деформации после первоначального резкого снижения
возможно повышение предела текучести в результате образова-
ния продольных волокон. Физико-механические свойства, при-
обретаемые металлом в результате холодного выдавливания,
зависят также от изменений, имеющих место в процессе старе-
ния. Вместе с тем обычная продолжительная выдержка при
комнатной температуре или кратковременное периодическое
нагревание до температуры, не превышающей температуры ре-
кристаллизации, полностью восстанавливает физические свой-
ства, приобретенные металлом в результате холодного выдав-
ливания. Вследствие небольшого повышения температуры в
процессе выдавливания повышается степень упрочнения, подоб-
но упрочнению за счет механического старения, однако этот
эффект зависит от времени.
Приблизительное соответствие показателей твердости и фак-
тического предела прочности металла при растяжении не
Холодное выдавливание стали
289
Таблица
Механические свойства сталей до и после холодного выдавливания
Сталь До выдавливания Степень обжатия в холодном состоянии1), % После выдавливания
средняя твердость, RB предел прочности при растя- жении, кг/мм2 предел текучести (степень пластической деформации 0,2 %) удлинение (на 5,8 см), % уменьшение площади попе- речного сечения, % средняя твердость, RB предел прочности при растя- жении, кг /мм2 предел текучести (степень пластич. деформации 0,2 %) удлинение (на 5,8 см), % уменьшение площади попе- речного сечения, %
1010 58 36,28 25,28 44 73 40 88 65,16 59,97 16 55
спокойн. 60 95 71,05 67,76 16 50
75 95 77,83 72,03 15 49
1020 57 40,78 28,30 38 62 40 92 73,68 71,16 9 36
60 95 81,03 80,47 9 35
70 100 86,65 86 .09 11 41
1035 .... 59,06 35,15 30 .... 115,30 112,84 5,5 19,4
1040 81 52,52 34,98 35 66 20 94 77,44 68,86 14 45
40 99 88,41 79,13 12 41
4140 93 66,79 49,47 26 57 .... 125,46 111,79 12 43
4615 72 49,92 32,62 34 65 40 98 77,83 70,36 8 22
60 101 90,13 84,47 10 31
5120 74 53,96 33,57 32 44 40 99 81,49 72,91 16 56
60 102 91,01 84,46 16 53
5130 .... 62,57 38,67 28 .... .... 110,38 81,20 12 43
6120 .... 52,73 38,67 32 .... 101,24 80,85 14 52
8620 81 54,66 39,28 31 62 .... 109 101,49 । 88,34 14 52
8630 83 •57,48 37,97 29 59 .... 120,23 116,96 12 46
8730 .... 68,90 47,50 25 .... .... 108,27 111,95 17,5 51
9 Цифровые значения в этой графе указывают на то, что данная сталь подверга- лась однократному прямому выдавливанию. Если цифровых значений нет, сталь под- вергалась последовательным операциям, включая обратное выдавливание, прямое вы- давливание и межоперационный отжиг.
является характерным для изделий, получаемых способом холод-
ного выдавливания, так как предел прочности при растяжении
измеряется в продольном, а твердость в поперечном направле-
ниях. Кроме того, предел прочности при растяжении не одина-
ков для разных частей изделия. Это объясняется тем, что во-
локна в центре изделия только удлиняются в процессе выдавли-
19 Ч. Уик
290
Глава 9
вания, тогда как волокна, расположенные ближе к стенкам, де-
формируются в различных направлениях.
Специальные испытания 155-миллиметровых снарядов, изго-
товленных холодным выдавливанием, проведенные в арсенале
Франкфорда, показали, что твердость выдавливаемых изделий
почти одинакова (отклонения не превышают ±0,4 RB). Это по-
казывает, что в процессе холодного выдавливания (вытяЖки)
все изделия без исключения получают сплошное упрочнение по
всему сечению. В 'микроструктуре снарядов, изготовленных вы-
давливанием, наблюдается выраженная направленность воло-
кон, тогда как в 'микроструктуре деталей, полученных обычным
методом горячей ковки с последующей механической и терми-
ческой обработкой, наблюдается едва выраженная ориентиро-
ванность волокон. Однако поскольку снаряды подвергаются
трехосному напряжению, то направленность волокон не имеет
существенного значения.
Хотя кованые снаряды и обладают более высоким пределом
прочности при растяжении по сравнению со снарядами, полу-
ченными холодным выдавливанием, однако предел текучести у
последних значительно выше, чем у кованых. Сравнительно не-
большая разница между пределом прочности при растяжении
и пределом текучести является характерной особенностью про-
цесса холодного выдавливания. Судя по результатам измерения
удельного удлинения, кованые снаряды более вязки, чем снаря-
ды, изготовленные холодным выдавливанием (и в продольном
и в поперечном направлениях). Однако, как показали измере-
ния степени деформации, снаряды, изготовленные холодным
выдавливанием, имеют большую вязкость в продольном, а кова-
ные— в поперечном направлениях.
СНЯТИЕ ВНУТРЕННИХ НАПРЯЖЕНИЙ В ИЗДЕЛИЯХ,
ПОЛУЧЕННЫХ ХОЛОДНЫМ ВЫДАВЛИВАНИЕМ
Вязкость изделий, полученных холодным выдавливанием, от
которых не требуются высокие показатели прочности и твердо-
сти, повышается путем снятия внутренних напряжений. Так,
например, чтобы выдержать обусловленную степень удельного
удлинения в 15% на 50 мм длины 105-миллиметрового снаряда,
необходимый предел текучести должен быть равен примерно
45,5 кг!мм7-. При снижении удельного удлинения до 12% холод-
ным выдавливанием можно легко изготовить снаряды с преде-
лом текучести 63,0 кг/мм7. Теперь для холодного выдавливания
снарядов можно использовать малоуглеродистую горячеката-
ную сталь с низким содержанием марганца, и в частности сталь
марки SAE-1010, при этом нет необходимости в повышении со-
Холодное выдавливание стали
291:
держания серы и марганца (0,9—1,0%), требуемых ранее для
последующей 'механической обработки и для обеспечения зака-
ливаемости. В результате во время ’второй мировой войны при
изготовлении 100 млн. 105-миллиметровых снарядов можно
было бы сберечь примерно 12 500 т дефицитного марганца.
Фиг. 5. Характерные для процесса холодного выдавлива-
ния непрерывные ориентированные волокна, обеспечи-
вающие повышенные физические свойства металлу.
На фиг. 5 показана непрерывная волокнистая структура ме-
талла, характерная для процесса холодного выдавливания.,
В полых изделиях сплошные ориентированные волокна связы-
вают основание с боковыми стенками. Кроме того, изделия, из-
готовленные холодным выдавливанием, обладают высокой уста-,
лостной прочностью. Как показали испытания, болты, изготов-
ленные холодным выдавливанием, обладают более высоким
пределом усталости, чем обычные болты, прошедшие термиче-
скую обработку. Это качество является особенно ценным для
тех случаев, когда болты работают в условиях динамических
нагрузок.
Повышенная прочность металлов и ориентированная волок-,
нистая структура в изделиях, изготовленных холодным выдав-
ливанием, дают возможность уменьшать размеры и поперечное
сечение изделия, не снижая при этом его надежности. При вы-
19*
292
Глава 9
давливании устраняется совсем или частично пористость, умень-
шаются отрицательные влияния включений и, в частности, стро-
чечных включений, а также улучшается структура самого зер-
на. Для опыта в заготовках для 105-миллиметровых снарядов
просверливались специальные отверстия диаметром 3,175 мм.
После того как снаряды, полученные выдавливанием из этих
заготовок, были разрезаны пополам, следы «отверстий» удалось
обнаружить только травлением и исследованием под микроско-
пом.
Допуски, выдерживаемые при холодном выдавливании, и
получаемое при этом качество поверхности изделий либо со-
всем устраняют необходимость выполнения последующей меха-
нической обработки, либо снижают ее до минимума.
В результате устранения нескольких операций, естественно,
повышается производительность процесса и снижаются капи-
тальные затраты на рабочую силу и оборудование. Нередко опе-
рация холодного выдавливания заменяет две-три операции вы-
тяжки, одну-две промежуточные термические операции и не-
сколько операций травления и фосфатирования, требующихся
по технологическому режиму.
Производительность процесса холодного выдавливания со-
ставляет обычно 40—100 небольших изделий в минуту (из рас-
чета на один пресс) и до 250 в час средних и более крупных
изделий, благодаря чему снижается себестоимость единицы из-
делия при массовом производстве. В некоторых случаях можно
получать дополнительную экономию, изготовляя способом хо-
лодного выдавливания цельные изделия специальной конструк-
ции взамен сложных сборных изделий, состоящих из поковок,
трубчатых частей, штамповок и т. д., изготовленных на метал-
лорежущих станках.
Чистота поверхности изделий при холодном выдавливании
зависит от степени упрочнения и качества инструмента. С по-
мощью шлифованных и полированных штампов можно полу-
чать детали с чистотой поверхности 0,25—2 мкм, что почти со-
ответствует чистоте, обеспечиваемой черновым хонингованием
(фит. 6). Все вторичные операции, и в частности нарезка резь-
бы, могут быть выполнены инструментами из быстрорежущей
стали. В некоторых случаях благодаря наклепу облегчается
механическая обработка изделий.
При наличии соответствующего прессового оборудования и
высококачественного инструмента можно, не прерывая опера-
ции в течение длительных периодов, изготовлять холодным вы-
давливанием изделия с точными допусками. Из заготовок, отре-
занных от стального горячекатаного, обычно не совсем точно
круглого прутка, можно получать холодным выдавливанием
Холодное выдавливание стали
293
. Профиль поверхности
Фиг. 6. Микропр.офили поверхностей изде-
лий, получаемых в результате обработки
различными производственными методами.
Чистота поверхности при холодном выдавлива-
нии зависит главным образом от качества
инструмента.
Увеличение по вертикали 1000: 1, по горизон-
тали 100 : 1.
1 — чистовая обточка, чистота поверхности
2 — 7,5 мкм; 2 — шлифование, чистота поверхности
0,5—2,5 мкм; 3 — процесс холодного выдавлива-
ния, чистота поверхности 0,25—2 мкм; 4 — чер-
новое хонингование, чистота поверхности 0,12—
0,87 мкм.
строго цилиндрические детали, выдерживая концентричность с
точностью до ±0,012 на 25 мм диаметра. Более подробно во-
прос о допусках будет рассмотрен в следующей главе вместе с
вопросом конструирования деталей для изготовления холодным
выдавливанием.
ПРИМЕНЕНИЕ ХОЛОДНОГО ВЫДАВЛИВАНИЯ
Процесс холодного выдавливания применяется преимущест-
венно для изготовления сплошных или полых цилиндрических
изделий, а также изделий других форм, незначительно отличаю-
щихся от цилиндрических и, в 'Частности, шестигранных, квад-
ратных и других .многогранных изделий. Кроме того, способом
холодного выдавливания можно получать изделия разной кон-
294 Глава 9
струкции. Если при изготовлении изделий другими методами, в
'частности вытяжкой, можно получать изделия с боковыми стен-
ками одинаковой толщины по всей длине, то при холодном вы-
давливании площадь поперечного -сечения боковых стенок мож-
но изменять по их длине. Кроме того, при других методах
формоизменения давление пуансона, оказываемое на заготовку,
производит ограниченную 'степень деформации вследствие кон-
центрации местных напряжений. В процессе холодного выдав-
ливания, напротив, возможны весьма большие изменения
формы.
Холодным выдавливанием можно изготовлять также некон-
центричные детали и изделия со стенками неравномерной тол-
щины. Однако такие операции являются скорее исключением,
чем правилом, так как при выдавливании таких изделий ин-
струмент подвергается неравномерному давлению. Если это не
учтено при конструировании инструмента, неравномерные дав-
ления могут вызвать разрушение инструмента.
К другим недостаткам процесса холодного выдавливания
можно отнести также и то, что при применяемой в настоящее
время технологии и современном инструменте холодным вы-
давливанием можно изготовлять изделия только некоторых
определенных форм, нескольких размеров и с ограниченным
отношением длиньг изделия к диаметру. К тому же сравнительно
высокая стоимость оборудования и оснастки обычно позволяет
применять процесс холодного выдавливания только в условиях
массового производства. С точки зрения экономичности приме-
нение процесса холодного выдавливания может быть оправдан-
ным при изготовлении 1000—10 000 крупных изделий и мини-
мум 50 000 изделий диаметром 5 мм и меньше в месяц.
Все эти расчеты, конечно, весьма приблизительные и отно-
сятся преимущественно к изготовлению изделий простой формы.
Окончательное суждение при выборе соответствующего произ-
водственного метода для изготовления определенных изделий
можно выносить только на основании тщательной оценки требо-
ваний, предъявляемых к качеству продукции, и учета всех
технико-экономических факторов.
Бесспорно, что стоимость инструмента для процесса холод-
ного выдавливания ниже стоимости инструмента для отливки в
постоянные формы или литья под давлением, глубокой вытяжки
и горячей объемной штамповки, однако вследствие высоких на-
пряжений инструмент для холодного выдавливания изнаши-
вается быстрее. По сравнению с обычными вытяжными штам-
пами инструмент для холодного выдавливания может быть
несколько дороже, однако при изготовлении простых цилиндри-
ческих стаканов стоимость его снижается.
Холодное выдавливание стали
295
Цилиндрические детали, имеющие сравнительно толстые
днища и стенки, проще и дешевле изготовлять холодным выдав-
ливанием, чем вытяжкой. Дно выдавливаемых изделий может
быть любой требуемой толщины, независимо ют остальных раз-
меров. Тонкостенные стаканы сравнительно большого диаметра
и с тонким дном, наоборот, более выгодно изготовлять вы-
тяжкой. При выборе соответствующего метода изготовления не-
малое значение имеет стоимость исходного сырья, так как
потери при вытяжке листового металла достигают 40% и
более.
Еще один недостаток процесса холодного выдавливания за-
ключается в том, что в настоящее время этим методом пока
еще нельзя изготовлять изделия из некоторых высоколегирован-
ных сталей, требующих высоких давлений. Однако в результате
появления все более и более усовершенствованных прессов, ин-
струментальных материалов, смазочных составов и новых тех-
нологических приемов можно вполне рассчитывать на то, что
методом холодного выдавливания будут обрабатывать все боль-
шее и большее число легированных сталей и даже новые сверх-
прочные металлы. При холодном выдавливании любой внутрен-
ний дефект в исходном металле может привести к браку. Так,
например, шлаковые включения и примеси могут вызвать раз-
рывы или же привести к образованию складок и трещин. Одна-
ко при точном соблюдении технологического режима выдавли-
вания изделий из технически чистой стали практически никаких
неполадок не наблюдается.
Неравномерная степень деформации по длине изделия мо-
жет привести к образованию неравномерной твердости и воз-
никновению внутренних напряжений. Эти дефекты до известной
степени можно устранять путем снятия остаточных напряжений
отжигом при низкой температуре.
Применение неудачной смазки, а также плохого инструмен-
та (или-того и другого вместе) приводит обычно к перекрестно-
му растрескиванию или же к образованию тончайших пере-
крестных трещин на поверхности сильно упрочненных зон. Это
указывает на высокую скорость течения внутренних слоев ме-
талла в результате поверхностного трения или же является
следствием применения плохого инструмента, в результате чего
снижается прочность выдавленного изделия, получившего пло-
хие физические свойства.
Прерванное течение, или фактический разрыв металла, но-
сящий в серьезных случаях название «застойной зоны», обна-
руживают с помощью травления и исследования под микроско-
пом. Такие, неполадки обычно устраняются улучшением смазки
или же изменением конструкций инструмента.
296
Глава 9
СПОСОБЫ ВЫДАВЛИВАНИЯ
Холодное выдавливание стали выполняется тремя способа-
ми: прямым, обратным и комбинированным, представляющим
собой сочетание прямого и обратного выдавливания. В процес-
се обратного выдавливания, как показано на фиг. 7, металл под
силовым воздействием течет в направлении, противоположном
движению пуансона. По мере того как движущийся пуансон
Изделие
Закаленная
вставка
Литой или
кованый бандаж
Головка пресса
Выталкиватель'/
Матрица из
и нструментальнои
стали
Конусность 1-2°
Фиг. 7. Комплект инструмента для процесса обрат-
ного выдавливания.
На закаленную вставку насаживается вгорячую бандаж.
пресса
давит на заготовку, помещенную в закрытый (или свободный)
штамп ограниченный в основании выталкивателем или упор-
ным штифтом, металл перемещается вверх через зазор между
пуансоном и матрицей, называемой обычно проходным очком.
Толщина стенки выдавливаемого изделия соответствует при-
близительно 'ширине зазора между рабочей поверхностью пуан-
сона и внутренней полостью матрицы, тогда как толщина дна
детали обеспечивается заданной длиной хода ползуна^ пресса
(толщина дна регулируется путем изменения вертикального по-
ложения пуансона в нижней мертвой точке хода пресса). При
этом толщина дна не зависит от толщины стенок. На фиг. 8 по-
казана заготовка и типовая деталь, полученная выдавливанием.
Способом обратного выдавливания изготовляются преимущест-
венно изделия симметричной формы с закрытым дном, в част-
ности такие, как стаканы с цилиндрическими, конусными и дру-
Холодное выдавливание стали
297
гими отверстиями, а также изделия с внутренними выступами
или ступицами. Обратное выдавливание обеспечивает меньшую
степень удлинения, чем прямое, и к тому л^е допускает только
Фиг. 8. Заготовка (слева) и типовое изде-
лие, изготовленное из этой заготовки спо-
собом обратного выдавливания.
Фиг. 9. Типовой комплект инструмента
для прямого выдавливания. Пуансон
снабжен сквозным каналом для проник-
новения воздуха в увеличивающуюся в
процессе выдавливания полость изделия.
1 — головка пресса; 2 — матрица из инстру-
ментальной стали; 3 — конусность 1—2°;
4— закаленная вставка; 5 — литой или ко-
ваный бандаж; 6 — основание пресса; 7 — из-
делие.
ограниченную величину обжатия и лимитированное отношение
диаметра пуансона к его длине, влияющее, как известно, на
продольный изгиб при большой нагрузке на пуансон.
ПРЯМОЕ ВЫДАВЛИВАНИЕ
При прямом выдавливании, как показано на фиг. 9, металл
течет под силовым воздействием через матрицу в одном на-
правлении с движением пуансона. Сдавливая заготовку, плот-
но вставленную в матрицу, движущийся пуансон выдавливает
298
Глава 9
Фиг. 10. При прямом выдавливании металл в из-
делии течет под силовым воздействием в направ-
лении движения пуансона.
А — две стадии прямого выдавливания цельного изде-
лия; В — три стадии изготовления пустотелого изделия
прямым выдавливанием.
металл через очко в основании матрицы, причем металл течет
на значительном расстоянии впереди торца пуансона. При вы-
давливании цилиндрических и трубчатых изделий выступ пуан-
сона, или калибрующий поясок, играет фоль оправки, контрол и-
Холодное выдавливание стали
299
рующей толщину стенок и внутренний контур выдавливаемого
изделия. Металл течет из матрицы (перед пуансоном) со ско-
ростью, превышающей скорость движения ползуна пресса,
при этом скорость течения металла возрастает прямо про-
порционально уменьшению площади поперечного сечения и уве-
личению длины выдавливаемого изделия. Благодаря тому что
цлина пуансона не зависит от длины выдавливаемого изделия,
пуансон можно изготовлять коротким и массивным.
Фиг. 1,1. Монолитное изделие справа, получен-
ное прямых^ выдавливанием в две операции из
заготовки, показанной слева.
На фиг. 10 показаны инструмент для прямого выдавливания
сплошных деталей (Л) и штамп для прямого выдавливания
трубчатых деталей с закрытым концом (В). Сплошная деталь,
показанная на фиг. 1L справа, изготовлена прямым выдавлива-
нием за две операции из заготовки, показанной -слева. При пря-
мом выдавливании наружные диаметры изготовляемых изделий
соответствуют диаметрам калибрующих поясков на внутренней
полости матриц. Заготовки, из которых выдавливаются трубча-
тые детали с толстым дном, обычно предварительно углубляют-
ся способом обратного выдавливания, калиброванием, вытяж-
кой или же каким-либо другим способом. Как уже говорилось
ранее, выступ на пуансоне, или калибрующий поясок, вдвигаясь
внутрь стакана, слепка раздает его, пока уступ не начнет да-
вить на край стакана, выдавливая таким образом металл через
кольцевой зазор -между пуансоном и матрицей. Толстый выступ,
остающийся обычно на верхнем конце выдавливаемого изделия,
после того как ползун пресса доходит до нижней мертвой точки,
можно, если это необходимо, удалять, продавливая изде-
300
Г л а в а 9
лие через матрицу во время следующего рабочего цикла. Для
этого пуансон выходит из матрицы и в штамп закладывается
новая заготовка. При следующем ходе ползуна вниз изделие
выталкивается из матрицы, имея при этом стенки равномерной
толщины.
Прямой способ выдавливания применяется обычно для изго-
товления тонкостенных трубчатых изделий с массивными флан-
цами, прямых трубчатых изделий значительной длины, много-
ступенчатых изделий с различными диаметрами и с цилиндри-
ческими, коническими и другими, в том числе многогранными
отверстиями. При прямом выдавливании достигается исключи-
тельно большая степень деформации с затратой меньших уси-
лий, чем при обратном. В настоящее время осваивается способ
прямого выдавливания, при котором достигается уменьшение
площади поперечного сечения до 98%. В общем способ прямого
выдавливания имеет особые преимущества при изготовлении
изделий в форме стаканов диаметром от 25 мм и более, так как
при выдавливании изделий меньшего диаметра прямым спосо-
бом возникают слишком высокие напряжения в инструменте.
Если при прямом выдавливании изделий из алюминиевых
сплавов отношение длины готового изделия к диаметру может
достигать 200 : 1 и более, то для стали это отношение обычно
не превышает 6: 1 за одну операцию, так как в этом случае
большие усилия выдавливания затрачиваются на преодоление
трения. При выдавливании стальных изделий прямым способом
успешно достигается отношение длины к диаметру 20:1, однако
при таких операциях основная трудность заключается в обеспе-
чении прямизны готового изделия.
Прямое выдавливание применяется иногда как дополнитель-
ная операция для удлинения изделий, изготовленных обратным
выдавливанием. В других случаях, в частности при изготовле-
нии сложных фасонных изделий, одновременно применяется
прямое и обратное выдавливание. В процессе комбинированного
выдавливания, как показано на фиг. 12, неподвижный пуансон
выступает вверх из основания матрицы, тогда как другой пуан-
сон, двигаясь вниз, давит на металл, принуждая его к истече-
нию в обоих взаимно-противоположных направлениях.
Способом прямого выдавливания можно также изготовлять
стержни и сплошные изделия других форм. В частности, детали
с коническими стенками изготовляются выдавливанием при по-
мощи пуансона с конусной головкой, который, опускаясь, посте-
пенно уменьшает размер кольцевого зазора, образующегося
между пуансоном и матрицей, обеспечивая таким образом по-
стоянный наружный и уменьшающийся внутренний диаметры
выдавливаемого изделия.
Холодное выдавливание стали
301
Прямое выдавливание, получившее название процесса Хуке-
ра, иногда неправильно принимают за ударное выдавливание,
тогда как в принципе ударным выдавливанием обычно счи-
тается способ обратного выдавливания, применяемый преиму-
щественно для обработки цветных металлов. Многие специали-
сты вполне обоснованно рассматривают ударное выдавливание
Фиг. .12. Несколько образцов изделий, изготовленных комбиниро-
ванным способом прямого и обратного выдавливания, при котором
металл течет по направлению движения пуансона и в противопо-
ложном направлении.
как частный случай быстрого процесса обратного выдавлива-
ния, характеризуемого неглубокой матрицей и наличием весьма
непродолжительного контакта пуансона с матрицей. Энергия
движущегося металла, образующаяся за счет движения пуансо-
на, принуждает металл к обратному течению при отсутствии
тормозящего действия стенок матрицы.
МАКСИМАЛЬНАЯ ВЕЛИЧИНА ДЕФОРМАЦИИ
Верхний предел возможной пластической деформации стали,
подвергающейся холодному выдавливанию, пока еще не достиг-
нут. Непрерывное усовершенствование процесса холодного вы-
давливания, наблюдавшееся в истории развития этого метода
металлообработки, проходило главным образом за счет кон-
струирования новых более мощных прессов повышенной жест-
кости, повышения качества материалов и улучшения конструк-
ции инструмента для пластической обработки металлов давле-
нием при более высоких давлениях. Существенное влияние на
развитие процесса оказали также и успехи, достигнутые в обла-
сти разработки новых составов для покрытия и смазки поверх-
ности изделий.
302
Глава 9
Степень деформации (в %) при холодном выдавливании
обычно определяется по формуле
^хюо,
где F — площадь поперечного сечения заготовки; f — площадь
поперечного сечения готового изделия.
В практике холодного (как прямого, так и обратного) вы-
давливания малоуглеродистых сталей, и в частности сталей
марки SAE-1010 и 1020, достигаемая степень деформации со-
ставляет 50—70%. Однако при некоторых производственных
операциях степень деформации стали достигает 78%, тогда как
в лабораторных условиях уже сейчас достигнуты степени дефор-
мации, превышающие 85%. С увеличением содержания углеро-
да в стали степень деформации Понижается. Понижается также
предельная степень деформаций и в тех случаях, когда твер-
дость деталей, изготовляемых выдавливанием, увеличивается
до 90—100 RB. Необходимые дополнительные утонения в из-
делиях обычно приходится выполнять с помощью вторичной
операции выдавливания после отжига изделия.
Как глубина проникновения пуансона в заготовку, так и
длина изготовляемого изделия не оказывают существенного
влияния на степень деформации при выдавливании. При обрат-
ном способе выдавливания максимальная глубина проникнове-
ния пуансона зависит в основном от формы пуансона, скорости
ползуна пресса и от продольной устойчивости инструмента. До
последнего времени максимальная длина пуансонов, применяе-
мых для холодного выдавливания стали, не превышала пример-
но величины трех диаметров, тогда как для выдавливания не-
которых сплавов алюминия применяются пуансоны длиной в
12 раз больше диаметра. При использовании пуансонов с отно-
шением длины к диаметру >3:1 возникают 'значительные труд-
ности в обеспечении концентричности изделий и предохранения
инструмента от разрушения. Правда, это соотношение может
быть значительно повышено за счет использования инструмента
более совершенной конструкции и применения направляющих
втулок и колонок, повышающих сопротивление пуансона про-
дольному изгибу. В массовом производстве вполне освоено от-
ношение L/D = 5:1 и успешно осваивается отношение 7,5:1.
Однако даже при наличии таких усовершенствований при боль-
шой величине степени деформации (свыше 80%) отношение
длины к диаметру снижается до 4: 1 и даже меньше.
Вследствие того что усилие, требуемое для преодоления по-
верхностного трения, возрастает по мере уменьшения диаметров
Холодное выдавливание стали
303
изделий, существует также и нижний предел диаметра пуансо-
на. В общем допускаемая на инструмент (и особенно на пуан-
сон и пальцы выталкивателя) нагрузка обратно пропорциональ-
на квадрату диаметра пуансона. В результате такого соотноше-
ния, а также вследствие больших потерь на трение наименьшая
величина диаметра пуансонов должна быть примерно 6,35 о
при условии, что пуансон имеет направляющие.
4 ФОРМА ГОЛОВКРЬ ПУАНСОНА
Для обеспечения максимального проникновения при опера-
ции выдавливание головка пуансона должна иметь сравнитель-
но плоские края, так чтобы на конце пуансона постоянно сохра-
нялось достаточное количество смазки на протяжении всего
цикла выдавливания во избежание излишнего истирания ме-
талла пуансона. Слишком острые края головки пуансона скорее
прорезают пленку смазывающего покрытия, допуская таким
образом контакт металла с металлом. Вопрос о форме головок
пуансонов, требующихся для выполнения определенных опера-
ций выдавливания, будет рассмотрен более подробно в после-
дующих главах. Чтобы обеспечить максимальное проникнове-
ние инструмента, требуются также соответствующие эффектив-
ные меры для устранения известных факторов, увеличивающих
горизонтальные составляющие сил, действующих на пуансон.
Так, в частности, углубления в заготовках для захода инстру-
мента обеспечивают более точную начальную установку пуансо-
на, а применение направляющих обеспечивает сохранение па-
раллельности пуансона и матрицы при высоких давлениях. Кро-
ме того, конечно, необходима также продольная жесткость
пресса и инструмента.
Теоретически при наличии идеальных оснастки, конструкции
инструмента и смазки способом прямого выдавливания можно
изготовлять сплошные изделия почти любой длины. Практиче-
ски же прямым выдавливанием можно изготовлять изделия
длиной, не превышающей 24 диаметров заготовки. Однако даже
в этом случае выдавливание можно считать как исключение,
достижимое только .при изготовлении сплошных изделий. Пре-
дел прочности при растяжении калибрующей части пуансона и
силы трения не позволяют достигать таких результатов при вы-
давливании стаканов и трубчатых изделий.
В этом случае прямым выдавливанием можно изготовить за
одну операцию стакан с отношением длины к диаметру 5: 1
и 6: 1,
ГЛАВА 10
ВЫБОР МАТЕРИАЛОВ И КОНСТРУИРОВАНИЕ
ИЗДЕЛИЙ ДЛЯ ХОЛОДНОГО ВЫДАВЛИВАНИЯ
Процесс холодного выдавливания применяется для обработ-
ки большинства углеродистых сталей с содержанием приблизи-
тельно до 0,60% углерода, тогда как в лабораторных условиях
методом холодного выдавливания обрабатываются стали, со-
держащие 1,2% углерода. Однако, как правило, методом холод-
ного выдавливания обрабатываются преимущественно мало-
углеродистые и среднеуглеродистые стали, и в частности стали
таких марок, как SAE-1006, 1008, 1010, 1012, 1015, 1018, 1020,
1025, 1028 и 1040. Присущее высокоуглеродистым сталям свой-
ство быстрого упрочнения ограничивает степень пластической
деформации, достигаемую обычно при обработке давлением ма-
лоуглеродистых сталей без/отжита.
Разумеется, что при высоких степенях деформации наиболее
пригодной будет сталь с наименьшим начальным показателем
предела текучести и с наибольшей разностью между величина-
ми предела текучести и предела прочности. Однако выбор наи-
лучшей марки стали с точки зрения наибольшего соответствия
условиям в каждом отдельном случае зависит от того, какое
конечное назначение имеет данное изделие. Различия в химиче-
ском составе и физических свойствах выбранных сталей оказы-
вают непосредственное влияние на предел текучести и пластич-
ность, а также на величину давлений, требующихся в процессе
выдавливания. Чтобы выбрать наилучший и наиболее дешевый
материал для изготовления определенного ассортимента изде-
лий, необходимо прежде всего тщательно произвести оценку
этой работы и, если нужно, внести соответствующие конструк-
тивные изменения.
Если требуются изделия с умеренными физическими свой-
ствами и мелкозернистой структурой, они могут быть изготов-
лены способом холодного выдавливания из малоуглеродистой
стали. В этом случае требуются значительно меньшие давления
и в меньшей степени проявляется тенденция к упрочнению. Если
такие изделия должны иметь твердую поверхность, их можно
хромировать или подвергать поверхностной закалке. Физиче-
ские свойства таких изделий можно улучшить путем чередова-
ния циклов холодного выдавливания и отжига.
Выбор материалов и конструирование изделий
305
Способом холодного выдавливания можно успешно обраба-
тывать также и легированные стали и, в частности, некоторые
молибденовые стали серий 4000 и 4100, хромистые стали серии
5100, хромованадиевые стали серии 6100, а также стали трой-
ной лигатуры серий 8600 и 8700 с пределом прочности при рас-
тяжении 52,5 кг/мм2 и выше. Можно обрабатывать также и не-
ржавеющие стали некоторых марок, в частности сталь 304.
Стали аустенитного класса труднее поддаются холодному вы-
давливанию, чем стали ферритного класса, так как по своим
физическим свойствам они в процессе пластической деформации
быстрее упрочняются. Известны также эксперименты по холод-
ному выдавливанию стали марки SAE-52100. Пригодность дан-
ного сорта стали для эффективной обработки способом холод-
ного выдавливания устанавливается опытным путем при помощи
осадки образца в специальном недорогом штампе. Если на ис-
пытуемом образце нет видимых трещин и изломов, сталь счи-
тается обычно пригодной для холодного выдавливания.
Известно также, что с увеличением содержания углерода по-
вышается твердость стали и снижается ее вязкость и, следова-
тельно, увеличивается давление, необходимое для выполнения
операции выдавливания. Поэтому процесс холодного выдавлива-
ния применяется преимущественно для обработки сталей с со-
держанием углерода, не превышающим 0,30%. При содержании
в стали кремния свыше 0,10% и марганца свыше 0,80% сни-
жается ее пластичность при холодном выдавливании и повы-
шается наклеп. Отрицательные влияния оказывает также содер-
жание меди в количестве, превышающем 0,25%, так как при
этом повышается предел прочности при растяжении, ухудшается
состояние поверхности и появляется опасность выпадения меди
в раствор при травлении. Алюминиевая присадка, обеспечиваю-
щая противоусталостные свойства материалу, может быть уве-
личена до 0,10% и больше без каких-либо вредных последствий.
Так как содержание хрома и никеля в количествах больше
0,10% снижает вязкость стали, то повышение содержания этих
элементов считается нежелательным. Чем 'меньше содержится
в стали серы и фосфора, тем лучше, так как при высоком про-
центном содержании серы возникают чрезмерное растрескива-
ние и разрыв металла.
ИСХОДНЫЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ ХОЛОДНОГО
ВЫДАВЛИВАНИЯ
Для холодного выдавливания используется преимущественно
нормальной точности горячекатаный круглый пруток с алюми-
ниевой присадкой, не подверженный старению и, как правило,
20 Ч. Уик
306
’Глава 19
протравленный и смазанный маслом. (Стали, не подверженные
старению, содержат достаточное 'количество карбидообразую-
щих присадок, в частности ванадия и титана, для надежной
«фиксации» содержащегося углерода.) Однако стали, содержа-
щие только небольшое количество алюминия, ванадия или тита-
на, зачастую также называют «нестареющими», или «стабилизи-
рованными». Упрочнение при старении не считается слишком
вредным свойством, так как температуры, возникающие в про-
цессе выдавливания, обычно не настолько высоки, чтобы довести
материал до состояния «синеломкости». Однако упрочнение при
старении оказывает иногда существенное влияние на свойства
готового изделия, подвергавшегося значительному формоизме-
нению, так как в результате этого может понизиться вязкость
и увеличиться прочность металла.
Нестареющие сорта /стали с алюминиевой присадкой особен-
но пригодны для изготовления холодным выдавливанием изде-
лий, подвергающихся в процессе эксплуатации высоким удар-
ным нагрузкам. Для выдавливания изделий, подвергающихся
менее высоким нагрузкам, иногда вполне пригодны кипящие
кремнистые стали со свойствами, требующимися для глубокой
вытяжки, холодной высадки или же цементации. Изделия, под-
вергающиеся в дальнейшем значительной механической обра-
ботке, также изготовляют холодным выдавливанием из авто-
матной стали.
В большинстве случаев закаты и волосовины на поверхности
прутка снимаются шлифовкой. Когда же поверхностные дефек-
ты могут оказывать отрицательное влияние на качество изде-
лия, вместо горячекатаного металла применяется холоднотяну-
тый ‘отожженный прутковый металл. Сталь не должна содер-
жать неметаллических включений и иметь ненаправленную
структуру. ,
В некоторых случаях используют горячекатаную сталь, в
других — отожженную. Однако обычный отжиг не всегда обеспе-
чивает требуемое равномерное распределение карбидов. Поэто-
му, например, при подготовке материала для холодного выдав-
ливания сталь подвергают нормализации при температуре выше
критической примерно на 38° С, выдерживая ее при этой тем-
пературе в течение одного часа из расчета на каждые 25,4 мм
толщины нормализуемого металла. Затем сталь закаливают в
воде, благодаря чему закрепляется равномерное распределение
карбидов, и отжигают при соответствующей температуре для
быстрого размягчения без нарушения мелкозернистой струк-
туры.
Многие фирмы применяют преимущественно перлитные ста-
ли, главным образом с целью повышения пластичности и у стр а-
Выбор материалов и конструирование изделий
307
нения возможного излома в .процессе первоначального деформи-
рования при вытяжке без утонения. Однако это не всегда
экономично, так как для полной сфероидизации требуется про-
должительная термическая обработка и точный контроль. Кро-
ме того, такая структура еще не гарантирует необходимого со-
четания прочно1сти и вязкости в готовых изделиях, полученных
холодным выдавливанием.
Другие фирмы считают, что структура горячекатаной стали,
закаленной при температуре аустенизации и отпущенной при
сравнительно высокой температуре, обеспечивает результаты не
хуже, чем сфероидальная структура сталц. В этом случае рав-
номерное распределение карбидов по всей структуре обеспе-
чивает материалу лучшие свойства.
В общем для максимального снижения требуемого при вы-
давливании усилия сталь должна быть по возможности более
мягкой. Таким образом, чтобы достигнуть оптимальных резуль-
татов при холодном выдавливании, твердость заготовок не дол-
жна превышать 60 RB. При использовании для холодного вы-
давливания более твердых сталей необходимо соответственно
снижать степень деформации.
КАЧЕСТВО И СТРУКТУРА СТАЛИ
Одним из довольно распространенных, но ошибочных мне-
ний является мнение, что для холодного выдавливания можно
использовать стали низкого качества. По этому поводу следует
заметить, что хотя некоторые механические свойства стали и
улучшаются в процессе холодной обработки, однако при этом
качество металла должно быть не ниже среднего и он должен
иметь хорошую структуру. Сталь прежде всего должна быть
технически чистой, нестареющей, иметь хорошую структуру при
отсутствии поверхностных пороков. Окалина, местные поврежде-
ния поверхности, шлаковые включения, сегрегации и другие де-
фекты вызывают трещины по границам зерен и растрескивание
поверхности, а также складки при эффективной обработке дав-
лением в холодном состоянии. Более серьезное значение имеет
качество наружной поверхности для сталей, предназначенных
для обратного выдавливания, так как при прямом выдавлива-
нйи неровности на поверхности заготовки сглаживаются. Однако
такие дефекты, как продольные закаты, необходимо устранять
даже на заготовках и для прямого выдавливания.
Структурное состояние стали существенно влияет также и
на степень деформации стали при холодном выдавливании, при-
чем это в первую очередь относится к специальным и высоко-
го*
308
Глава 10
углеродистым сталям. Обезуглероженная поверхность, рекри-
сталлизованное крупное зерно, плохое распределение цементита,
а также большая разница в зернистости — все это может вы-
звать неполадки в процессе выдавливания. Для обеспечения оп-
тимальных результатов в процессе холодного выдавливания
сталь должна быть однородной, иметь мелкозернистую струк-
туру с размером зерна, не превышающим № 5 американского
стандарта. Хотя для выдавливания изделий из крупнозернистой
стали и требуются меньшие усилия, однако для холодного вы-
давливания применяются преимущественно мелкозернистые ста-
ли, обеспечивающие более высокие прочностные свойства гото-
вого изделия.
При определении соответствия исходного сырья тем конеч-
ным требованиям, которые предъявляются к готовым изделиям,
более важное значение имеет химический состав стали, тогда
как другие его свойства имеют существенное значение для са-
мого процесса. При холодном выдавливании степень пластиче-
ской деформации стали определяет свойства и структуру, кото-
рыми должно обладать исходное сырье. Заготовки, подвергаю-
щиеся интенсивной пластической деформации, должны иметь
зерна строго определенного размера, должны быть отожженны-
ми до сфероидального состояния, иметь минимальное количество
волосовин, сегрегаций, поверхностных дефектов и т. д. Изделия,
подвергающиеся незначительной деформации в процессе холод-
ного выдавливания, можно изготовлять из стандартной техни-
ческой стали.
; КОНСТРУИРОВАНИЕ ИЗДЕЛИЙ , ,
; - ДЛЯ ХОЛОДНОГО ВЫДАВЛИВАНИЯ
; ' Холодным выдавливанием изготовляют преимущественно
сплошные и пустотелые цилиндрические изделия. Наиболее ши-
роко'процесс холодного выдавливания применяется для изготов-
Лёййя цилиндрических деталей с цельным дном. Однако мето-
дой1 холодного выдавливания, кроме цилиндрических изделий,
йбжно изготовлять также различные изделия с отверстиями,
ийёЮЩими овальную, квадратную, шестигранную и многогран-
ную форму. Таким методом можно изготовлять также изделия
одноступенчатые и многоступенчатые с различными поясками,
приливами, канавками, желобами, уступами, ступицами, пере-
мычками, пазами и шестеренными зубьями.
! При изготовлении цилиндрических изделий способом обрат-
нбЬо выдавливания максимальная производительность, способ-
ность к выдавливанию и увеличение срока службы штампа до-
Выбор материалов и конструирование изделий
309
стираются в том случае, если изготовляемое изделие имеет:
1) толщину дна больше толщины стенки в зоне перехода в дни-
ще, 2) прямую внутреннюю стенку; 3) как можно более плос-
кую донную полость (наружная стенка может быть конусной и
ступенчатой).
При прямом способе выдавливания внутреннее отверстие
можно делать прямым, ступенчатым, а также коническим. С точ-
ки зрения равномерного распределения давления на инструмен-
ты проще всего выдавливаются детали симметричного попереч-
ного сечения, однако с помощью инструмента специальной
конструкции выдавливанием можно изготовлять также детали
и несимметричного поперечного сечения. В процессе выдавли-
вания можно изменять толщину стенок изделий, хотя все же
лучше, если толщина стенок постоянная и равномерная.
Изделия, изготовляемые выдавливанием, должны иметь
скругленные углы, поскольку острые края разрушаются вслед-
ствие того, что покрытия и смазка в таких местах теряют свою
эффективность. Обычно холодным выдавливанием невозможно
выполнять поднутрения ни на внутренней, ни на наружной по-
верхности изделия, так как для этого требуется слишком слож-
ный инструмент. В этом случае необходимые поднутрения вы-
полняются при помощи дополнительной операции штамповки
или же механической обработкой.
Если после холодного выдавливания изделия подвергаются
последующей механической обработке, в процессе которой вы-
полняются поднутрение, нарезка резьбы, обрезка по длине или
другие подобные операции, необходимо, чтобы изделия имели
такую конструкцию, при которой было бы возможно один конец
изделия начисто отделывать в процессе выдавливания. В таком
случае этот конец можно использовать для закрепления и вы-
полнять большую часть механической обработки за одну уста-
новку, снижая тем самым себестоимость изделия. Металлы, при-
меняемые для холодного выдавливания, можно обрабатывать и
на резьбонакатных станках, а изделия, полученные выдавлива-
нием, можно сваривать в узлы, а также паять твердым припоем.
Превосходно отделанная поверхность холодновыдавленных из-
делий легко принимает как декоративные, так и предохрани-
тельные химические покрытия.
На фиг. 1 показаны образцы цилиндрических изделий раз-
личной формы, которые можно изготовлять холодным выдавли-
ванием. В верхнем ряду показаны цилиндры с верхними флан-
цами различной формы, а внизу с разными днищами. Показан-
ные на фиг. 2 образцы дают некоторое представление о том,
какое множество различных изделий можно изготовлять холод-
ным выдавливанием.
Фиг. ,1. Несколько вариантов возможных изменений формы концов откры-
тых (верхний ряд) и закрытых (нижний ряд) цилиндров при изготовле-
нии таких изделий холодным выдавливанием.
Фиг. 2. Типовые изделия, которые можно изготов-
лять холодным выдавливанием. Соотношения в таких
изделиях можно изменять в широких пределах.
Выбор материалов и конструирование изделий
311
ОБРАЗЦЫ ИЗДЕЛИИ ХОРОШЕЙ
И ПЛОХОЙ конструкции
На фиг. 3 показано несколько образцов изделий хорошей и
плохой конструкции применительно к процессу холодного вы-
давливания. Слева показаны поперечные разрезы изделий, из
которых видно, что внутренние поверхности разных диаметров
должны быть сопряжены предельно допустимыми закругления-
ми или же коническими переходами. Судя по форме изделия,
показанного в центре, наружные уступы, или фланцы, могут
быть расположены в любом месте по длине его, однако все же
лучше, если они расположены на одном конце. По возможности
Хорошая Плохая Хорошая Отличная Плохая Хорошая Плохая
Фиг. 3. Образцы изделий хорошей, отличной и плохой конструкции
для холодного выдавливания.
размеры внутренних и наружных поверхностей разных диамет-
ров должны увеличиваться в одном направлении, как это по-
казано на фиг. 3 справа. Благодаря этому разница в толщине
стенки сводится до минимума и, кроме того, обеспечиваются
более равномерные линии сдвига.
Существенные преимущества обеспечивает процесс холод-
ного выдавливания в следующих случаях: когда требуется по-
лучить стенки различной толщины .с нулевой конусностью; когда
механические свойства изделия должны быть выше механиче-
ских свойств изделий, изготовленных из горячекатаных угле-
родистых сталей; когда при холодном выдавливании выдержи-
ваются допуски и обеспечивается такое качество поверхности
изделия, что снижается время последующей механической обра-
ботки; когда толщина основания превышает толщину боковых
стенок; когда требуется получить симметричные утолщения,
выступы, углубления, ребра, желоба и т. п.; когда требуются
фланцы на сквозных трубах и на трубах с глухим концом; когда
требуются многоступенчатые поверхности; когда длина изделия
должна быть в<1 —1,5 раза больше его диаметра.
312
Глава 10
ИЗМЕНЕНИЕ КОНСТРУКЦИИ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ
ЦИЛИНДРОВ ПРИМЕНИТЕЛЬНО
К ХОЛОДНОМУ ВЫДАВЛИВАНИЮ
Процесс холодного выдавливания особенно выгоден для мас-
сового изготовления стальных цилиндров, аккумуляторов и дру-'
гих сосудов для жидкостей, сжатого воздуха и газов. После
незначительного изменения их конструкций специально для хо-
лодного выдавливания стоимость изготовления таких деталей
значительно снижается. Фирма «Янгстаун китченс» (входящая
в объединение «Америкен стандард») наладила массовое изго-
товление таких деталей методом холодного выдавливания пос-
ле внесения некоторых изменений в их конструкцию по согла-
сованию с заказчиком..
На фиг. 4,6Z -показана первоначальная конструкция цилинд-
ра низкого давления для сельскохозяйственной машины, состоя-
щего из двух частей. Стальная или чугунная головка монти-
руется на стальной шлифованной и хонингованной трубе. Мас-
ляный канал высверливается в отливке или же формуется с
помощью стержня при отливке. Между двумя частями имеется
кольцевая прокладка.
На фиг. 4,6 показан такой же цилиндр измененной конструк-
ции для изготовления методом холодного выдавливания в виде
цельной детали. В центре цилиндра сделан поршневой упор,
внутри предусмотрен амортизирующий выступ. Впускное отвер-
стие высверливается в толстой головке за одну операцию вместо
двух операций, требовавшихся для цилиндра первоначальной
конструкции. Уменьшился также наружный диаметр головки и
увеличилась длина цилиндра. Так как в цилиндре такой конст-
рукции полностью устраняется возможность утечки, не нужна
кольцевая соединительная прокладка. Кроме того, цилиндр, из-
готовленный выдавливанием, легче по весу и более прочен. Вес
такого цилиндра 7,7 кГ, внутренний диаметр 88,90 мм, наружный
диаметр 98,43 и длина цилиндра 682,65 мм.
На фиг. 5,а показана первоначальная конструкция более
сложного цилиндра. Эта сборная деталь состояла из одинна-
дцати отдельных частей, шесть из которых показаны на фиг. 5.
Такой цилиндр требует точной механической обработки, так
как он работает под давлением 280 кг!см2. Вместо прокладок
между головкой, сменной гильзой цилиндра и цилиндром при-
менялась плотная посадка на резьбе, устранявшая утечку. Один
конец литой головки обтачивался и снабжался резьбой, после
чего в ней высверливалось два отверстия. Труба имела резьбу
на обоих концах и затем собиралась с головкой. Эти две де-
тали соединялись при помощи маслонепроницаемой посадки,
a
Фиг. 4. Цилиндр обычной конструкции (а),
состоящий из трубчатой цилиндрической
части и отдельной головки, и цельный хо-
лодновыдавленный цилиндр (б).
Фиг. 5. Сборный цилиндр (а), состоящий из
шести частей: головки, трубы, цилиндрической
части, сменной гильзы и двух втулок, который
заменяется цельным холодновыдавленным ци-
линдром (б).
314
Глава 10
обеспечиваемой механической обработкой. Затем навинчивалась
сменная гильза, обточенная и снабженная резьбой на одном
конце, в которую впрессовывались две втулки из порошкового
металла и шайба.
Цилиндр измененной конструкции,’ выдавливаемый в виде
цельной детали, показан на фиг. 5,6. Для цилиндра такой кон-
струкции не нужна нарезка на обоих концах трубы, резьба на
Фиг. 6. Цилиндр рулевого управления первона-
чальной конструкции,(а) ц цилиндр измененной кон-
струкции (б) для холодного выдавливания.
одном конце головки, резьба на одном конце направляющей, не
требуется обточка одного концадоловки инаправляющей. К тому
же не надо сверлить, центровое отверстие в головке. Кроме
того, цилиндр измененной конструкции выдерживает более тяже-
лые рабочие нагрузки без утечкй, требуя при этом минималь-
ного ухода. Так как стенку открытого конца можно выдавли-
вать до окончательного'размера, вся механическая обработка
ограничивается сверлением отверстия в торце.
На фиг. 6 показаны цилиндр рулевого управления первона-
чальной конструкции (а) и цилиндр измененной конструкции
(б), приспособленной для холодного выдавливания. Здесь уда-
лось полностью устранить сварку, так как холодное выдавли-
вание дает возможность получать днище почти любого требуе-
мого как внутреннего, так и наружного контура. Для посадки
концевого пружинящего кольца открытый конец цилиндра про-
сто раздается вместо утолщения стенки и обточки наружной
поверхности трубы, требовавшихся ранее.
Выбор материалов и конструирование изделий
315
РАЗМЕРЫ И ОСНОВНЫЕ СООТНОШЕНИЯ
ДЛЯ ИЗДЕЛИИ, ПОЛУЧАЕМЫХ МЕТОДОМ
ХОЛОДНОГО ВЫДАВЛИВАНИЯ
Основную массу всех стальных изделий, изготовляемых про-
цессом холодного выдавливания, составляют детали весом от
нескольких десятков граммов до 6,8 кГ и больше, с наружными
диаметрами от 20 до 203 мм и с внутренними диаметрами до
182 мм. Прямым выдавливанием изготовляются изделия длиной
до 2032 мм, тогда как длина изделий, получаемых обратным вы-
давливанием за один ход, как правило, не превышает четырех
диаметров. Судя по имеющимся данным, предельная доступная
длина за один ход для прямого выдавливания, выражаемая в
виде отношения длины к диаметру, не превышает 24:1. Однако
отсюда совсем не следует, что эти размеры надо считать пре-
дельными. Они взяты из практики и приводятся здесь только
для более полной характеристики современного технического
уровня процесса холодного выдавливания, применяемого в про-
изводственном масштабе для обработки стали.
Процессом холодного выдавливания получают изделия’ с
кольцевым сечением при минимальной толщине стенок^0,508 мм
и внутреннем диаметре до 19 мм; при 0,635 мм и внутреннем
диаметре 50,8 мм; при 1,016 мм и диаметре внутренних отвер-
стий от 38,1 до 76 мм и при толщине стенок 1,905 мм и внутрен-
ренних отверстиях более крупных диаметров.
Как уже было сказано выше, для более свободного течения
металла в процессе выдавливания и для большей стойкости
инструмента соотношение толщины основания и толщины бо-
ковой стенки (в зоне сопряжения дна и стенки) должно быть
не меньше 1:1. В противном случае при изготовлении деталей
обратным выдавливанием в зоне сопряжения может образовать-
ся дефект, носящий название «сдвиговый разрыв». Разрывы
металла образуются вследствие прекращения течения его в
крайних углах донышка и продолжающегося течения вверх в
боковой стенке. При выдавливании изделий с более толс-
тым дном таких положений не возникает. Сдвиговые разрывы
устраняются также закруглением внутреннего угла полости
матрицы.
Это ограничение до некоторой степени преодолевается путем
применения ступенчатых и конических пуансонов, а также пу-
ансонов с закругленной головкой, которые ограничивают тече-
ние металла и увеличивают силы сжатия. Вместе с тем, хотя
такие инструменты и обеспечивают возможность выдавливания
изделий с более тонким основанием, тем не менее этот способ
316
Глава 10
практически эффективен только до известного предела, так как
не всякая смазка выдерживает повышенные давления.
На фиг. 7 показаны основные зависимости для изделий раз-
личной формы, которые значительно дешевле и легче можно
Фиг. 7. Общие соотношения для изделий различных форм, которые
выгоднее и проще всего можно изготовить холодным выдавливанием.
/ — стакан, изготовленный- методом обратного выдавливания; 2 — сплошное из-
делие, изготовленное прямым выдавливанием; 3 — стакан с наружным высту-
пом, изготовленный обратным выдавливанием; 4 — двойной стакан, изготовлен-
ный обратным выдавливанием; 5 — двухконцевое сплошное изделие, изготовлен-
ное прямым выдавливанием за одну операцию (выступы на обоих концах
выдавливаются одновременно); 6 — стакан с внутренними уступами, изготов-
ленный обратным выдавливанием.
изготовить методом холодного выдавливания. Следует напом-
нить, что указанные соотношения не являются ограничениями,
а скорее это рекомендуемые условия, максимально облегчаю-
щие процесс холодного выдавливания. Допуски на толщину
стенок и диаметры выдерживаются с точностью до ±0,025 мм
и менее для изделий малых размеров и до 0,25 мм и более для
крупногабаритных изделий.
Выбор материалов и конструирование изделий
317
Размеры изделий, изготовляемых выдавливанием, не всегда
точно соответствуют размерам матриц ввиду изменения разме-
ров изделия вследствие упругого последействия. Однако при
наличии'матриц точной конструкции и хорошо работающих прес-
сов отклонение от заданных размеров обычно несуществен-
ное, так как прямизна изделия выдерживается, как правило,
в пределах 0,05 мм на каждые 305 мм длины. Концентричность
изделия может быть выдержана с точностью 0,050—0,127 мм.
Труднее всего удается выдерживать допуски на так назы-
ваемые свободнотекущие размеры или допуски на общую длину
изделий, выдавливаемых в матрицах с открытой полостью.
Здесь допуски на общую длину могут быть выдержаны для не-
которых изделий с точностью до 0,25 мм, тогда как для других
изделий удается выдерживать допуски с точностью всего лишь
±4,76 мм. Трудно также выдерживать точные допуски и там,
где размеры получаются в зависимости от относительных поло-
жений матрицы и пуансона (или выталкивателя) и где, следо-
вательно, возможно отклонение от нормального положения
инструмента и элементов пресса. Более точные допуски выдер-
живают в тех случаях, когда размеры обеспечиваются либо
пуансоном, либо матрицей в отдельности. Для большей эконо-
мии точность допусков должна быть наименьшей, так как это
дает возможность периодически полировать пуансоны и мат-
рицы.
ПРОЦЕСС ХОЛОДНОГО ВЫДАВЛИВАНИЯ
И ДРУГИЕ ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ
Чтобы максимально использовать преимущества процесса
холодного выдавливания, обычно необходимо изменять конст-
рукцию изделий, сконструированных ранее для изготовления
каким-либо другим способом. Поэтому, прежде чем применять
процесс холодного выдавливания для изготовления изделий та-
кой же конструкции, необходимо сначала решить вопрос о целе-
сообразности применения этого процесса, а также о том, насколь-
ко он будет экономичен по сравнению с обычным способом из-
готовления таких изделий. На фиг. 8 показано конструктивное
изменение детали применительно к условиям процесса холодно-
го выдавливания. В тех случаях, когда в конструкцию изделий
невозможно внести необходимые изменения, процесс холодного
выдавливания может оказаться не самым выгодным для изго-
товления таких изделий. Вместе с тем если можно произвести
хотя бы небольшие изменения углов, радиусов и размеров, то
представляется возможным изготовлять холодным выдавлива-
нием улучшенные изделия, получая при этом существенную
318
Глава 10
экономию. В данной главе уже обсуждались -основные принци-
пы конструирования, которыми можно руководствоваться, учи-
тывая также указания, имеющиеся в гл. 14.
Как правило, холодным выдавливанием невыгодно изготов-
лять такие изделия, которые могут быть изготовлены на токар-
но-винторезном автомате за одну установку в патроне и со сня-
тием небольшого количества металла. Однако если для этой
Фиг. 8. Деталь А, изготовлявшаяся ранее
способом механической обработки, была кон-
структивно изменена (В) для процесса холод-
ного выдавливания.
1 — под накатку резьбы; 2 — облой; 3 — резьба на-1
резная; 4 — прошитая шпоночная канавка; 5 — па-
раллельная накатка, полученная при - выдавлива-
нии; 6 — выдавленная шпоночная канавка; 7 —• кре-,
стообразная накатка; 8 — фрезерованный шестигран-
ник; 9 — выдавленный шестигранник.
детали в процессе механической обработки требуется вторая
операция с перестановкой и вторичным закреплением в патроне
да к тому же еще и со снятием значительного количества ме-
талла, то, очевидно, выгоднее изготовлять ее способом холодно-
го выдавливания. Разумеется, конечно, что при этом необходи-
мо принимать во внимание общую стоимость производства за-
готовок: отжига, очистки, травления, фосфатирования, смазки
и собственно выдавливания.
В отличие от полной механической обработки в процессе
холодного выдавливания, как правило, расходуется меньше
металла, причем нередко более дешевого, и, кроме того, изго-
товленные изделия приобретают более высокие механические
свойства по сравнению с горячекатаным прутковым металлом;
изделия получаются гладкими и с точными допусками. Такие
же преимущества и недостатки, возможно только за исключе-
нием стоимости металла, имеет холодное выдавливание и перед
черным литьем. Дешевле обычно обходится холодное выдавли-
вание и по сравнению с ковкой при изготовлении простых сим-
метричных деталей за одну операцию. Однако преимущества
этого процесса уменьшаются, если деталь приходится изготов-
лять за несколько операций. Экономия металла, более долгий
срок службы инструмента и более точные допуски являются
дополнительными преимуществами холодного выдавливания;
по сравнению с ковкой. Наряду с этим, если процесс холодного
выдавливания сравнивать с механической обработкой и ковкой,
то он имеет мало преимуществ, особенно если говорить об уни-
Выбор материалов и конструирование изделий
319
версальности, так как способом холодного выдавливания можно
изготовлять только ограниченное число изделий сложных кон-
струкций.
СРАВНЕНИЕ ХОЛОДНОГО ВЫДАВЛИВАНИЯ •
С ВЫТЯЖКОЙ И ШТАМПОВКОЙ
Редко способом холодного выдавливания удается изготовить
изделия, которые были бы дешевле простых штамповок, за
исключением, быть может, только сборных штамповок, одна из
которых описывается в данной книге. Однако, рассматривая
вопрос о целесообразности применения холодного выдавлива-
ния или глубокой вытяжки для изготовления стаканов из вы-
рубленных в штампе заготовок, следует прежде всего учиты-
вать расход металла при каждом из этих процессов. Так, при
изготовлении стаканов глубокой вытяжкой, после вырубки за-
готовок из листового металла отходы составляют примерно
60% от общего веса готового изделия. При холодном выдавли-
вании этого изделия можно в некоторых случаях отходы метал-
ла снизить до 10%, если отрезать заготовку от пруткового про-
ката. В других случаях отходы металла после подготовки заго-
товок для холодного выдавливания в зависимости от размера
стакана могут быть также велики и даже превышать отходы
после вырубки заготовок и вытяжки. Более подробно вопрос
экономичности при таком выборе будет рассмотрен в следую-
щей главе.
На окончательное решение при таком выборе влияет также
и тот факт, что капитальные затраты на оборудование, необхо-
димое для холодного выдавливания, значительно выше затрат
на оборудование для глубокой вытяжки. В общем стаканы,
имеющие сравнительно толстые основания и стенки, проще и
дешевле изготовлять холодным выдавливанием, тонкостенные
же стаканы с тонким дном и сравнительно большого диаметра,
как правило, целесообразнее изготовлять глубокой вытяжкой.
При выборе наиболее экономичного технологического про-
цесса следует также сравнивать стоимость материалов, требую-
щихся в там и другом случаях. Однако в некоторых случаях
можно согласиться с высокой стоимостью материала, если мож-
но снизить затраты труда и упростить операцию. В том случае,
если между последовательными операциями глубокой вытяжки
требуется выполнение отжига или нескольких отжигов, то одна
операция холодного выдавливания, если она осуществима, бу-
дет, как правило, дешевле. При изготовлении больших и глубо-
ких стаканов стоимость инструмента для холодного выдавлива-
ния составляет всего только часть стоимости серии вытяжных
320
Глава 10
штампов, так что для изготовления таких деталей в небольшом
^количестве будет целесообразнее и дешевле применять холодное
выдавливание.
Для последующей обработки стаканов, из которых изготов-
ляются пустотелые трубчатые изделия, глубокая вытяжка будет
более эффективна,, чем холодное выдавливание, так как при
глубокой вытяжке выдерживается более равномерная толщина
стенки и достигается более высокая точность. Тем не менее и
в этом случае преимущества холодного выдавливания по срав-
нению с глубокой вытяжкой обнаруживаются при дальнейшей
обработке изделий со сравнительно толстыми стенками.
Разработку последовательности и технологической .схемы
операций холодного выдавливания ‘Следует вести в обратном
порядке, начиная с конечной конструкции изделия. Общий объ-
ем материала заготовки складывается из объемов отдельных
элементарных участков изделия плюс припуск на чистовую ме-
ханическую обработку.
Число операций зависит от максимального допустимого или
наиболее оптимального уменьшения площади поперечного сече-
ния за одну операцию и от конечных физических свойств, тре-
бующихся по техническим условиям. Если изделие выдавли-
вается за несколько операций, то в результате упрочнения
будет увеличиваться предел прочности при растяжении и'предел
текучести материала и после каждой операции будет понижать-
ся степень допустимой деформации.
Размеры поперечного сечения, которые должны быть полу-
чены в результате выдавливания, высчитываются заранее для
всех последовательных операций, в которых изделия приобре-
тают требуемые физические свойства. После окончательного
отжига последняя операция обработки давлением в холодном
состоянии должна обеспечить необходимые физические свойст-
ва изделия. Наружный и внутренний диаметры изделия опре-
деляются по площади поперечного сечения, высчитанной для
каждой операции. Для всех расчетов принимается, что объем
материала в процессе пластической деформации не изменяется.
ГЛАВА 11
ПРИМЕНЕНИЕ ХОЛОДНОГО ВЫДАВЛИВАНИЯ
Все более широкое применение процесса холодного выдав-
ливания для изготовления изделий из различных сталей и раз-
личной формы 'Свидетельствует о тому что этот метод металло-
обработки успешно внедряется в промышленное производство.
Однако до недавнего времени процесс освоения этой новой
технологии происходил довольно медленными темпами. Объяс-
няется это тем, что сравнительно долгое время существовало
неправильное представление о возможностях и назначении про-
цесса холодного выдавливания, что, естественно, вызывало осто-
рожное отношение к этой технологии со стороны металлообра-
батывающих фирм. И только после того, как были всесторонне
и глубоко оценены все преимущества и недостатки процесса и
особенно после появления более усовершенствованных прессов,
инструмента и смазочных составов, началось быстрое внедрение
холодного выдавливания, которое применяется сейчас как на
мелких, так и на крупных предприятиях, обслуживающих самые
различные отрасли промышленности.
Немалая заслуга в деле освоения и внедрения этой техно-
логии в промышленность принадлежит фирмам, изготавливаю-
щим прессы, покрытия и смазочные составы, а также фирмам,
поставляющим сталь, которые вложили значительные средства
в исследования, усовершенствования и рекламу процесса холод-
ного выдавливания. Так, например, одна только фирма «Берсон
оллстил пресс» израсходовала в общей сложности более 750 000
долл, на установку прессов, оборудования для покрытия метал-
ла, монтаж печей для отжига и прочего оборудования, специ-
ально предназначенного для усовершенствования технологии
холодного выдавливания. Большинство автомобильных фирм
имеют хорошо оборудованные предприятия, осваивающие про-
цесс холодного выдавливания. Так, в частности, фирма «Хейнц»
имеет предприятие стоимостью 7 млн. долл., на котором изго-
товляется военное снаряжение и прочая продукция методом хо-
лодного выдавливания.
Так как на ранней стадии развития процесс холодного вы-
давливания применялся преимущественно для изготовления
21 Ч. Уик
322
Глава 11
военного снаряжения, то лучше всего и начать с описания на-
иболее типичных примеров из производственной практики того
периода, прежде чем переходить к описанию наиболее показа-
тельных примеров современной производственной технологии вы-
давливания стальных изделий.
ИЗГОТОВЛЕНИЕ ГИЛЬЗ ДЛЯ СНАРЯДОВ
Очевидно, в современных условиях гильзы артиллерийских
снарядов будут изготовлять только из стали, так как никаких
запасов меди и цинка не хватит для того, чтобы удовлетворить
потребности военной промышленности на такое огромное коли-
чество латуни. Кроме того, для современных видов оружия но-
вейшего образца уже сейчас требуются снарядные гильзы с
такими высокими физическими свойствами, которые не обеспе-
чивают медные сплавы и которые может обеспечить только
сталь.
В начальной стадии применения этого способа для изготов-
ления снарядных гильз из стали основная трудность, с которой
столкнулись специалисты при первой же операции, заключалась
в том, что в наружных углах стакана возникали напряжения,
вызывавшие растрескивание и разрушение при растяжении ста-
кана в процессе глубокой вытяжки. Это еще более усложнялось,
когда заготовка была из стали низкого качества, с поверхност-
ными изъянами, включениями и с неоптимальной структурой.
Устранить такое явление можно было только путем обработки
металла всесторонним сжатием в штампах для выдавливания
вместо обработки трудоемких деталей растяжением в вытяж-
ных штампах.
Именно этот метод и использовали немцы при изготовлении
нескольких миллионов 37-миллиметровых гильз для снарядов
во время второй мировой войны. По этому методу заготовки,
вырубаемые в виде шайб, сначала выдавливались в направле-
нии к центру для получения так называемой чашки Боуэна с
металлом, набранным для головки гильзы. Затем из металла
фланца вытягивался прямой толстостенный стакан, который
вставлялся в штамп для прямого выдавливания,, и при сдвиге
металла вниз под давлением пуансона калибрующая шейка
инструмента обеспечивала внутренний диаметр гильзы. Однако,
как показала дальнейшая практика, такой способ прямого вы-
давливания не обеспечивал необходимую прямизну изделий,
которые затем приходилось править с помощью повторной вы-
тяжки. Для получения стенки с утонением 'применялся выдав-
ливающий пуансон с конусной оправочной частью, благодаря
которой в процессе выдавливания постепенно уменьшался раз-
Применение холодного выдавливания
323
мер кольцевого зазора, образующегося между оправкой пуан-
сона и матричным кольцом.
В американской практике чашка Боуэна была изменена, и
прямое выдавливание стальных гильз применялось только в
экспериментальных целях. На заводе фирмы «Регал вэр» хо-
лодное выдавливание применяется для осуществления вытяжки
без утонения и высадки за одну операцию при изготовлении
Фиг. (1. Последовательность обработки давлением в холодном состоянии
и очередность операций выдавливания при изготовлении 105-миллимет-
ровой гильзы гаубичного снаряда из стальной заготовки.
стальных 105-миллиметровых снарядных гильз. Раньше эти две
операции выполнялись раздельно, при этом требовалось пять
последующих вытяжных операций. Теперь с применением холод-
ного выдавливания для изготовления гильзы из стакана, полу-
ченного высадкой, требуются всего только три операции вы-
тяжки.
Заготовки диаметром 187,33 и толщиной 13,08 мм выруба-
ются из стали марки SAE-1030, имеющей структуру зернистого
перлита. Перед выдавливанием на заготовки наносится фосфа-
тирующее покрытие и специальное термостойкое органическое
смазочное покрытие. После 5-минутной выдержки в растворе
типа Пеннсолт фоскот при температуре 82,2° С на заготовках
образуется фосфатное покрытие плотностью 1555 мг/м2. Затем
заготовки промываются в воде и погружаются на 4 мин в сма-
зывающий раствор типа Фослюб при температуре 57,2° С.
Заготовки выдавливаются на кривошипно-коленном прессе
фирмы «Блисс» простого действия усилием 4000 т, снабженном
6-позиционным столом револьверного типа. После выдавлива-
ния на этом прессе заготовки принимают форму конусного ста-
кана глубиной 88,90 и диаметром 168,28 мм в верхней части и
109,54 мм внизу при толщине стенки 5,0 мм у верха и 10,48 мм
21*
324
Глава 11
внизу. Пресс работает со скоростью 10 ходов в минуту при ве-
личине хода 305 мм. Пневматическая подушка пресса снабже-
на выталкивателем для съема готовых стаканов.
Последовательность операций обработки давлением в хо-
лодном состоянии и операций холодного выдавливания по тех-
нологии, разработанной фирмой «Хейнц» для изготовления 105-
миллиметровых стальных гильз гаубичных снарядов, показана
на фиг. 1.
ПРОИЗВОДСТВО СНАРЯДОВ
Еще более значительную экономию, чем при изготовлении
гильз для снарядов, дает применение процесса холодного вы-
давливания для изготовления цельных стальных снарядов. На
протяжении многих лет обычная технология изготовления сна-
рядов состояла из прошивки нагретых заготовок сплошного се-
чения и серии последующих операций горячей вытяжки. Изго-
товлялись снаряды также и ковкой посредством раздачи горя-
чей заготовки или же на специально приспособленных трубо-
прокатных станах для изготовления бесшовных труб.
Один из наиболее серьезных недостатков изготовления сна-
рядов методом горячей ковки заключается в том, что при после-
дующих операциях механической обработки 35—50% металла
•от общего веса заготовки уходило в стружку. Изготовление сна-
рядов методом холодного выдавливания, кроме значительной
экономии металла и снижения затрат труда, обеспечивает по-
лучение более концентричных снарядов стандартного веса с
чисто отделанной поверхностью, с более точными допусками и
более однородными физическими свойствами. Благодаря точно-
му весу устраняется необходимость специальной сортировки
снарядов по весу, а однородные физические свойства придают
снаряду улучшенные баллистические и взрывные качества.
Для выдавливания снарядов можно использовать стали с
меньшим содержанием углерода и марганца, так как равномер-
ные высокие механические свойства получаются непосредствен-
но обработкой в холодном состоянии без применения термиче-
ской обработки, к тому же механическая обработка сводится
до минимума. Правда, для этого обязательно требуется техни-
чески чистая сталь с низким содержанием фосфора и серы. В то
же время в условиях температурного режима ковки чистота и
дефекты стали не имеют такого серьезного значения, как при
выдавливании, что, конечно, является весьма серьезным пре-
имуществом, особенно в такие критические периоды, когда, ощу-
щается острая нехватка чистых сталей. Другим недостатком
холодного выдавливания снарядов является то, что для выдав-
Применение холодного выдавливания
325
ливан.ия снарядов особенно крупного калибра требуются доро-
гие мощные прессы, которые к тому же не всегда имеются в
наличии. Только поэтому снаряды до сих пор продолжают изго-
товлять ковкой.
Фиг. 2. Снаряды разных, размеров и заготовки, из ко-
торых эти снаряды изготовляются методом холодного
выдавливания.
Разработан и успешно применяется, правда преимуществен-
но для изготовления снарядов более крупного калибра, ком-
бинированный метод, состоящий из горячей вытяжки без уто-
нения и последующей обработки давлением в холодном
состоянии. Таким комбинированным методом можно получать
снаряды с физическими свойствами, не уступающими свойст-
вам, получаемым при холодном выдавливании, при меньших
затратах на капитальное оборудование и значительно дешевле.
Пример применения такой комбинированной технологии будет
рассмотрен ниже, так как прежде следует рассмотреть несколь-
ко примеров изготовления предметов военного снаряжения не-
посредственно методом холодного выдавливания. На фиг. 2 по-
казаны различные снаряды и заготовки, из которых эти снаря-
ды были получены фирмой «Хейнц».
326
Глава И
ХОЛОДНОЕ ВЫДАВЛИВАНИЕ
105-МИЛЛИМЕТРОВЫХ СНАРЯДОВ
Фирма «Янгстаун китченс» успешно изготовляет холодным
выдавливанием минометные снаряды из горячекатаного прутка
из спокойной стали марки AISIC-1012, содержащей только около
0,45% марганца. Заготовки длиной приблизительно 119 мм от-
резаются от прутков диаметром 127 мм циркулярной механиче-
ской пилой или пилой для холодного распила. Вес заготовок
выдерживается с точностью в пределах 11,96—12,02 кГ. На каж-
дый снаряд расходуется около 12,247 кГ стали, так как 0,227 кГ
металла уходит в опилки.
Фиг. 3. 'Последовательность операций, выполняемых при холодном вы-
давливании 105-миллиметровых гаубичных снарядов из горячекатаной
стали марки AISI С-1012.
1 — отрезанная заготовка; 2 — заготовка после калибрования; 3 — первое выдавли-
вание; 4 — отжиг при температуре 770°С, травление, бондеризация, покрытие соста-
вом для вытяжки; 5 — второе выдавливание; 6 — третье выдавливание; 7 — выдав-
ливание до конечной длины; 8 — раздача фланца; 9 — первое сужение головки;
10 — второе сужение головки.
Заготовки 'Сначала подвергаются травлению в серной кисло-
те в течение 5 мин при температуре 71° С. После промывки в
холодной проточной воде заготовки погружают на 5 мин в ван-
ну для фосфатирования при такой же температуре. После вто-
ричной промывки в проточной воде заготовки погружаются
для смазки на 1—2 мин в слабый раствор мыла из животного
жира и буры при температуре 82,2° С. После просушки при ком-
натной температуре заготовки покрываются мыльной смазочной
пленкой, или так называемым покрытием для вытяжки. Обыч-
ный раствор покрытия для вытяжки состоит из растительного
масла (в качестве основы) и заполнителя и наносится на заго-
товки кисточкой непосредственно перед подачей в пресс.
При первой операции (фиг. 3, переход 2) производится ка-
либровка заготовки и обжимается нижний конец снаряда, затем
металл выдавливается обратным способом вверх. Так как ис-
ходные катаные прутки получаются не совсем круглыми и не-
достаточно точными по своим размерам, операция калиброва-
ния имеет особое значение для последующих операций выда-
Применение холодного выдавливания
327
вливания, в процессе которых изделия приобретают требуемые
концентричность и прямолинейность. Обжатие нижнего конца до
формы, соответствующей окончательному профилю, так же, как
и образование центрового углубления или вдавленности в верх-
нем торце, облегчают центровку пуансона при последующей опе-
рации выдавливания.
Первая операция выдавливания выполняется коротким жест-
ким пуансоном при усилии 1150 т и длине хода 381 мм; при
этом образуется отверстие диаметром приблизительно 81 мм и
глубиной 93 мм. В процессе этой операции 'твердость и проч-
ность частично сформованного снаряда повышаются больше,
чем в процессе операции выдавливания, причем некоторые по-
верхности изделия приобретают твердость порядка 98 RB. В свя-
зи с этим приходится изделие подвергать нормализации для
восстановления его вязкости перед следующей операцией вы-
давливания. Нормализация производится при температуре
788° С в течение времени, достаточного для того, чтобы восста-
новить первоначальную структуру зерна без увеличения его
размера. При этом твердость снижается до 64—65 RB.
После нормализации изделия снова протравливаются, фос-
фатируются и смазываются. Перед травлением покрытие для
вытяжки обязательно удаляется с помощью щелочной ванны
и промывки в воде. Иногда для полного удаления окалины, ко-
торая может образоваться в процессе нормализации, требуется
более продолжительное травление. Даже незначительная окали-
на, остающаяся на изделии, тормозит последующее выдавлива-
ние, препятствуя свободному сдвигу металла. Кроме того, твер-
дая абразивная окалина может задирать поверхность следую-
щей матрицы.
При переходах 5 и 6 отожженная заготовка еще удлиняется
во втором и третьем выдавливающих штампах. Во втором штам-
пе выдавливание производится при усилии 700 т и длине хода
483 мм. В этом штампе выполняется очень ответственное вы-
давливание, 'так как на некоторых участках, и в частности там,
где в дальнейшем на выдавленном снаряде будет накатан риф-
леный поясок, уже необходимо получить требуемую твердость.
Значение этой операции возрастает также и потому, что эти
участки в процессе дальнейшей обработки уже не будут по-
лучать упрочнения. Вместе с тем другие участки поверхности
должны оставаться достаточно вязкими для последующего вы-
давливания без повторной нормализации.
В третьем штампе выдавливание осуществляется при усилии
600 т и длине хода 559 мм. В этом штампе головка пуансона
образует в нижней части полости снаряда требуемое закругле-
ние с радиусом 28,5 мм.
328
Глава 11
ВЫПОЛНЕНИЕ ПОСЛЕДУЮЩИХ ОПЕРАЦИЙ
Требуемая конечная длина снаряда получается при прямом
выдавливании, в процессе которого металл под силовым воз-
действием течет в направлении движения пуансона (переход 7).
Эта операция выполняется при усилии 600 т и длине хода 787 мм.
К последующим операциям относятся: образование фланца с
отворотом вперед и назад посредством раздачи, обжатие го-
ловки на конус, калибрование фланцев, расточка и обточка по
длине, выточка гнезда под поясок, снятие напряжений, запрес-
совка пояска, обточка пояска, нарезка резьбы на головке, на-
резка засечек, приварка опорной плиты и маркировка. В резуль-
тате термической обработки для снятия напряжений, состоящей
из нагрева до 381° С в течение 35—40 мин, повышается предел
текучести и относительное удлинение и незначительно изменяет-
ся предел прочности при растяжении. Было подсчитано, что
применение такой технологии в производственном масштабе
повышает производительность до 250 снарядов в час, учитывая
обработку снаряда во всех девяти штампах, требующихся по
такой технологии.
Таким методом снаряды изготовляются с допуском по весу
±57 г, тогда как при ковке вес снарядов выдерживается с точ-
ностью лишь ±276 г. При холодном выдавливании на каждый
снаряд расходуется всего только 12,18 к,Г стали, а при горячей
ковке—в среднем 19,05 кГ стали. Допуск на толщину стенки,
принятый ранее для кованых снарядов 1,13 мм, снижен теперь
до 0,076 мм. После снятия напряжений снаряды, полученные
холодным выдавливанием, приобретают следующие механиче-
ские свойства: предел текучести 51,8 кг]мм2 (при остаточной
деформации 0,1%), удельное удлинение на 25 мм 15%,
предел прочности при растяжении 60,9 кг 1мм2, относительное
уменьшение площади поперечного сечения 59% и твердость
91 RB.
На фиг. 4 показана последовательность операций при изго-
товлении 105-миллиметровых снарядов способом холодного вы-
давливания по технологии другой фирмы. Справа показан штамп
для заключительного прямого выдавливания. В этом случае
рабочие усилия, необходимые для выполнения каждой опера-
ции, были несколько выше требуемых по технологии. Техноло-
гические давления рассчитывались на всю проектную площадь
поперечного сечения для первых двух операций и по площади
пуансонов для двух последующих операций. Прямое выдавлива-
ние рассчитывается по поперечному сечению стенки стакана с
учетом результатов механического упрочнения, сопротивления
течению и коэффициента запаса.
Применение холодного выдавливания
329
Фиг. 4. Последовательность операций, выполняемых при изго-
товлении (105-миллиметровых снарядов методом холодного
выдавливания.
Справа показан инструмент для выполнения заключительной опера-
ции прямого выдавливания. Заключительной операции предшеству-
ют четыре этапа выдавливания в закрытых штампах с последующей
термической обработкой до полной сфероидизации.
1 — калибрование и опрессовка заготовки усилием 1500 г; 2 — первое
выдавливание усилием 1500 т; 3 — второе выдавливание усилием 1000 т;
4 — третье выдавливание усилием 1000 т; 5 — выдавливание до конеч-
ной длины усилием 800 т.
После четырех операций выдавливания (три обратные и
одна операция прямая, выполняемая в закрытом штампе) сна-
ряды подвергаются отжигу до полной сфероидизации для по-
следующей раздачи фланцев, обжатия головки на конус и ме-
ханической обработки. В этих закрытых штампах выступы
пуансона, соприкасаясь -с обрабатываемым изделием, реверси-
руют давления гидравлического пресса.
ИЗГОТОВЛЕНИЕ МИН ХОЛОДНЫМ ВЫДАВЛИВАНИЕМ
Показательным примером полного выдавливания артилле-
рийских снарядов без операции вытяжки и без редуцирования
стенок может служить изготовление тонкостенных -мин, произ-
водимое фирмой «Оливер корпорейшн». Как показано на фиг. 5,
снаряды выдавливают полностью за пять операций из стальных
заготовок весом 1,126 кГ с уменьшением площади поперечного
сечения до 65|% за каждую операцию. Такие же мины изготов-
330
Глава 11
лялись раньше из поковок весом 1,928 кг. Кроме снижения за-
трат труда и упрощения механической обработки, при' такой
технологии холодного выдавливания экономится 130 204 кг
стали на партию в 100 000 снарядов в месяц. В процессе вы-
давливания предел текучести стали марки AISI-1011 повы-
шается в три раза, достигая 74,5 кг/мм2 при удельном удли-
нении 17%.
Первая операция, применяемая для калибрования заготов-
ки, по существу, представляет собой чеканку в сочетании с не-
значительным обратным выдавливанием. При второй операции
Фиг. 5. Тонкостенные минометные снаряды, изготовленные выдавлива-
нием из стальных заготовок за пять операций.
Степень деформации при каждой операции составляет примерно 65%.
выполняется полное обратное выдавливание с уменьшением
площади поперечного сечения на 65%, тогда как третья опера-
ция является полным прямым выдавливанием с уменьшением
площади поперечного сечения на 64%. При четвертой операции
(обратное выдавливание) основание стакана утоняется до тол-
щины стенки, приобретая одновременно окончательную форму.
Пятая операция (прямое выдавливание зоны фланца) представ-
ляет особый интерес, так как в данном случае за одну опера-
цию одновременно выполняется прямое выдавливание и суже-
ние стакана. Эта операция производится пуансоном для
прямого выдавливания с калибрующим пояском, диаметр ко-
торого меньше внутреннего диаметра мины. При такой техноло-
гии выдавливания требуются только два межоперационных от-
жига и три операции нанесения покрытия и смазки. Выдавли-
вание производится на эксцентриковых механических прессах
фирмы «Федерал мэшин энд уэлдер». Одним комплектом штам-
пов можно изготовить более 150 000 мин.
Применение холодного выдавливания
331
ИЗГОТОВЛЕНИЕ 115-МИЛЛИМЕТРОВЫХ
РАКЕТНЫХ ГОЛОВОК
Другим примером применения холодного выдавливания для
производства артиллерийского снаряжения является изготов-
ление 115-миллиметровых ракетных головок, осуществляемое
на протяжении многих лет на предприятиях фирмы «Понтиак
мотор». На фиг. 6 показаны в р.азрезе ракетные головки, иллю-
стрирующие последовательность операций, из которых только
Фиг. 6. Последовательность операций при изготовлении 115-милли-
метровых ракетных головок.
5 выполняются на прессе. Раньше эти головки изготовляли в
виде сварных деталей, состоящих из трех частей: кованого и
механически обработанного основания, цилиндрической части
и горячештампованной механически обработанной головки.
По технологии, разработанной фирмой «Понтиак мотор»,
ракетные головки выдавливаются целиком из заготовок толщи-
ной 63,5 мм и весом 6,350 кГ, которые отрезают механической
пилой от стальных горячекатаных прутков диаметром 127 мм.
Сталь, соответствующая приблизительно марке SAE-1015, со-
держит 0,12—0,17% С. Прутки отжигаются до состояния зерни-
стого перлита и затем очищаются от окалины комбинирован-
ным способом, состоящим из дробеструйной обработки сталь-
ной дробью и травления. Перед выдавливанием заготовки
фосфатируют и омыливают.
В процессе первой операции обратного выдавливания пло-
щадь поперечного сечения уменьшается на 68|%. Эта операция
выполняется на механическом прессе фирмы «Клиринг» уси-
лием 2500 т (фиг. 7). Хотя для выполнения операции выдавли-
вания необходимое усилие составляет 1200—1400 т, все же
Фит. 7. Первая операция изготовления 115-миллиметровой
ракетной головки методом холодного выдавливания. Произ-
водительность этой операции 400 изделий в час.
Фиг. 8. Поперечный разрез инструмента для обратного выдавливания
стальных заготовок диаметром 127 мм и толщиной 63,5 мм. Такой
штамп применяется на прессе, показанном на фиг. 7.
Применение холодного выдавливания 333
выдавливание осуществляется на прессе с усилием 2500 т, обору-
дованном к тому же приводом на усилие в 4200 т, благодаря
чему можно развивать полное номинальное усилие примерно
на расстоянии 63,5 мм от нижней крайней точки. Производи-
тельность при этой операции достигает 400 стаканов в час. На
фиг. 8 показан поперечный разрез штампа для обратного вы-
давливания.
Последующие операции, выполняемые на прессе, включают
две операции вытяжки, калибрование нижней полости ракет-
ной головки для нейтрализации возникающих в предыдущих
операциях растягивающих напряжений напряжениями сжатия
и формообразование переднего конца головки. После каждой
операции изделия подвергаются нормализации в соляной ванне
типа Аякс при температуре 677° С. При таком методе обработ-
ки улучшается структура зерна и появляется возможность снять
наклеп для облегчения последующей обработки давлением.
После нормализации на детали заново наносится покрытие, и
они вновь смазываются. Снятие напряжений термической обра-
боткой (нагрев в течение 20 мин при температуре 482° С) про-
изводится после заключительной операции, выполняемой на
прессе.
КОМБИНИРОВАННЫЙ МЕТОД ИЗГОТОВЛЕНИЯ
203-МИЛЛИМЕТРОВЫХ СНАРЯДОВ ГОРЯЧЕЙ ШТАМПОВКОЙ
И ХОЛОДНЫМ ВЫДАВЛИВАНИЕМ
Преимущества комбинированного метода изготовления круп-
нокалиберных снарядов горячей штамповкой и холодным вы-
давливанием были указаны выше. Не менее успешно такой ком-
бинированный метод применила фирма «Америкен кар энд
фаундри» для изготовления 203-миллиметровых гаубичных сна-
рядов большой взрывной силы. При изготовлении таких снарядов
весом 73,480 кГ обычным методом (горячей штамповкой) требо-
валась заготовка весом 131,546 кГ, которую обычно приходилось
обжимать и выламывать из квадратной сутунки с закруглен-
ными гранями. Для нового метода требовалась заготовка такого
же профиля, только весом 85,730 кГ, в результате чего на одном
только весе металла экономия составляла 25%.
К этому необходимо добавить еще одно немаловажное пре-
имущество — более низкую стоимость исходного сырья. При
обычном методе требовалась сталь с содержанием углерода
0,55—0,65%, необходимого для получения требуемых физиче-
ских свойств после термической обработки законченного цикла
(нагрев до аустенитного состояния, закалка в масле и последу-
ющий отпуск перед окончательной механической обработкой).
334
Г л а в а 11
При новом методе такие же физические свойства можно полу-
чить холодным выдавливанием стали, содержащей максимум
0,20% С. Кроме того, теперь требуются всего только две опера-
ции индукционной термической обработки: одна после опера-
ции прямого выдавливания горячих стаканов, прошедших ме-
ханическую обработку (до чеканки и вытяжки), и вторая —
после вытяжки (до операции обжатия ’головки снаряда).
Дополнительно к этому весьма существенная экономия дости-
гается за счет сокращения объема механической обработки, по-
скольку теперь потери металла на стружку не превышают
11,3—13,6 кГ, тогда как раньше они достигали 40,8—43,9 кГ.
Помимо всего прочего, горячештампованные и холодновы-
давленные снаряды получаются более точными по весу и объ-
ему, благодаря чему увеличивается дальность их полета и сни-
жается площадь рассеивания. Вес снарядов выдерживается с
• точностью до 510 г, в то время как раньше принятая точность
веса была 2,17 кГ. Благодаря повышению чистоты поверхности
с 6,25 мкм до 1 мкм улучшилась также траектория полета сна-
ряда. Кроме этого, при новом методе изготовления снарядов,
почти на 50% снижается затрата труда.
В основном улучшенный технологический метод состоит из
одной операции горячей ковки и четырех операций обработки
давлением в холодном состоянии. Достигаемая при этом
производительность составляет 125 снарядов в час. Производ-
ственная линия для изготовления снарядов полностью меха-
низирована, и все гидравлические прессы линии оборудованы
автоматическими загрузочными и съемными устройствами. Все
производственные операции связаны линиями транспортеров
общей протяженностью больше 1,6 км. Прессы для этой меха-
низированной линии изготовлены фирмой «Гидраулик пресс
меньюфекчюринг».
Квадратные заготовки с закругленными гранями длиной
187,33 мм точно отрезаются на больших механических рычаж-
ных ножницах. Проходя через серию индукционных нагрева-
тельных печей, болванки весом 86,18 кГ нагреваются до темпе-
ратуры 1177° С. Затем из этих горячих болванок штампуются
стаканы на первом гидравлическом прессе линии с номиналь-
ным усилием 1000 тис величиной хода 1524 мм. Пресс обору-
дован гидравлическим 150-тонным выталкивателем с величиной
хода 610 мм. Скорость холостого хода вниз и обратного хода
главного ползуна пресса составляет 25,4 м!мин, скорость рабо-
чего хода ползуна составляет 15,2 м/мин. Напорный баллон на
прессе развивает усилие, достаточное для выполнения высоко-
скоростного хода в 483 мм. Потребная мощность для силовой
системы пресса составляет 390 кет.
Фиг. 9. Изготовление 203-миллимет-
рового снаряда методом прямого хо-
лодного выдавливания.
Момент выдачи изделия из матрицы.
Слева горячештампованный стакан нахо-
дится в позиции готовности для автома-
тической загрузки в матрицу.
Фиг. 10. Полуготовые 203-миллиметровые
снаряды, повторно покрытые и смазанные,
подаются транспортерами на следующую опе-
рацию, выполняемую на прессе.
336
Глава 11
Подрезка открытого конца и фасонная обточка по наружно-
му диаметру стакана выполняются на токарном автомате. За-
тем стаканы фосфатируются и омыливаются для операции пря-
мого холодного выдавливания. На фиг. 9 показана оснастка
пресса для выполнения этой операции: выдавленный стакан
выталкивается из штампа, а покрытая и смазанная очередная
заготовка стоит в позиции готовности для установки в штамп.
На фиг. 10 показаны покрытые и смазанные частично готовые
снаряды на одном из транспортеров.
К операциям последующей обработки снарядов относятся
индукционный отжиг кромки, образующейся при выдавлива-
нии, чеканка, вытяжка, обточка до требуемой длины, раздача
фланца, отжиг открытого конца, формирование головки, сня-
тие напряжений в соляной ванне и окончательная механическая
обработка.
ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ ПРОЦЕССА
ХОЛОДНОГО ВЫДАВЛИВАНИЯ
Процесс холодного выдавливания применяется как на круп-
ных, так и на мелких предприятиях, занимающихся изготовле-
нием самых различных фасонных изделий для многих отраслей
индустрии, и в том числе для автомобильной и авиационной,
химической и нефтяной, электротехнической и судостроительной
промышленности, а также для заводов по производству строи-
тельного и сельскохозяйственного оборудования. В частности,
для автомобильной промышленности холодным выдавливанием
изготовляются поршневые пальцы, трансмиссионные валы, ци-
линдры амортизаторов, болты, гайки, толкатели гидравлических
клапанов, приводные валы, корпуса запальных свечей, шаро-
вые шарниры рулевого управления, установочные фланцы для
двигателей, кожухи и шестеренйые заготовки. Ниже более под-
робно будет описана технология изготовления некоторых из
этих изделий.
Кроме того, методом холодного выдавливания изготовляют
кольца подшипников, корпуса генераторов, водопроводные фи-
тинги, корпуса выключателей, а также цилиндры для воздуха,
гидравлических жидкостей и для газов (например, углекислого
газа); некоторые из этих деталей показаны на фиг. 11. Можно
привести множество примеров значительной экономии, кото-
рую получают фирмы в результате применения процесса холод-
ного выдавливания. Так, например, в одном случае авиацион-
ные гидравлические цилиндры высокой точности изготовлялись
вначале из трех частей: трубы и двух горячекованых концевых
крышек, которые обрабатывались механически (включая
Фиг. 11. Несколько образцов изделий, изготовляемых методом холодного
выдавливания, предназначенных для различного применения.
Обычный метод
Основание чеканится 1
-Фиг. 12. Обычный метод, изготрвления корпуса марля-
ного фильтра (слева)- состоит из приварки фланца и
втулки, к штампованному' стакану.' Справа показан
цельный 'корпус масляного 'фильтра, изготовленного
‘ - методом- холодного выдавливания.
22 Ч. Уик
338
Глава 11
хонингование внутреннего отверстия) и затем сваривались. Те-
перь фирма «Хейнц» изготовляет такие цилиндры целиком хо-
лодным (выдавливанием при экономии металла 0,998—1,247 кГ
и снижении общей стоимости изготовления цилиндра на 30%.
С пресса выдается готовое изделие с допуском на диаметр внут-
реннего отверстия 0,05 мм и с чистотой поверхности 0,5 мкм.
При изготовлении корпуса масляного фильтра, показанного
на фиг. 12 слева, обычным методом фланец, прошедший меха-
Ф и г. 13. При изготовлении
холодным выдавливанием зу-
бьев шестерни и шлицев на
шестерне дифференциала гру-
зовой автомашины расход ме-
талла снижается на 20%.
ническую обработку, и втулка при-
варивались к штампованному кор-
пусу. Справа показан цельный ци-
линдр с дном после чеканки, изго-
товленный методом холодного вы-
давливания.
Изготовление холодным выдавли-
ванием шестерен дифференциала
грузовых автомашин дало также
экономию. Раньше такие шестерни
изготовлялись ковкой с последую-
щей сплошной механической обра-
боткой, после чего производилась
нарезка зубьев и фрезерование шли-
цевых участков. Сейчас шестерня
дифференциала изготовляется цели-
ком холодным выдавливанием из за-
готовки весом 3,447 кГ из стали
марки SAE-8620, поддающейся тер-
мической обработке. За одну опера-
цию прямым выдавливанием полу-
чаются готовые шестерни с зубьями
и шлицевыми участками с точными
допусками. После выдавливания го-
товые шестерни подвергаются «ка-
либровке» с целью создания напря-
жений сжатия, нейтрализующих
растягивающие напряжения, возникшие в процессе предыдущей
операции. Вся последующая механическая обработка ограничи-
вается теперь обточкой обоих торцев, подрезанием зубьев ше-
стерни и окончательным снятием напряжений. Только за счет
одного уменьшения веса исходной заготовки и сокращения
объема механической обработки себестоимость шестерни сни-
жается на 20%. Шестерня дифференциала, получаемая холодным
выдавливанием, показана на фиг. 13.
Исключительно большая экономия металла была получена
после того, как было налажено изготовление установочных
Применение холодного выдавливания 339
фланцев для двигателей методом холодного выдавливания
(фирма «Браун инжиниринг»). Для изготовления таких деталей
на токарно-винторезных автоматах требовались заготовки ве-
сом 0,771 кГ. Теперь установочные фланцы изготовляются ме-
тодом холодного выдавливания из заготовок весом всего толь-
ко 0,227 кГ. Стоимость изготовления фланцев теперь значитель-
но ниже стоимости стали, расходовавшейся раньше для
изготовления таких деталей на токарно-винторезном автомате.
ИЗГОТОВЛЕНИЕ КОРПУСОВ ЗАПАЛЬНЫХ СВЕЧЕЙ
Процесс холодного выдавливания был применен также для
массового производства корпусов запальных свечей автомо-
бильного двигателя; при этом производительность превышала
100 000 изделий в день (фирма «Браун инжиниринг»). Изготов-
ление корпусов запальных свечей таким методом считается, по-
жалуй, одной из самых трудоемких операций в области холод-
ного выдавливания стали, и поэтому применяемый инструмент
изнашивается довольно быстро. Однако для производства в та-
ких масштабах процесс холодного выдавливания оказался бо-
лее экономичным по сравнению с прежним технологическим
процессом.
При обычном методе корпуса запальных свечей изготовля-
лись на токарно-винторезных автоматах из холоднокатаного ме-!
талла шестигранного профиля. Холодное выдавливание таких^
изделий можно производить из горячекатаного прутка из ма-
лоуглеродистой стали круглого сечения; экономия металла при
этом достигает 65% от общего веса. Пруток, используемый в
больших бухтах, протравливается, смазывается и подвергается
холодной протяжке на станках модели «Аякс-Ходж». Затем
холоднотянутый пруток разрезается на части требуемой длины,
из которых получаются заготовки на холодновысадочном
автомате фирмы «Уотербери фаррел» производительностью 160
заготовок в минуту.
Полученные высадкой заготовки обезжиривают, отжигают;
протравливают, промывают, фосфатируют и покрывают смаз-
кой. Операция холодного выдавливания производится в двух-
позиционном штампе на механическом 125-тонном прессе фир-
мы «Блисс» с числом ходов 48 в минуту. Заготовки подаются
в штамп пресса по одной из универсального подающего устрой-
ства типа Фидолл. На первой позиции заготовки приобретают
форму стаканов, а на второй — в основании стакана выдавли-
вается отверстие. После этого для окончательной отделки корч>
пусов запальных свечей производится быстрая механическая
обработка с минимальным снятием металла.
22*
340
Глава 11
Изготовление корпусов запальных свечей холодным выдав-
ливанием осуществляется также ла предприятии фирмы «Вер-
сон оллстил пресс». По технологии, разработанной вначале, опе-
рации (как можно видеть по переходам, показанным на
фиг. 14) выполнялись в такой последовательности: холодная
высадка заготовок, обратное выдавливание, комбинированное
прямое — обратное выдавливание, прошивка отверстия и ка-
либровка под размер. Этот технологический метод, правда, уже
устарел, и вместо него фирма разработала новую технологию
выдавливания, при которой обеспечивается ежедневная эконо-
мия в размере 1100 долл, при производительности 600 000 та-
ких изделий в день.
На фиг. 15 показана последовательность операций по пере-
ходам при изготовлении холодным выдавливанием сложной
уравновешивающей чашки по технологии, разработанной на
предприятии фирмы «Янгстаун китченс». Круглая заготовка А
весом 1,361 кГ отрезается механической пилой от проката стан-
дартной длины (сталь SAE-1012). Сначала заготовка подвер-
гается чеканке на 2000-тонном прессе, в результате которой
получается деталь В. Затем комбинированным (прямым — об-
ратным) выдавливанием получается изделие С. В процессе этой
операции беспрепятственно поднимается центровой стержень.
Затем деталь подвергается отжигу, после которого дальнейшим
выдавливанием получают изделие D. Производительность опе-
рации окончательного выдавливания изделия Е составляет
150—200 изделий в час. При изготовлении такого изделия
прежними методами центровой стержень прикреплялся как от-
дельная часть, и поэтому было довольно трудно обеспечивать
требуемую концентричность. Теперь этот стержень составляет
одно целое с изделием, и поэтому трудности, связанные с обе-
спечением концентричности, полностью устраняются. Кроме
тогог изделие теперь можно изготовлять из более дешевого ме-
талла и к тому же без. последующей механической обработки.
В настоящее время фирма «Хантер Дуглас алюминум»
изготовляет холодным выдавливанием изделия из стальных
сплавов, применяемые в управляемых ракетах. Одна камера
двигателя управляемой ракеты длиной 914,4 мм с наружным
диаметром 127 мм при толщине стенок 5,08 мм выдавливается
иа стали марки AISI-4130. В процессе выдавливания на камере
образуются четыре наружных ребра жесткости. После выдав-
ливания изделие подвергается термической обработке для по-
лучения нижнего предела текучести порядка 105 кг/мм2. Эта
фирма' применяет 'процесс холодного выдавливания такжё для
изготовления некоторых цилиндрических изделий из нержавею-
щей стали марки 446. ..........
Фиг. /14. /При изготовлении корпусов запальных свечей круглые заготов-
ки, показанные слева, последовательно подвергаются холодной высадке,
прямому и обратному .выдавливанию, прошивке и калиброванию.
Ф и г. -15. Последовательность переходов при изготовлег
нии холодным /выдавливанием из стальных заготовок
(сталь марки SAE-1012) уравновешивающей чашки.
При . холодном ч выдавливании таких изделий Легко Ьыдёржи-
' ваётся. концентричность центрового стерший. :,.г,
342
Глава И
Фирма «Версон оллстил пресс» применяет процесс холод-
ного выдавливания в комбинации с операциями осадки и чекан-
ки также для изготовления пальцев шаровых шарниров. Заго-
товки, отрезаемые для этого от стальных прутков (сталь SAE-
5120), предварительно фосфатируются и смазываются. Затем
прямым выдавливанием получается необходимая конусность,
причем един конец пальца отделывается начисто с точными до-
пусками для последующей накатки резьбы. В заключение по-
средством комбинированной операции калибрования и осадки
отделывается шаровой конец штифта. Пресс, на котором вы-
полняется эта операция, оборудован автоматической подачей
револьверного типа для подачи заготовок и сдвоенным комп-
лектом инструментов. На прессе с числом ходов 30 в минуту
изготовляются 60 пальцев в минуту. Эта фирма, кроме того, из-
готовляет толкатели клапанов, применяя и в этом случае
инструмент револьверного типа. Заготовки для толкателей, по-
лучаемые высадкой, сначала фосфатируются и смазываются.
Затем операции выполняются в такой последовательности:
после чеканки основание приобретает требуемую форму, за
один ход пресса изделие выдавливается на полную глубину,
прошивается отверстие в основании, вторично калибруется осно-
вание и внутренние поверхности и, наконец, калиброванное
отверстие доводится до требуемого размера. Пресс работает со
скоростью 30 ходов в минуту. За каждый ход пресса изготов-
ляется два толкателя клапана.
ИЗГОТОВЛЕНИЕ КОЛЕЦ
ИГОЛЬЧАТЫХ подшипников
УНИВЕРСАЛЬНОГО ШАРНИРА
На заводе фирмы «Форд мотор», где производятся детали
ходовой части автомобилей, процесс холодного выдавливания
применяется для изготовления колец игольчатых подшипников
универсального шарнира из стали марки SAE-1010 (горячека-
таной, травленой и смазанной маслом). Заготовки вырубаются
по 11 штук одновременно в одном штампе из стального листа
шириной 305 мм, длиной 3050 мм и толщиной 9,77 мм. Заготов-
ки вырубаются пуансоном диаметром 25,146 мм в матрице диа-
метром 27,686 мм. Перед выдавливанием заготовки предвари-
тельно промывают, протравливают, фосфатируют и смазывают.
Этот процесс, носящий название «паркеризация» (покрытие
защитной пленкой из фосфорнокислых солей), состоит из опера-
ций: обработка в горячей каустической ванне, горячая промыв-
ка, кислотное травление, холодная промывка, горячая промыв-
ка, обработка бондеритовым раствором (бондеризация), вто-
Применение холодного выдавливания
343
ричная холодная промывка, промывка в парцолене, смазка
посредством погружения в раствор и просушка.
Холодное выдавливание колец игольчатых подшипников про-
изводится на 200-тонном прессе фирмы «Блисс» (фиг. 16). Пресс
Фиг. 16. Пресс, оборудованный магазинной подачей и автомати-
ческим съемником для холодновыдавленных колец игольчатых
подшипников универсального шарнира, изготовляемых холодным
выдавливанием из стальных заготовок (сталь марки SAE-1010).
Производительность 35 колец в минуту.
совершает 35 ходов в минуту, снабжен магазинной подачей и
автоматическим съемником. Рабочий у пресса следит только за
тем, чтобы вертикальная трубка магазина была полностью
загружена заготовками. При каждом ходе пресса толкатель
подачи, действующий от пневматического цилиндра с внутрен-
ним отверстием диаметром 63,5 мм и с ходом 50,8 мм, вталки-
вает нижнюю заготовку в направляющий горизонтальный лоток^
подачи. В лотке в промежутке между трубкой магазина и штам-
пом размещаются 14 заготовок. Как только в горизонтальный
344
Глава 11
лоток вталкивается очередная нижняя заготовка из трубки ма-
газина, крайняя заготовка на другом конце лотка вталкивается
в -подпружиненные пальцы на позицию для выдавливания.
На фиг. 17 показан поперечный разрез штампа для холод-
ного выдавливания. Пуансон для выдавливания изготовляется
Заготовка 1 Изделие
Фиг. '17. Штамп для холодного выдавлива-
ния, применяемый на прессе, показанном на
фиг. 1'6.
Внизу показаны заготовка и выдавленное гото-
вое изделие в увеличенном размере.
из быстрорежущей стали (марки SAE D-2), закаливается до
твердости 61 RC и шлифуется'. Этот' пуансон закрепляется в
верхнем башмаке штампа с помощью стопорного кольца В и
упирается- в диск С;' изготовленный из инструментальной стали,
‘закаленной в масле до твердости 61 RC. Матрица D из быстро-
режущей стали такой же твердости смонтирована ша Опоре Е
и прижимается к плйте F, изготовленной из инструментальной
стали, закаленной в масле до твердости 59 RC. Матрица укреп-
Применение холодного выдавливания
Ж
ляется йа нижнем башмаке штампа с помощью зажимного
кольца G. Выталкиватель Н опирается на подпружиненный,
нижний пуансон К. Нажимные штифты L отрезаются по длине
при сборке с таким расчетом, чтобы обеспечить в' рабочем цик-
ле выстой ’ величиной 17,907 мм до того, как пуансон К й вы-
талкиватель Н выдадут из штампа изделие.
Фиг. 18. Два наружных кольца подшипника универсального шарнира из-
готовляются холодным выдавливанием за один ход пресса усилием 500 тг
оборудованного' восьмипозиционным поворотным столом.
В одной матрице без пер'еточки можно изготовить выдавли-
ванием около 60 000 колец подшипников, причем до полного из-
носа матрицу мойкно перетачивать шесть раз. Затем кольца
подвергаются механической обработке, поверхностной закалке,,
шлифованию и сборке.
Холодным выдавливанием изготовляет такие же детали
(наружные кольца подшипников кардана) и фирма «Сагино
стиринг г'иар». 'Фирменная технология изготовления отличается
в основном только тем, что детали выдавливаются из модифи-
цированной стали марки SAE-1012; применяемой в виде горя-
чекатаного прутка в бухтах. Пруток протравливается, обраба-
346
Глава 11
тывается известью и после холодной протяжки подается на
двухударный холодновысадочный автомат. Оба конца загото-
вок, отрезаемых на автомате, обрабатываются под прямым уг-
лом к Зси симметрии и закругляются. Затем заготовки автома-
тически промываются, очищаются пескоструйным аппаратом,
отжигаются, фосфатируются и смазываются. На 500-тонном
прессе, оборудованном восьмипозиционным поворотным столом,
одновременно выдавливается в холодном состоянии два изде-
лия (фиг. 18). Заготовки устанавливаются в штамп автомати-
чески с обеих сторон пресса (сзади и спереди). Выдавленные
кольца подшипников снимаются с пресса также автоматически.
Производительность пресса 3360 изделий в час. До этого на-
ружные кольца подшипников кардана изготовлялись на линии
из четырнадцати восьмишпиндельных токарно-винторезных
автоматов.
ПОРШНЕВЫЕ ПАЛЬЦЫ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
Весьма показательным примером экономичности процесса
холодного выдавливания стали, одновременно показывающим,
насколько улучшается качество изделий, изготовляемых этим
методом, может быть применение холодного выдавливания для
изготовления поршневых пальцев автомобильного двигателя.
Обычная технология изготовления таких деталей, применяв-
шаяся до этого одной автомобильной фирмой, состояла из опе-
рации сверления и разрезки пруткового металла вместо более
дорогих трубчатых заготовок. Для изготовления одного порш-
невого пальца на токарно-винторезном автомате расходовалось
примерно 0,342 кГ металла, из которых около 0,114 кГ металла
терялось в виде стружки. При холодном выдавливаний на каж-
дый палец расходуется всего только 0,227 кГ металла. Если
считать, что для каждого двигателя требуется 8 пальцев, а в
год изготовляется 2 млн. двигателей, то при изготовлении од-
ной только этой детали холодным выдавливанием можно сэко-
номить ежегодно 2000 т стали. К этому надо еще добавить
снижение себестоимости изделий на 50%. Кроме того, холод-
новыдавленные поршневые пальцы обладают превосходными
техническими качествами. При испытаниях на выносливость
поршневых пальцев, изготовленных тем и другим методами, хо-
лодновыдавленные пальцы выдержали в среднем больше 51 000
циклов до разрушения, тогда как пальцы, изготовленные меха-
нической обработкой, выдержали в среднем всего только
15 500 циклов.
По технологии, применяемой на заводе фирмы «Форд мо-
тор», поршневые пальцы изготовляются холодным выдавлива-
Применение холодного выдавливания
347
нием .из мелкозернистой стали марки SAE-5015, по свойствам
соответствующей стали для холодной высадки. Сталь приме-
няется в виде холоднотянутого прутка, отожженного до макси-
мальной твердости 150 НВ. Заготовки требуемой длины
(59,6 мм) с закругленными краями отрезаются от прутков дли-
ной 457,5 мм на четырехшпиндельных автоматах типа Конома-
тик. Вес заготовок выдерживается в пределах 228,5—229,5 г.
Заготовки очищаются, фосфатируются и покрываются смазкой
в |барабанах полностью автоматических установок для гальва-
низации фирмы «Ф. Б. Стивенс». На этих установках заготов-
ки проходят обработку в такой последовательности: щелочная
очистка, горячая промывка, фосфатирование, промывка в холод-
ной воде, щелочная промывка, смазка составом для вытяжки,
просушка горячим воздухом, щелочная промывка и промывка
горячая.
Холодное выдавливание выполняется полностью автомати-
ческим циклом на двустороннем гидравлическом прессе с вер-
тикальным и горизонтальным цилиндрами и с двумя ползунами
фирмы «Денли» усилием 500 т, на котором обратным способом
выдавливаются одновременно оба конца заготовки, после чего
в центре каждого пальца остается тонкая сплошная перемычка.
Привод пресса осуществляется от двигателя с бесступенчато
регулируемой скоростью через зубчатый редуктор и дальше на
ползуны через рычажный механизм. Такой привод обеспечи-
вает плавную смену рабочих скоростей в диапазоне 30—
50 ходов в минуту. Автоматическое подающее устройство, по-
казанное на фиг. 19, подает заготовки в продольном направле-
нии по одной в матрицы гнездового типа, смонтированные на
вращающемся диске типа револьверной поворотной головки с
приводом от храпового механизма. Индексирующийся диск,
вращаясь в вертикальной плоскости, при каждом ходе пресса
устанавливает матрицы на одной оси с выдавливающими пуан-
сонами, жестко закрепленными напротив матриц. Пуансоны,
расположенные по обеим сторонам диска, смонтированы на от-
дельных ползунах, которые; приводятся в движение в горизон-
тальной плоскости шатунами от пресса в момент окончания
поворота диска.
На первой позиции заготовки фиксируются, на второй — вы-
полняется обратное выдавливание обоих концов заготовки, на
третьей — во внутренние отверстия выдавленных деталей вхо-
дят подпружиненные щупы, проверяющие, не произошла ли
поломка пуансонов во время выдавливания. Если щупы встре-
чают препятствие при своем перемещении, конечные выключа-
тели автоматически останавливают пресс. Калибрование паль-
цев на требуемую длину производится на четвертой позиции.
Фиг. 19. Заготовки для поршневых пальцев ав-
томобильного двигателя автоматически загружа-
ются на поворотное загрузочное устройство, ко-
торое подает их в позицию между выдавли-
вающими пуансонами на прессе усилием 500 т.
?1| Фиг. 20. Разрез пуансона и матрицы для обратного выдавлива-
, ,ния (сверху) и для калибрования, по размеру (внизу) .поршне-
вых пальцев автомобильного двигателя.
Применение холодного выдавливания
349
На пятой позиции поршневые пальцы выталкиваются из. матри-
цы на транспортер. Пуансоны и матрицы для этой операции
изготовляются из твердого сплава карбида вольфрама. На
фиг. 20 сверху показаны разрезы пуансонов и матриц в поло-
жении выдавливания, причем поршневой палец показан сплош-
ным. За время выдавливания пуансонодержатели направляются
Фиг. 21. Заготовка, показанная слева, после хо-
лодного выдавливания принимает форму- поршне-
вого пальца, показаннргЩцеликом и й разрезе
в центре.
Отшлифованный надец-показан справа.
внутренними отверстиями втулок с фланцами, имеющимися в
неподвижно закрепленных дисках по бокам м-атрицедержателя.
На фиг. 20 елева (X) показана в увеличенном масштабе кон-
фигурация основания внутреннего отверстия пальца, образуе-
мая пуансонами, с головками немного увеличенного-диаметра.
Внизу показан калибровочный инструмент. На этой позиции
пуансоны, имеющие примерно такие же диаметры, как и отвер-
стие матрицы, образуют также внутренние скосы в пальцах.
Выдавливание производится с большой скоростью: в час
изготовляется 1900—2500 изделий. На фиг. 21 показаны заго-
товка, выдавленный поршневой палец и готовое отшлифованное
изделие. Перемычка или сплошной участок, остающийся в гото-
вом изделии, высверливается и развертывается. Последующие
операции состоят из цементации и бесцентровой шлифовки.
По другой технологии, разработанной для холодного выдав-
ливания поршневых пальцев, .сначала изготовляются цилиндри-
ческие детали с одним глухим концом. Затем торцевая стенка
(глухое дно цилиндра, полученного выдавливанием) прошивает-
ся на прессе. На одном, заводе, применяющем такую, техноло-
гию, выдавливание поршневых пальцев производится на одно-
кривошипных прессах простого действия с двойной, ^зубчатой
350
Глава И
передачей, сконструированных фирмой «Версон». Номинальное
усилие прессов 200 т, величина хода 355,4 мм. Каждый пресс
оснащен автоматической трехпозиционной подачей револьвер-
ного типа с магазином для заготовок. Заготовки выдавливают-
ся за одну операцию. Прошивка, калибрование и закругление
производятся за один ход на другом прессе. Таким методом
за одну минуту изготовляется 15 поршневых пальцев.
ГАЙКИ ТРАКТОРНЫХ КОЛЕС
На предприятии фирмы «Форд мотор» налажено производ-
ство гаек тракторных колес методом холодного выдавливания
за две операции. При первой операции, как показано на фиг. 22
Фиг. 22. Холодное формирование глухих гаек
тракторных колес состоит из холодной высадки (сле-
ва), комбинированного прямого и обратного выдав-
ливания и осадки (.в центре). Готовая гайка пока-
зана справа.
слева, холодной высадкой увеличивается диаметр того конца
заготовки, который выдавливается. Затем прямым выдавлива-
нием заготовка превращается в гайку, и обратным выдавлива-
нием образуется цилиндрическая часть, на которой при после-
дующей осадке остается фланец (фиг. 22, в центре). Готовая
чистая гайка, полученная холодным выдавливанием, показана
справа. При изготовлении гаек таким методом устраняется до-
Применение холодного выдавливания
351
рого-стоящий процесс механической обработки на токарно-вин-
торезном автомате и операция фрезерования квадратного кон-
ца гайки.
КОРПУСЫ ВЫКЛЮЧАТЕЛЕЙ СТОП-СИГНАЛОВ
В число многих изделий, изготовляемых фирмой «Браун ин-
жиниринг» методом холодного выдавливания, входят также и
корпусы выключателей стоп-сигналов (фиг. 23). При изготовле-
нии таких деталей прежним методом из стали марки AISI
С-1113 на каждую партию в 1000 штук расходовалось в общем
183,254 кГ шестигранного холоднотянутого прутка, тогда как
общий вес 1000 штук готовых корпусов составлял всего только
Ф и г. 23. Последовательность технологических переходов при изготовле-
нии корпусов выключателей стоп-сигналов (справа налево): заготовка,
отрезанная от прутка, заготовка после осадки, заготовка после выдавлива-
ния и готовый корпус.
26,762 кГ, следовательно, 156,492 кГ стали уходило в стружку.
Теперь для холодного выдавливания таких корпусов применяет-
ся горячекатаная прутковая сталь марки AISI С-10.08 в коли-
честве всего только 29,484 кГ, т. е. при изготовлении каждой ты-
сячи таких изделий холодным выдавливанием сберегается
153,770 кГ стали. Несмотря на то что при холодном выдавли-
вании корпусов выключателей требуются дополнительные опе-
рации, цена этих деталей снизилась примерно на 40%.
По фирменной технологии, бухты стального прутка диамет-
ром 14,27 мм сначала протравливаются, смазываются и под-
вергаются холодной протяжке. Так как волосовины на сталь-
ном прутке обычно приводят к неполадкам в процессе выдавли-
вания, бракованные заготовки легко обнаруживаются после
высадки и заменяются другими. Заготовки отрезаются от прут-
ка и высаживаются на стандартном холодновысадочном автома-
те фирмы «Уотербери фаррел» производительностью 160 штук
352
Глава 11
в минуту. Перед операцией выдавливания заготовки .обезжири-
ваются, отжигаются, подвергаются бондеризации и затем сма-
зываются. Холодное выдавливание выполняется на механиче-
ском прессе фирмы «Блисс» усилием 175 т, производитель-
ностью 70 деталей в минуту. При этой операции одновременно
выполняется прямое и обратное выдавливание. Металл, переме-
щаясь обратно вдоль пуансона, поднимается беспрепятственно
до минимального уровня, а излишний металл затем обрезается
до требуемых'размеров. Толщина стенки корпуса 1,27 мм, точ-
ность допуска на диаметр стержня' выдерживается в пределах
± 0,025 мм. Последующие операции состоят из сверления, об-
точки,’ скругления углов и накатки резьбы.
КОРПУСА ТОРСИОНА
В автомобильной промышленности процесс холодного выдав-
ливания исключительно удачно был применен для изготовле-
ния корпусов крепления торсиона. Эта деталь, показанная на
Фиг. 24. Вид корпуса крепления торсиона в
разрезе-(сверху), изготовленного холодным выдав-
ливанием, и этот же корпус после механической
обработки.
При изготовлении таких изделий' методом холодного
1 выдавливания экономится 40% металла^
фиг. 24 сверху, такая же, как порщневой палец, :и отлйчается
от него только тем, что на одном конце каждого корпуса тор-
сиона выдавливается шестигранное отверстие. Фирма «Пресс
металс оф Америка» изготовляет корпуса торсиона выдавлива-
нием на двух, гидравлических горизонтальных-прессах фирмы
«Лейк ири». Прессы с номинальным усилием по 440 ?т каждый 1
.снабжены выталкивателями усилием 44 т. з; у .
Применение холодного выдавливания 353
Для изготовления корпусов торсиона холодным выдавлива-
нием расходуется лишь 60% того количества стали, которое
расходовалось ранее при изготовлении таких деталей на токар-
но-винторезных автоматах. Кроме того, после изготовления на
токарно-винторезном автомате поверхности шестигранного от-
верстия, удерживающего торсион во время работы, требовали,
как правило, закалки. Гнезда, изготовленные холодным выдавли-
ванием, термической обработки не требуют; в процессе вы-
давливания поверхности на участке приблизительно 12 мм от
конца гнезда упрочняются и приобретают твердость 25 RC.
Корпуса крепления торсиона длиной 127 мм выдавливаются
из заготовок (сталь марки SAE-1035) длиной 76 мм. Каждый
пресс, применяемый для операции выдавливания, оборудован
пятипозиционным револьверным диском с приводом от гидрав-
лического двигателя, который поворачивает матрицедержатель
на 72° после каждой операции выдавливания. Перед очередным
поворотом гидравлический цилиндр сдвигает матрицедержатель
по горизонтали, удаляя таким образом жестко закрепленный
пуансон из матрицы. Затем при обратном ходе гидравлический
цилиндр поворачивает на определенный угол диск, устанавли-
вая следующую матрицу в рабочую позицию под пуансон. На
всех позициях револьверного диска устанавливаются одинако-
вые матрицы.
Фосфатированные, смазанные и омыленные заготовки встав-
ляются в загрузочный желоб магазина, расположенный с одной
стороны пресса. Из этого желоба заготовки автоматически по-
даются по одной в свободную матрицу при каждом повороте
диска. Шестигранный пуансон для выдавливания одного
конца корпуса укрепляется неподвижно на плите пресса, тогда
как круглый пуансон, выдавливающий другой конец корпуса,
закрепляется на ползуне пресса. Производительность операции
выдавливания составляет 525 изделий в час. Величина техно-
логического усилия, потребного для выполнения операции двой-
ного обратного выдавливания, составляет 365 т. Скорость хо-
лостого хода главного ползуна пресса вниз и вверх равна
30,5 м/мин, скорость выдавливания 12,70 м!мин при давлении
порядка 175 кг/см2. На одной позиции выдвигающийся щуп
проверяет правильность выполнения операции выдавливания.
Если заготовка не выдавлена, пресс останавливается.
Чистовая обработка корпусов, полученных выдавливанием,
выполняется на автоматических токарно-револьверных станках.
На таком станке за одну установку в зажимном патроне вы-
сверливается перемычка, разделяющая выдавленные отверстия,
вытачивается широкая внутренняя выемка около центра и на
одном конце отверстия вытачивается узкая канавка для про-
23 Ч. Уик
354
Глава И
кладки, как показано внизу на фиг. 24. Готовые корпуса креп-
ления торсиона привариваются к элементам передних попере-
чин автомобильных рам машины фирмы «Крейслер».
ЗАЩЕЛКИ ДЛЯ ДВЕРНЫХ ЗАМКОВ АВТОМОБИЛЯ
Процесс холодного выдавливания применяется также для
массового изготовления стальных защелок в виде шестеренок
для дверных замков автомобилей (фирма «М. энд С. Меныо-
фекчюринг»); за счет новой технологии экономится до 65%
Фиг. 25. Защелки для дверных замков авто-
мобиля изготовляются холодным выдавлива-
нием на прессах с усилием 500 т, снабженных
сдвоенным комплектом инструментов и 'подаю-
щим устройством с загрузочным бункером.
металла от общего количества металла, расходовавшегося ра-
нее при изготовлении таких деталей обычным методом. Холод-
ное выдавливание защелок выполняется на 500-тонном двух-
кривошипном прессе простого действия (фиг. 25). Пресс фирмы
Фиг. 2'6. Вид сдвоенного инструмента на прессе, показанном на фиг. 25
Пресс делает 25 ходов в минуту; за один ход одновременно изготовляются
две защелки.
Фиг. 27. Заготовка, показанная слева, после
холодного выдавливания принимает форму
изделия, показанного в центре. Справа вид
Изделия после чеканки.
23*
356 Глава 11
«Берсон» сконструирован специально .с особо уширенными стой-
ками, до минимума снижающими деформацию, и оснащен вы-
сокоавтоматизированными устройствами, обеспечивающими вы-
сокую производительность.
Заготовки длиной 28,25 мм отрезаются на шестишпиндель-
ных токарно-винторезных автоматах от холоднотянутого прутка
(сталь SAE-1010) диаметром 19,05 мм. Для изготовления этих
изделий применяется сталь, раскисленная алюминиевой при-
садкой, мелкозернистой структуры и отожженная до макси-
мальной твердости 65 RB. Фосфатированные заготовки автома-
тически подаются к прессу из бункера по наклонному транс-
портеру, включающемуся только по команде. Электронный
глазок на гравитационном загрузочном лотке, соединяющем
наклонный транспортер с прессом, включает транспортер только
в тот момент, когда требуется очередная заготовка.
На прессе, оснащенном сдвоенным комплектным инструмен-
том и восьмипозиционным поворотным столом револьверного
типа, показанным на фиг. 26, за один ход изготовляются одно-
временно две роторные защелки. Пресс работает со скоростью
25 ходов в минуту, изготовляя при 100%-ной загрузке 50 изде-
лий в минуту. Точность диаметров выдерживается в пределах
0,07 мм. В последующие операции снимают заусеницы, промы-
вают, прошивают отверстия и производят поверхностную за-
калку на глубину 0,050—0,127 мм. На фиг. 27 в центре показа-
ны роторные защелки, полученные выдавливанием, справа —
защелки после калибрования, и слева показана заготовка, при-
меняемая для изготовления таких деталей.
ТОРСИОННЫЕ ТРУБЫ
Кроме деталей, перечисленных выше, фирма «Янгстаун
китченс» изготовляет методом холодного выдавливания также
торсионные трубы трех размеров, служащие корпусами для
осей тяжелых машин, перемещающих грунт при земляных ра-
ботах. На фиг. 28 показана последовательность технологических
переходов при выдавливании трубы одного размера и готовая
труба в продольном разрезе (справа). Общая длина трубы
данного типоразмера 292 мм, наружный диаметр 69,85 мм и
внутренний диаметр 50—80 мм. Цельное основание трубы
имеет такую же толщину, как и стенки, — 9,52 мм. Диаметр
внутреннего отверстия у верхнего открытого конца трубы уве-
личивается под прокладку.
Торсионные трубы изготовляются из обычного горячеката-
ного прутка (сталь марки SAE-1012) диаметром 95,25 мм, твер-
дость 50—60 RB. Заготовки длиной 127 мм и весом 5,750 кГ
Применение холодного выдавливания
357
отрезаются на пиле. После снятия заусениц поверхностный
слой заготовок подготавливается отжигом в течение одного
часа при температуре 402° С для последующего травления, со-
стоящего из 10-минутной выдержки в ванне с горячей серной
кислотой (6—10%-ной концентрации при температуре 76,7° С).
После промывки и нейтрализации в содовом растворе заготов-
ки выдерживаются в течение 7 мин для фосфатирования в
растворе бондерит 180Х при температуре 82,8° С. Затем заго-
товки погружаются для смазки на 7 мин в раствор, содержа-
щий 31,75 кГ состава бондерлюбе 235 на 378 л воды. Заготов-
ки смазываются в ванне при температуре 71,1° С.
Процесс холодного выдавливания труб полуоси состоит из
шести технологических операций, выполняемых на четы-
рех прессах: калибрования, первого и второго обратного вы-
давливания, прямого выдавливания, выравнивания раструба >на
открытом конце трубы и правки. Калибрование и первое об-
ратное выдавливание, а также второе обратное выдавливание
и прямое выдавливание выполняются в такой комбинации на
двух гидравлических прессах фирмы «Лейк ири» с усилием 3000 т,
оснащенных комплектами сдвоенного инструмента для каж-
дой операции. На фиг. 29 показана оснастка пресса для
выполнения первых двух операций и рабочие у пресса —сзади
и спереди. Для выполнения этих двух операций калибрования
и двух операций обратного выдавливания требуется общее тех-
нологическое усилие в 2000 т. Удаление раструба и выпрямле-
ние производятся на двух прессах фирмы «Блисс» усилием
по 75 т.
Во время операции калибрования диаметр у основания
уменьшается и образуется небольшая выемка в верхней части
заготовки. Диаметр пуансона для первого обратного выдавли-
вания равен внутреннему диаметру отверстия готовой трубы и
поэтому головка пуансона вставляется в полость, выдавленную
при калибровке в верхнем торце заготовки. После первого
обратного выдавливания в результате механического упрочне-
ния изделия приобретают твердость порядка 95 RB и поэтому
для последующей обработки давлением в холодном состоянии
требуют отжига. Чтобы сократить требуемое для термической
обработки время, изделия, имеющие при выдаче, из пресса
температуру приблизительно 162,8° С, немедленно пропус-
каются через индукционные нагревательные печи, где тем-
пература их повышается до 787,8° С, а затем охлаждаются на
транспортерах. Для снятия напряжений изделия выдерживают-
ся в течение одного часа при температуре 398,9° С и после
этого протравливаются, проходят бондеризацию и смазы-
ваются.
Фиг. 28. Исходная заготовка слева и готовая труба © разрезе справа.
В центре показано изделие после каждой из шести операций, выпол-
няемых на прессе.
Фиг. 29. Каждый рабочий обслуживает одновременно две позиции: по-
зицию калибрования (справа) и позицию обратного ®вдавливания (слева)..
Фиг. 30. При втором обратном выдавливании дно стакана при-
обретает окончательную толщину и углубление под смазочный
фитинг.
Фиг. 31. При операции прямого выдавливания по-
лучаются окончательный наружный диаметр и ко-
нечная длина стакана.
360
Глава 11
На фиг* 30 показан инструмент для второго обратного вы
давливания. Во время этой операции продолжается выдавли-
вание металла из корпуса цилиндра; на этой стадии изделие
приобретает окончательную толщину, а также увеличивается
его длина. Толщина стенки остается одинаковой, за исключе-
нием участка у основания трубы* Кроме того, в основании де-
тали выдавливается еще конусное углубление Н, необходимое
для последующего сверления и нарезки метчиком резьбы под
смазочный фитинг.
В ходе операции прямого выдавливания, как показано на
фиг. 31, дно трубы оказывается на значительном расстоянии
впереди пуансона, когда ползун пресса доходит до своего
крайнего положения хода вниз. Давление уступа пуансона при-
ходится на верхнюю часть изделия. Большой радиус J сопря-
жения нижней части полости матрицы (соответствующей на-
ружному диаметру готовой трубы) с верхней частью облегчает
истечение металла во время движения пуансона вниз. Умень-
шение площади поперечного сечения в нижней части матричной
полости способствует стремительному истечению стали перед,
пуансоном со скоростью, примерно в три раза превышающей
скорость движения ползуна пресса.
На этом заканчиваются операции выдавливания, так как
трубы полуоси получают требуемый диаметр и конечную тол-
щину стенки. Раструб выравнивается при помощи простого-
штампа, через который пропускается труба. Узкий поясок в
верхней части пуансона образует специальное углубление в гор-
ловине трубы для прокладки* Выпрямляются готовые детали
при помощи другого простого штампа с пуансоном.
ВЫДАВЛИВАНИЕ КОРПУСОВ ГЕНЕРАТОРОВ
Фирма «Делко-Реми» методом холодного выдавливания про-
изводит теперь в массовом масштабе корпуса генератора с точ-
ным прямолинейным и круглым внутренним отверстием в пре-
делах требуемых допусков, при этом экономится более 0,90 кГ
стали на каждое изделие. В результате устранения требовав-
шихся ранее операций сварки стыка, зачистки сварного шва,
расточки, а также подрезки одного конца значительно снизи-
лась себестоимость изделий. На концах корпуса данного типа
вырубались паз и шип. Перед вырубкой материал толщиной
9,52 мм подвергался пескоструйной обработке для удаления
окалины и подготовки поверхности металла под смазку* На
многопозиционном прессе с автоматической передачей заготовок
выполнялись пять операций: отрезка, высечка, превращение за-
готовки в форму ярма, придание заготовке U-образной формы
Фиг. 32. Корпус генератора с шипом и пазом для скрепления (сверху).
После выдавливания шов не расходится. Внизу показан инструмент для холодного»
выдавливания корпусов генератора.
•362
Глава 11
и придание окончательной формы при помощи полукруглых
.штампов.
При изготовлении таких изделий холодным выдавливанием
толщина стенки частично уменьшается до 4,76 мм (т. е. на 501%)
(фиг. 32 сверху). На фиг. 32 внизу показан поперечный разрез
штампа для выдавливания. Карбидная кольцевая матрица с на-
ружным конусом в Г (с наименьшим диаметром в верхней ча-
сти) запрессовывается в трех концентрических стяжных коль-
цах, насаживаемых в горячем состоянии. Стяжные кольца за-
крепляются на подштамповой плите с помощью 8 болтов.
Пескоструйная обработка карбидной кольцевой матрицы повы-
шает эффективность действия смазки и снижает потребное тех-
нологическое усилие выдавливания до 175 т, т. е. примерно в
2 раза по сравнению с усилием, требующимся для полирован-
ного кольца.
Механизм съемника, прикрепленный к пуансонодержателю,
нажимает на кольцеобразный выступ, снимая выдавленный кор-
пус с оправки из высокоуглеродистой хромистой стали. Вытал-
киватель не сталкивает деталь с оправки до тех пор, пока она
не будет поднята съемником до определенной высоты над по-
верхностью матрицы. Это облегчает захват выдавленного кор-
пуса генератора автоматическим съемником. Во время выдавли-
вания корпуса генератора быстро движущийся металл в сужен-
ной зоне тянет оправку вниз со скоростью, превышающей
скорость движения ползуна пресса. Этому беспрепятственному
движению способствует специальный зазор между нижней плос-
костью ползуна и верхней поверхностью оправки. Для компен-
сации упругого сжатия во время выдавливания диаметр кон-
цевой части оправки делают на несколько сотых миллиметра
больше диаметра средней части оправки. В оправке также вы-
сверлены отверстия для выпуска скапливающегося масла.
ГЛАВА 12
ПРОИЗВОДСТВО ЗАГОТОВОК
И ВТОРИЧНЫЕ ОПЕРАЦИИ
Имеются все 'Основания утверждать, что процесс холодного
выдавливания стоит на одном уровне с технологическим процес-
сом обработки металлов на токарно-винторезных автоматах и
с другими процессами, выполняемыми на прессах и на различ-
ном другом металлообрабатывающем оборудовании. Поэтому,
принимая решение о применении того или иного процесса для
массового производства изделий, приходится руководствоваться
главным образом экономическими соображениями. Например,
если на токарно-винторезных автоматах можно за одну опера-
цию получать из исходного сырого материала полностью гото-
вые изделия, для которых редко требуются какие-либо вторич-
ные операции, то для холодного выдавливания необходимо
сначала подготовить заготовки, т. е. произвести отжиг, очистку,
травление, фосфатирование и смазку. Кроме того, в отдельных
случаях могут еще потребоваться и кое-какие вторичные опе-
рации.
Поэтому компенсировать все эти технологические преимуще-
ства и затраты на дополнительные операции можно только за
счет экономии металла при холодном выдавливании. Экономия
на стоимости сырья получается обычно в результате того, что
при изготовлении изделий методом холодного выдавливания
вместо дорогостоящей холоднокатаной стали можно применять
более дешевую малоуглеродистую и горячекатаную сталь, ко-
торая к тому же доставляется в открытых вагонах и не требует
крытых складских помещений для хранения.
Экономия, получаемая от снижения количества стали, ис-
пользуемой при холодном выдавливании, является, по сущест-
ву, заранее известной величиной, зависящей от конструкции из-
делия. Дополнительная экономия получается в зависимости от
эффективности выбранного метода производства заготовок. Из-
готовление гладких, стандартных по своей точности и недоро-
гих заготовок является не только важным фактором, опреде-
ляющим общую стоимость производственного процесса, но и
фактором, влияющим как на длительность срока службы
364
Глава 12
инструмента, так и на качество изготовляемой продукции. Поэто-
му для изделий, которые можно изготовить вытяжкой или вы-
давливанием, выбор метода производства зависит главным об-
разом от того, какую экономию металла может дать тот или
иной из этих методов.
При выборе метода производства заготовок необходимо учи-
тывать производственные требования, основную стоимость не-
обходимого оборудования, стоимость инструмента и расходы на
его содержание, потери металла в стружку и в отходы, число
требуемых операций (таких, как снятие заусениц, калибрование
и отжиг) и другие факторы, связанные с данной операцией.
Размеры, форма и материал заготовок, требуемая точность из-
делий и возможная производительность — вое это также имеет
серьезное значение для окончательного решения при выборе ме-
тода производства заготовок.
К числу наиболее распространенных методов изготовления:
заготовок для холодного выдавливания (по порядку их обычно-
го приоритета, начиная с наименее рекомендуемого) относятся:
1) вырубка, 2) отрезка на пилах, 3) отрезка на металлорежу-
щих станках, 4) резка ножницами, 5) холодная высадка.
ВЫРУБКА ЗАГОТОВОК
Вырубка заготовок из тонкого или толстого листа может по-
казаться на первый взгляд одним из наиболее простых методов
производства заготовок для холодного выдавливания, однако,
этот метод может быть слишком дорогостоящим, так как он
довольно трудоемок, кроме того, при вырубке заготовок из ли-
ста довольно большое количество металла теряется в виде от-
ходов и усложняется транспортировка металла. К тому же не
совсем точно выдерживается объем заготовок вследствие откло-
нений в толщине материала. И все же если диаметр заготовки
значительно превышает ее толщину, этот метод можно считать,
наиболее экономичным для производства заготовок. Если тол-
щина заготовки значительно больше ее диаметра, вырубку та-
кой заготовки производить невыгодно. Если допуски на толщи-
ну листа и толстолистового проката слишком свободные, то
поверхность материала должна быть отшлифована до или пос-
ле вырубки из листа. Кроме того, в результате механического
упрочнения краев заготовок после вырубки в процессе выдав-
ливания могут иметь место разрывы кромок стаканов.
Вырубленные заготовки нередко приходится подвергать дро-
беструйной обработке для удаления окалины и очистки, а так-
же зачищать края заготовок. В противном случае окалина^
остающаяся на поверхности заготовок, препятствует образова-
Производство заготовок и вторичные операции 365
нию качественного покрытия при фосфатировании и вызывает
повреждение инструмента. Кроме того, для большинства опера-
ций холодного выдавливания вырубленные заготовки требуют
отжига до фосфатирования и смазки.
РЕЗКА ЗАГОТОВОК НА МЕХАНИЧЕСКОЙ ПИЛЕ
Несмотря на то что в некоторых случаях резка заготовок на
механической пиле имеет те же недостатки и является более
дорогостоящей операцией, чем вырубка заготовок и отрезка их
механическими ножницами, тем не менее этот метод имеет свои
определенные преимущества, особенно для производства более
толстых заготовок. Одно из этих преимуществ заключается в
том, что отрезанные заготовки можно не отжигать. Заготовки
большого диаметра также выгоднее резать на механической
пиле вместо резки ножницами и холодной высадки. Помимо все-
го прочего, заготовки, отрезаемые от прутка на хороших авто-
матических пилах, как правило, получаются более точными и
не требуют подчеканки и калибрования. Правда, допуски на
диаметр прутка, выдерживаемые при прокатке на обычных ста-
нах, не всегда могут удовлетворять по своей точности опреде-
ленным производственным требованиям.
Резка заготовок на механических пилах теряет свои преиму-
щества в тех случаях, когда потеря металла в опилки превы-
шает 30% объема заготовки, что зависит от толщины полотна
пилы. К тому же заготовки для обратного выдавливания изде-
лий сплошного сечения приходится перед выдавливанием иног-
да калибровать и отжигать. Края заготовок во всех случаях не-
обходимо, как правило, скашивать, скруглять или же зачищать.
Калибрование, так же как и зачистка, выполняется иногда фре-
зерованием или шлифовкой.
Заготовки отпиливают от прутка на ленточной пиле, на аб-
разивных отрезных станках, на станковых ножовках или цирку-
лярных пилах? Резка заготовок на станковых ножовках яв-
ляется сравнительно недорогой и эффективной операцией, хотя
она и менее производительна, чем другие методы. При этом
более дорогие горизонтальные ленточные пилы имеют го преи-
мущество, что на них можно использовать пилы с более тонким
полотнищем, благодаря чему сокращаются потери металла на
опилки. Кроме того, на этих пилах более равномерный износ
зубьев.
Резка заготовок на абразивных отрезных станках, бесспор-
но, обеспечивает наиболее высокую производительность, однако
здесь не устраняется возможность пережога и упрочнения за-
готовок. Значительное распространение находит резка загото-
366
Глава 12
во*к на циркулярных пилах, так как этот метод отличается вы-
сокой производительностью при высокой точности резания. На
фиг. 1 показана линия циркулярных пил с гидравлическим при-
водом системы Геллер, установленная на заводе фирмы «Янг-
стаун китченс». На этих станках пруток автоматически захва-
тывается, протаскивается до упора и фиксируется в позиции
Фиг. 1. Круглопильные станки с гидравлическим приводом для резки
заготовок.
Вес заготовок проверяется на контрольных весах, показанных в центре на перед-
нем плане.
отрезки. После подачи и отхода каретки, несущей пилу, пруток
освобождается и цикл резки повторяется снова. Отрезанные за-
готовки падают в желоб и попадают сразу на цепной транспор-
тер. Для отрезки заготовок фирмы «Хейнц» применяет специ-
альные вращающиеся пилы диаметром 508 мм с карбидной на-
варкой, с последующей зачисткой следов от пилы.
ОТРЕЗКА ЗАГОТОВОК НА СТАНКАХ
Иногда вполне отвечают технологическим требованиям так-
же заготовки, отрезаемые на токарных станках и на много-
шпиндельных автоматах обычным отрезным инструментом. Од-
нако стандартные допуски на диаметр прутка, выдерживаемые
при прокатке, не всегда могут отвечать определенным требова-
Производство заготовок и вторичные операции 367
ниям, поэтому могут потребоваться дополнительные расходы
для повышения точности допусков. Этот метод применяется пре-
имущественно для отрезки заготовок небольшого и среднего-
размеров и прутковых заготовок, обрабатываемых до резки
сверлением и расточкой. Доброкачественные заготовки можно-
Фиг. 2. Отрезка заготовок для холодного выдавливания поршневых
пальцев автомобильных двигателей от прутка на четырехшпиндельнодФ
станке.
получать этим методом только при наличии прочного и надеж-
ного инструмента, жесткой опоры и при минимальном весе от-
резаемых заготовок. Если края заготовок получаются не слиш-
ком шероховатыми, заготовки можно использовать без зачистки
и без снятия заусениц. Однако такие заготовки, как правило,
необходимо проверять и следить за тем, чтобы в центре загото-
вок после отрезки не оставалось выступов.
На заводе фирмы «Форд моторе», например, заготовки для
холодного выдавливания поршневых пальцев отрезаются сразу
по четыре штуки на многошпиндельном станке типа «Конома-
368
Глава 12
тик», (фиг. 2). Так как поршневые пальцы выдавливают в за-
крытых штампах, объем заготовок весом 227 г выдерживается
по их расчетному весу с точностью до 0,5 г.
РЕЗКА ЗАГОТОВОК НА НОЖНИЦАХ
Наиболее быстрым и экономичным методом резки заготовок
является резка на ножницах, применяемая преимущественно
для резки заготовок небольшого и среднего диаметров. Однако
заготовки, отрезаемые механическими ножницами, получаются
эксцентричными, с деформированными краями и неравномерной
твердости. Поэтому для придания заготовкам более концен-
тричной формы их приходится дополнительно чеканить, калиб-
ровать или обжимать и в большинстве случаев отжигать до вы-
давливания, особенно заготовки из высокоуглеродистых и леги-
рованных сталей.
При этом имеет определенные преимущества чеканка, так
как после нее заготовка приобретает более точные размерные
допуски и ее геометрическая форма больше соответствует фор-
ме штампа. При чеканке можно получать центровое углубление,
или вмятину, на торце заготовки для более точной центровки
пуансона в начальной стадии выдавливания. Применяя чеканку,
можно к тому же использовать более длинные заготовки, полу-
чая их из прутков меньшего, чем обычно, диаметра. Кроме того,
при помощи чеканки можно получать заготовки с требуемыми
допусками из круглого проката, имеющего более свободные до-
пуски, например такого, как горячекатаный пруток.
Подчеканенные или профилированные заготовки более упру-
го воспринимают удар пуансона, что позволяет увеличивать
•скорость хода ползуна пресса. На фиг. 3 показан типовой ка-
либровочный штамп в поперечном разрезе. Заготовка А сдав-
ливается матрицей В и пуансоном С. Откалиброванная заготов-
ка удаляется из матрицы при помощи штифта-выталкивате-
ля D. Матрица В монтируется в обойме Е и зажимном кольце
F. Полость штампа и пуансон имеют небольшую конусность.
Вставленная в штамп заготовка входит в матрицу приблизи-
тельно на половину. Под рабочим давлением пуансона заготов-
ка заполняет полость матрицы, уменьшаясь в диаметре внизу и
увеличиваясь в верхней части.
Чеканку можно применять также для профилирования ниж-
ней части заготовки и для образования в нижнем торце заго-
товки фасонных углублений или выпуклостей квадратной, ше-
стигранной, зубчатой и другой формы, которые нельзя сформи-
ровать в последующей операции выдавливания без чрезмерно-
го износа матрицы.
Производство заготовок и вторичные операции
369
Иногда отдельные операции прямого -выдавливания можно
комбинировать с операцией чеканки с целью обеспечения наи-
более благоприятных условий для последующих операций утоне-
ния стенки. В тех случаях, когда необходимо набрать металл
Фиг. 3. Калибровочный штамп для калибровки заготовки А
в матрице В пуансоном С.
Кроме того, пуансон образует углубление в верхнем торце заготовки
для облегчения выдавливания.
в определенной части заготовки для последующего выдавлива-
ния или для формирования предусмотренного профиля, вместо
чеканки можно применять осадку. Следует отметить, что осадка
одновременно является весьма эффективным способом испыта-
ния, применяемого для выдавливания металла, так как при
этом обнаруживаются все поверхностные трещины, которые по-
сле осадки видны невооруженным глазом.
На ножницах, как правило, режут преимущественно прутки
очень малых диаметров, причем для резки прутка имеются нож-
ницы гильотинного типа и рычажные. От прутка можно отре-
зать заготовки диаметром приблизительно до 50,8 мм. Так, на-
24 4 Уик
370
Глава 12
пример, на одном специальном кривошипно-коленном прессе
тройного действия один ползун зажимает пруток, другой ползун
в прессе, оснащенный инструментом, надрезает пруток снизу
при подъеме, а третий режет пруток требуемой длины при пода-
че вниз.
Насколько экономична резка заготовок на ножницах, мож-
но судить хотя бы по следующей производственной операции
изготовления цилиндрических деталей типа стаканов с наруж-
ным диаметром 40 мм, внутренним диаметром 32 мм, толщиной
дна 3,98 мм и высотой 15,01 мм. Для таких деталей требуются
заготовки диаметром 39,98 мм и высотой 8,0 мм. Если обрезать
такие заготовки на пиле с полотном толщиной 3,98 мм, потеря
металла в опилки составит 50% от общего объема заготовки.
Такое же примерно количество металла теряется в виде отхо-
дов при вырубке дисков из листа для вытяжки. При этих усло-
виях изготовлять подобную деталь методом холодного выдавли-
вания, конечно, невыгодно. Однако было все же установлено,
что процесс холодного выдавливания экономически выгоден и
в этом случае, если отрезать заготовки на ножницах от прутка
диаметром 24 мм (длиной до 22 мм),, а затем заготовку калиб-
ровать до требуемого размера и отжигать перед операцией вы-
давливания.
ПРОИЗВОДСТВО ЗАГОТОВОК холодной ВЫСАДКОЙ
Многие специалисты по холодному выдавливанию считают,
что холодная высадка, включая калибровку, резку и осадку
прутка и круглого проката, является наилучшим методом про-
изводства заготовок. Этот метод устраняет необходимость точ-
ного калибрования металла (выдерживание точных допусков)
на сталепрокатном заводе и позволяет использовать более деше-
вый горячекатаный металл, обеспечивая тем самым определен-
ную экономию за счет разницы в стоимости материала для хо.-
лодной высадки и холодного выдавливания. При холодной вы-
садке полностью устраняются потери металла в стружку.
К тому же в процессе осадки, являющемся эффективным спо-
собом предварительного испытания, обнаруживаются трещины
в исходном материале, благодаря чему имеется возможность
заменять бракованные заготовки качественными, не затрачивая
времени на их обработку и не подвергая материал проверке в
дальнейшем.
В процессе холодной высадки с последующим отжигом зна-
чительно улучшается структура зерна, благодаря чему повы-
шается пластичность металла при холодном выдавливании.
Кроме того, холодную высадку и осадку можно применять так-
Производство заготовок и вторичные операции
371
же для операции набора металла и для получения большего
поперечного сечения, как это показано на фиг. 4.
Поэтому холодная высадка считается наилучшим и наиболее
эффективным методом производства заготовок для холодного
выдавливания большинства мелких деталей. Если заготовки
слишком большие для холодновысадочных машин, их калиб-
руют, отрезают и осаживают на обычных прессах. Если габари-
ты материала не позволяют производить резку его на ножницах,
следует отрезать заготовки на механической пила
Фиг. 4. Схема операции осадки, показывающая,
как заготовка (слева) деформируется методом
набора металла с целью увеличения площади по-
перечного сечения.
На предприятии фирмы «Браун инжиниринг» для холодного
выдавливания применяются большие бухты горячекатаного
прутка. После травления и смазки прутка из бухты обычным
способом материал вхолодную протягивается на калибровочных
машинах «Аякс-Ходж», спариваемых с холодновысадочными ав-
томатами. Производительность высадки заготовок колеблется в
пределах L60—180 штук в минуту.
Операция высадки производится при постоянном строгом и
надежном контроле, так как для холодного выдавливания точ-
ных изделий требуются строго концентричные заготовки одина-
кового и точного веса, особенно при выдавливании заготовок в
полностью закрытых штампах. Весьма серьезное значение
имеет структура исходного материала. Фирма «Браун инжини-
ринг», например, использует кипящую сталь специально для
холодной высадки; при этом поверхностных трещин не обра-
зуется. Однако даже и в этом случае структура стали может
быть различной в разных бухтах.
24*
372
Глава 12
После холодной высадки заготовки обезжиривают для уда-
ления масел и смазки, которые могут превратиться в твердые
спекшиеся остатки при последующей термической обработке.
Затем заготовки отжигаются, при этом снимаются все внутрен-
ние напряжения, возникающие во время холодной высадки. На
заводе фирмы «Браун инжиниринг» отжиг заготовок произво-
дится в специальных печах фирмы «Ли Уилсон» с продолжи-
тельным циклом отжига, обеспечивающим равномерную твер-
дость заготовок и улучшающим структуру волокна.
РАЗМЕРЫ ЗАГОТОВОК
Размер заготовок, применяемых для выдавливания какого-
либо изделия, определяется по объему металла, потребного для
готового изделия; затем этот объем пересчитывается в размеры
заготовки, которая должна плотно входить в штамп. Грубо го-
воря, для однооперационного выдавливания диаметр заготовки
должен быть приблизительно равен максимальному диаметру го-
тового изделия. В тех случаях, когда изделие выдавливается за
несколько последовательных переходов, диаметр заготовки
обычно должен превышать максимальный диаметр готового из-
делия. Это будет зависеть от того, в какой степени холодное
выдавливание достаточно для обеспечения необходимых физи-
ческих свойств. При таких работах, когда требуемые физиче-
ские свойства получаются последующей термической обработ-
кой, или в тех случаях, когда эти свойства не имеют серьезного
значения, можно использовать заготовки меньшего диаметра.
Шестигранные детали выгоднее изготовлять холодным вы-
давливанием из круглых заготовок. Диаметр таких заготовок
должен быть равным диаметру окружности, вписывающейся в
получаемый шестигранник.
Большое значение имеет вес заготовки как непосредствен-
ный указатель ее объема, и поэтому точность веса необходимо
выдерживать даже более строго, чем диаметр и высоту. Допуски
на вес заготовки зависят от геометрической формы изделия и
от требований, предъявляемых к нему. Там, где длина изделия
должна быть точно выдержана, допуск на вес сводится почти
к нулю.
Необходимо также периодически проверять диаметры заго-
товок. Полученные заготовки не обязательно должны строго
соответствовать контуру полости матрицы, за исключением
определенных базовых поверхностей. За счет этого снижается
начальное давление, потребное для деформирования металла и
заполнения полости матрицы до того, как потребуется макси-
мальное усилие для собственно выдавливания. Кроме того, сни-
Производство заготовок и вторичные операции
373
жается ударная нагрузка на инструмент и, как правило, увели-
чивается срок его службы.
Для ’процесса холодного выдавливания большое значение
имеет однородность физических свойств применяемой стали
(см. гл. 10). Прокатанная сталь может иметь весьма различ-
ные свойства, поэтому рекомендуется отжигать ее, а в некото-
рых случаях даже подвергать нормализации с последующим
отжитом. Оптимальные результаты получаются в том случае,
когда твердость заготовок не превышает 60—65 RB и зерно
при отжиге не увеличивается. Для процесса холодного выдав-
ливания стали практически нецелесообразно использовать заго-
товки, твердость которых превышает 85—100 RB.
Важное значение имеет также и качество поверхности заго-
товки. На поверхности заготовки не должно быть продольных
трещин и дефектов, которые могут быть обнаружены при хо-
лодной высадке заготовок. Особенно серьезное значение имеет
качество поверхности при обратном выдавливании. При прямом
выдавливании чистота поверхности заготовки не имеет большо-
го значения, так как при уменьшении диаметра в процессе сжа-
тия трещины закрываются.
ВТОРИЧНЫЕ ОПЕРАЦИИ
Целесообразность или непригодность процесса холодного
выдавливания с точки зрения его экономичности может также
зависеть от числа и типа вторичных операций, требующихся
для последующей обработки изделий, полученных холодным
выдавливанием. Можно привести множество примеров, когда
такие изделия применяются непосредственно в том виде, в ка-
ком они получены, и это оптимальное условие следует всегда
иметь в виду при конструировании любого изделия. Однако это
условие не всегда легко выполнить. Поэтому вторичные опера-
ции способствуют расширению рабочих возможностей процесса
холодного выдавливания, если при этом ограничивать их число
в соответствии с экономическими соображениями в каждом от-
дельном случае.
Иногда дополнительную обработку давлением в холодном
состоянии или вторичные операции можно производить, не под-
вергая полученное холодным выдавливанием изделие отжигу,
однако чаще всего для этого требуется все же термическая об-
работка и особенно в тех случаях, когда изделия изготовляются
из высокоуглеродистых и легированных сталей, а также если
они подвергались ранее эффективной обработке давлением в
холодном состоянии.. Для дополнительного выдавливания после
отжига изделия необходимо снова фосфатировать и смазывать.
374
Глава 12
Последующие операции могут включать высадку, фланжировку
или отбортовку, раздачу, правку и другие операции, а также
механическую обработку.
ПОСЛЕДУЮЩИЕ ОПЕРАЦИИ ОБРАБОТКИ ДАВЛЕНИЕМ
Вторичные операции обработки давлением можно иногда
производить на тех же самых прессах, используя для этого по-
воротные магазинные подачи и другие механизмы переноса. Од-
нако при этом операцию выдавливания под большим усилием
необходимо производить на прессе так, чтобы боковое давление
на инструмент вследствие упругой деформации пресса или
штампа было сведено до минимума.
Рекомендуется производить вторичные операции по возмож-
ности сразу же после выдавливания (буквально через несколько
секунд), чтобы не допустить дисперсионного старения. Так, на-
пример, совершенно точно установлено, что вторичные операции
вытяжки можно иногда успешно производить сразу после вы-
давливания, тогда как при выполнении этих операций на час
позже материал уже разрушается.
В тех случаях, когда напряжения деформирования дейст-
вуют в направлении, не совпадающем с направлением напряже-
ний деформирования, действовавших при первом выдавливании,
изделия все еще можно обрабатывать давлением в холодном
состоянии даже после значительного перерыва. Это свойство
было надежно проверено при предварительном выдавливании
шеек корпусов электрических выключателей и корпусов запаль-
ных свечей автомобиля, производившемся даже через несколько
месяцев после изготовления этих изделий холодным выдавли-
ванием.
ВЫТЯЖКА С УТОНЕНИЕМ СТЕНОК ИЗДЕЛИИ
ИЗ ХОЛОДНОВЫДАВЛЕННЫХ ЗАГОТОВОК
Если при выдавливании полых изделий нельзя сразу полу-
чить определенную форму, отделать начисто поверхность или
выдержать допуски требуемой точности, для этой цели в каче-
стве вторичной операции нередко применяется вытяжка с утоне-
нием стенок изделия. В действительности вытяжку с утоне-
нием стенок иногда можно производить даже вместо прямого
выдавливания. При этом происходит уменьшение площади по-
перечного сечения боковой стенки, материал которой подвер-
гается растяжению, так как пуансон, действуя на дно стакана,
продавливает его через очко инструмента.
Производство заготовок и вторичные операции
375
Получаемая толщина стенки определяется кольцевым зазо-
ром между пуансоном (или оправкой) и калибрующим пояском
матрицы. Если внутри полости изделия необходимо получить
слегка ступенчатую или конусную стенку, эта операция выпол-
няется путем вытяжки с утонением (слева на фиг. 5), произво-
димой после обратного выдавливания. Диаметр внутреннего
Фиг. 5. Стакан, изготовленный обратным выдавливанием
(слева), можно подвергнуть вытяжке е утонением, как
показано справа, чтобы получить коническую стенку внут-
ри отверстия изделия.
отверстия стакана, получаемого обратным выдавливанием, де-
лается немного больше диаметра готового внутреннего отверстия.
По окончании операции вытяжки с утонением площадь попе-
речного сечения боковой стенки уменьшается, формируется тре-
буемая полость и изделие удлиняется (фиг. 5, справа). Изго-
товление такого изделия обратным выдавливанием было бы
нецелесообразным из-за наличия длинной конусности и
требуемого полусферического основания во внутреннем отвер-
стии. Особую конфигурацию на нижнем торце обрабатываемого
изделия можно получить калиброванием или чеканкой. После
такой операции физические свойства нижних участков прибли-
жаются к свойствам, уже полученным в стенках изделия.
На фиг. 6 показан типовой штамп для вытяжки с утонением.
Матрица должна быть снабжена узким (4,76 жж), хорошо
скругленным калибрующим пояском. Смазка для этой операции
не имеет такого значения, как при выдавливании, и штамп
изнашивается меньше, однако эффективная смазка как внутрен-
ней, так и наружной поверхностей обрабатываемого изделия
376
Глава 12
имеет большое значение. При чрезмерно больших углах при
вершине смазка соскабливается, а при слишком малых внутрен-
них углах увеличивается поверхность контакта между матрицей
Фиг. 6. Штамп для вытяжки >с утонением.
и обрабатываемым изделием и, следовательно, увеличивается
возможность разрушения. Оптимальный внутренний угол дол-
жен находиться в пределах 20—30°.
МЕХАНИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА
ХОЛОДНОВЫДАВЛЕННЫХ ИЗДЕЛИЙ
Нередко изделия, полученные холодным выдавливанием,
требуют какой-либо механической обработки. С целью макси-
мального удешевления, а также в зависимости от числа тре-
буемых операций, механическая обработка холодновыдавленных
изделий производится, как правило, на многошпиндельных
токарно-револьвеРНЬ1Х автоматах с автоматическими загрузоч-
ными устройствами бункерного или магазинного типа и разгру-
зочными лотками. Следует еще раз напомнить, что малоуглеро-
Производство заготовок и вторичные операции
377
дистые стали, обработанные холодным выдавливанием, как пра-
вило, довольно легко поддаются механической обработке, тогда
как изделия из высокоуглеродистых и легированных сталей до
механической обработки следует" подвергать отжигу.
ОТЖИГ ХОЛОДНОВЫДАВЛЕННЫХ ИЗДЕЛИИ
Необходимость термической обработки стальных изделий,
получаемых холодным выдавливанием, зависит от того, какие
физические свойства приобретает оно в процессе выдавливания,
и от характера возникающих при этом напряжений. Многие
изделия, полученные холодным выдавливанием, могут быть
использованы без дополнительной термообработки, так как по
свойствам они не уступают, а в некоторых случаях даже имеют
лучшие физические свойства, чем свойства изделий после за-
калки. Если же свойства изделия не отвечают предъявляемым
требованиям, их подвергают сплошной или поверхностной за-
калке. Так как в процессе холодного выдавливания улучшается
размерная структура зерна металла, то форма таких изделий
значительно меньше искажается при последующем науглерожи-
вании, чем это свойственно изделиям, изготовленным другими
методами.
В некоторых случаях после эффективной обработки давле-
нием в холодном состоянии для облегчения последующей обра-
ботки давлением и снятия внутренних напряжений может по-
требоваться промежуточный или же низкотемпературный отжиг.
В отдельных случаях необходимо производить низкотемпера-
турный отжиг после каждой последующей обработки давле-
нием, а затем после заключительной операции снимать внутрен-
ние напряжения, чтобы устранить возможность образования
трещин. В других случаях требуется местный отжиг отдельных
частей изделия, подлежащих последующей обработке давле-
нием. Местный отжиг способствует сохранению физических
свойств, полученных в результате обработки давлением в холод-
ном состоянии в прилежащих зонах, которые не требуют даль-
нейшей обработки давлением.
Низкотемпературный или рекристаллизационный отжиг
отличается от обычного полного отжига тем, что металл нагре-
вается до температуры, несколько ниже или соответствующей
нижнему пределу критической температуры, с последующим
охлаждением, если это требуется. Фактически эта операция
подобна закалке с последующим отпуском. При этом не ста-
вится задача получения минимальной твердости. Металл на-
гревается до температуры порядка 621—677° С, т. е. ниже кри-
тического предела, и затем выдерживается при этой темпера-
378
Глава 12
туре столько времени, сколько необходимо для равномерного
прогрева, а затем охлаждается на воздухе. При такой обработ-
ке твердость металла обычно понижается до 60—70 RB. Размер
зерна при этом не увеличивается и рекристаллизация больше
способствует образованию мелкозернистой структуры, исключи-
тельно хорошо отвечающей условиям дальнейшей обработки
давлением в холодном состоянии.
ИНДУКЦИОННЫЙ отжиг
На заводе фирмы «Янгстаун китченс» для рекристаллиза-
ционного отжига широко применяется индукционный нагрев.
Так, .например, при изготовлении торсионных насадков (прием-
ников) полного давления из горячекатаной стали марки SAE-
1012 выдавленные детали снимаются с пресса нагретыми
Фиг. 7. Низкочастотные катушки индукционного нагрева,
намотанные на цилиндрах в ящиках, притягивают обра-
батываемые изделия, осуществляя таким образом непре-
рывную подачу при операции рекристаллизационного или
низкотемпературного отжига.
приблизительно до 163° С и без промедления отжигаются с
целью сокращения времени нагрева. Изделия нагреваются в
электрических шкафах, показанных на фиг. 7. Каждый такой
шкаф снабжен длинным цилиндром с низкочастотной индук-
ционной катушкой, намотанной по окружности цилиндра. При
Производство заготовок и вторичные операции 379
возбуждении магнитного поля цилиндр притягивает стальные
изделия, продвигая их вперед. Втянутые в цилиндр изделия
нагреваются до температуры 788° С, т. е. до точки Кюри, или
до требуемой для отжига температуры, после которой детали
временно теряют способность магнитного притяжения.
Тем временем подача изделий продолжается. При подходе
к цилиндру изделия, попадая в зону действия магнитного поля,
втягиваются внутрь и проталкивают изделия, находящиеся
внутри цилиндра, к его концу. Процесс обработки производится
непрерывно, и изделия, выходящие за пределы цилиндра, вновь
приобретают свойство магнитного притяжения и затем охлаж-
даются постепенно на ленте транспортера. После этого изделия
проходят через печь, где они нагреваются до- температуры
399° С в течение часа для снятия напряжений перед травле-
нием, фосфатированием, смазкой и выдавливанием.
ВЫСОКОСКОРОСТНОЙ ТЕРМОРАДИАЦИОННЫЙ отжиг
На заводе фирмы «Хейнц» холодновыдавленные изделия под-
вергаются скоростной термической обработке — высокотемпера-
турному радиационному нагреву. Скоростной отжиг такого типа
выполняется в шести печах непрерывного действия фирмы «Зе-
лас», установленных попарно, с тем чтобы можно было произ-
водить промежуточный отжиг на трех стадиях производственной
линии. Пропускная способность каждой пары нагревательных
печей 550 изделий в час.
Изделия по одному устанавливаются на вращающихся шпин-
делях и продвигаются через печь скоростного нагрева и через
секцию охлаждения, в которую нагнетается воздух. Дополни-
тельное охлаждение, если оно потребуется, производится в вер-
тикальных градирнях. Нагревательные печи туннельного типа
обогреваются терморадиационными горелками с индивидуаль-
ной регулировкой, смонтированными наверху и на стенках
печи. Для более эффективной передачи тепла температура в
печах поддерживается значительно выше конечной температу-
ры нагрева изделий. Подача тепла регулируется радиацион-
ными пирометрами посредством клапанов в патрубках горе-
лок, а температура нагрева каждого изделия измеряётся и
регистрируется на выходе радиационным пирометром, направ-
ленным на изделие, выходящее из печи.
После первого обратного выдавливания 70-миллиметровых
ракетных головок для понижения их твердости примерно с 94 до
60—65 RB изделия подвергаются 6-минутному нагреву и 3-ми-
нутному охлаждению. Затем изделия отпускаются отжигом
в течение 5 мин и охлаждаются 8 мин.
380
Глава 12
В печах такого типа можно производить селективный (мест-
ный) 'Отжиг горловин ракетных головок, заменяя для этого
только шпиндели, несущие изделия. При этом горловины стака-
нов вставляют в камеру печи и производят местный отжиг для
последующей сгонки горловины на конус. При такой операции
требуемые свойства основных корпусов остаются неизмен-
ными.
Поверхность изделий в процессе отжига предохраняется пу-
тем удаления свободного кислорода из продуктов сгорания.
Поступление газовой смеси и воздуха в горелки дозируется
контрольным клапаном. Для устранения подсоса холодного
воздуха печи работают под давлением выше атмосферного. Бла-
годаря взаимодействию регулируемой атмосферы и кратко-
временной выдержки в более высоком температурном режиме
окалина не образуется. Окислы, образующиеся во время воз-
душного охлаждения, быстро удаляются при помощи 5-минут-
ного травления в 16%-ном растворе соляной кислоты при
температуре 77° С.
ГЛАВА 13
ФОСФАТИРОВАНИЕ И СМАЗКА
ДЛЯ ХОЛОДНОГО ВЫДАВЛИВАНИЯ
Первые опыты по выдавливанию стали в холодном состоя-
нии с применением обычных смазок заканчивались неудачей
вследствие высоких давлений, больших сил трения, а также вы-
соких температур, свойственных данному процессу. Однако
предшествовавшие этому успехи в области применения метал-
лических и неметаллических поверхностных покрытий для хо-
лодной вытяжки стали, несомненно, оказали влияние на приме-
нение их в области холодного выдавливания, где эти покрытия
в сочетании с различными смазками дали также хорошие ре-
зультаты.
За это время было испытано множество различных металли-
ческих, а также и солевых поверхностных покрытий. Наилучшие
результаты были получены с пористыми медными и цинковыми
покрытиями, образованными на поверхности в виде отложений
электролитическим путем, и фосфатными покрытиями, адакже
покрытиями из окиси железа, которые образуются на поверхно-
сти металлов химическим путем. Из металлизирующих покры-
тий цинк оказался лучше, чем медь, олово и другие металлы.
Однако, поскольку фосфатные покрытия фактически обеспечи-
вают такие же результаты, как и металлические, их применяют
почти во всех случаях, так как фосфатные покрытия к тому же
еще дешевле других и значительно легче удаляются после вы-
давливания.
В течение многих лет фосфатные покрытия применялись как
антикоррозионная основа для железных и стальных поверхно-
стей, в качестве закрепителя краски, масел и лаков, а также
как средство, снижающее износ подвижных частей. В принципе
назначение фосфатного покрытия при холодном выдавливании
в основном такое же, за исключением только одной существен-
ной разницы. В 1930 г. фирма «Паркер раст пруф» продала
свое фосфатное покрытие, запатентованное под названием
бондерит своей доверенной в Германии фирме «Металльгезель-
шафт», а в 1935 г. было обнаружено, что это покрытие пред-
ставляет технологическую ценность также и для процесса
вытяжки. Тогда фирма «Металльгезельшафт» разработала и вы-
ЗС2 Глава 13
пустила в продажу новую фосфатную ванну для вытяжки и
холодного выдавливания, после чего стало возможным изготов-
лять снаряды, патронные гильзы и другие изделия из стали.
Незадолго до начала второй мировой войны была предпри-
нята попытка ввести этот процесс и в промышленность США,
но так как в стране тогда еще не ощущалось недостатка в
меди и латуни, фосфатное покрытие так и не получило распро-
странения. Во время второй мировой войны процесс был испро-
бован вновь, но почему-то был признан неудачным. Вместе с
тем трубопрокатные заводы уже применяли процесс фосфати-
рования начиная с 1940—1941 гг., а в настоящее времядболее
90% всех холоднотянутых бесшовных и сварных стальных труб
покрываются фосфатными составами для облегчения процесса
протяжки. И только уже после войны в промышленности США
начали уделять серьезное внимание применению фосфатных по-
крытий для холодного выдавливания стальных изделий.
Существуют три основных типа фосфатирующих растворов:
цинковый, железистый и марганцовистый. После многих испы-
таний и продолжительного применения в производственных ус-
ловиях было установлено неоспоримое преимущество цинкового
фосфатирующего состава для процесса холодного выдавлива-
ния. Состав этот, помимо всего прочего, легко контролируется и
более универсален, так как он может быть быстро приспособ-
лен к любым технологическим требованиям.
ЦИНКОВЫЕ ФОСФАТНЫЕ ПОКРЫТИЯ
Цинковые фосфатные покрытия представляют собой капил-
лярную сетку, состоящую из множества мельчайших кристал-
лов фосфата цинка, прочно связанных и плотно схватывающихся
с металлической поверхностью. Это сравнительно мягкий, теп-
лостойкий и в высшей степени адсорбирующий слой, удержи-
вающий в пять раз больше минерального масла по сравнению
с непокрытой стальной поверхностью. Являясь в основе своей
носителем смазки, такое покрытие пластически деформируется
вместе со стальной заготовкой. Прочно схватывающееся со
сталью и фактически составляющее одно целое со стальной
поверхностью цинкофосфатное покрытие выдерживает, не раз-
деляясь на отдельные участки, высокие удельные давления,
свойственные процессу холодного выдавливания. Благодаря
весьма ценному свойству оставаться в сцеплении со стальной
поверхностью под воздействием исключительно высоких давле-
ний и пластически деформироваться и удлиняться вместе с
ней такое покрытие превращается в разделительный неметал-
лический барьер, или слой, между инструментом и деформируе-
Фосфатирование и смазка для холодного выдавливания 383
мой заготовкой. При наличии пластичного разделяющего слоя
в сочетании со смазкой устраняется контакт металла с метал-
лом, благодаря чему уменьшается поверхностное трение и
предохраняется инструмент от износа, истирания, а также от
прилипания, что обычно -снижает срок службы или приводит
Фиг. il. Фосфатированная и смазанная
заготовка а и изделия, выдавливаемые
из таких заготовок, б и в, показанные
в разрезе.
Изделия изготовляются из стали марки
SAE-5120 комбинированным (обратным и пря-
мым) выдавливанием за один ход пресса. Сте-
пень деформации составляет около 70%. Изде-
лие специально протравлено, для того чтобы
была видна текстура.
к разрушению инструмента- Распространено мнение, что фос-
фатное покрытие само по себе в процессе холодного выдавли-
вания действует как смазка и что в соединении со смазкой
приобретает еще более высокие смазывающие свойства.
Кристаллы фосфата цинка пластинчатой фрагментарной
структуры прочно соединяются с поверхностью металла .и в про-
цессе обработки давлением допускают скольжение в кристал-
лах, при этом сцепление кристаллов с поверхностью металла не
нарушается. Как показывают микроскопические и рентгенов-
ские исследования, во время холодного выдавливания кристал-
лы уменьшаются в размере, но зерна мгновенно спекаются,
образуя пленку, которая все еще прочно соединяется с основ-
ным металлом. На первый взгляд кажется, что тускло-серое
покрытие сходит за время рабочего цикла, но в действитель-
ности это не так. В результате пластического удлинения и воз-
действия давлений поверхностное покрытие превращается в
глянцевый стеклянистый слой, как это показано на фиг. 1 и 2.
384
Глава 13
Этот слой к тому же не теряет полностью своих смазывающих
свойств, а в некоторых случаях остается даже эффективным
для выполнения дополнительных операций. Иногда остаточное
покрытие обеспечивает лучшие результаты, чем первоначальное
Фиг. 2. Тускло-серое
ной и смазанной заготовке
вращается в прозрачный
время выдавливания (на
которое держит в
на фосфатирован-
(видна в штампе) пре-
стекловидный слой во
выдавленном изделии,
руках рабочий).
покрытие
смазочное покрытие. Во всяком случае, в дальнейшем поверх-
ность деформируемого металла приобретает вид блестящей по-
лированной стали, что в зависимости от степени упрочнения в
процессе деформации может служить надежным доказатель-
ством необходимости дальнейшего фосфатирования.
До настоящего времени при холодном выдавливании за
одну операцию без нарушения неметаллической (смазочной)
Фосфатирование и смазка для холодного выдавливания
385
пленки и указанных выше смазывающих свойств степень увели-
чения площади поверхности за счет выдавливания достигает
30: 1. Правда, “это, по-видимому, следует считать как исключи-
тельный случай. При экспериментальном выдавливании
105-миллиметрового стакана с применением радиоактивного
фосфатного покрытия было установлено, что фактическая вели-
чина потери фосфатирующего покрытия в процессе операции
холодного выдавливания не превышает 11%, следовательно,
примерно 89% покрытия остается на поверхности изделия, при-
чем количество остающегося фосфатного покрытия зависит
главным образом от конструкции инструмента. Так что при на-
личии инструмента хорошей конструкции потеря покрытия будет
совсем незначительной.
Хотя размер кристаллов и имеет определенное значение,
однако не столько для процесса холодного выдавливания,
сколько для последующей покраски изделий, так как для за-
крепления краски на поверхности должно быть мелкозерни-
стое отложение. Размер кристаллов при этом зависит в основ-
ном от технологии цикла, применяемого при фосфатировании.
Для обработки металла давлением в холодном состоянии боль-
шое значение имеет овойств’о его прочно схватываться поверх-
ностью со смазкой и способность поглощения смазки.
ТОЛЩИНА ФОСФАТИРУЮЩЕГО ПОКРЫТИЯ
При холодном выдавливании с большой степенью деформа-
ции пленка покрытия не обязательно должна быть толстой.
Более того, слишком толстые покрытия могут оказаться даже
менее эффективными, чем тонкие. Более важное значение в
данном случае имеет прочность сцепления покрытия с поверх-
ностью металла. К тому же установлено, что с увеличением
толщины слоя покрытия весьма незначительно увеличивается
абсорбция смазки. Так, например, при увеличении толщины
слоя покрытия в четыре раза поглощаемость масла возрастает
всего только на 20%. Кроме того, слишком плотное покрытие
может увеличить трение, особенно при выдавливании изделий,
имеющих небольшую площадь поперечного сечения.
Ввиду неравномерности кристаллической структуры фосфат-
ных покрытий «толщина» покрытия обычно определяется по
весу в миллиграммах на единицу площади. В практике совре-
менного фосфатирования в США весовая норма покрытия рав-
на по меньшей мере 1000 жа^на 0,1 м2. При эффективной обра-
ботке давлением в холодном состоянии (при большой степени
уменьшения площади поперечного сечения) толщина покрытия
иногда достигает 2500 мг на 0,1 ж2 и даже больше.
25 ч. Уик
386
Глава 13
Вес фосфатных покрытий на стальных изделиях можно опре-
делять различными способами. Один из рекомендуемых спосо-
бов, так называемый гравиметрический, с применением хро-
мовой кислоты заключается в следующем. На опытный обра-
зец, очищенный от масла, мази и других посторонних веществ,
наносится фосфатное покрытие. После определения площади
поверхности (_м'2) и веса с точностью до миллиграмма образец
погружается приблизительно на 90 сек в отслаивающий рас-
твор, состоящий из 800 г хромовой кислоты на 3,8 л воды. Тем-
пература отслаивающего раствора поддерживается на уровне
93° С. После промывки в проточной воде и просушки образец
вновь взвешивается. Затем вес покрытия определяется по фор-
муле
~ х Потери веса (же)
Вес покрытия (жг) на единицу площади —Площадь поверхности (л(2)
Вес покрытия зависит от состава, концентрации и темпера-
туры фосфатирующей ванны, от продолжительности фосфати-
рования, а также от состава, типа предшествующей обработки
и состояния поверхности покрываемого металла. Весьма
важное значение при этом имеет предварительная обработка
покрываемой поверхности. Так, в частности, на протравленной
поверхности откладывается более плотное и толстое покрытие,
нежели на металлах, не подвергавшихся травлению. Цикл по-
крытия продолжается обычно 2—6 мин и редко превышает
15 мин.
Концентрация фосфатирующих растворов исчисляется в
условных единицах, причем каждая условная единица берется
на 1 мг 0,1-нормального раствора едкого натра (каустическая
сода), необходимого- для нейтрализации 10 мг фосфатирующего
раствора с фенолфталеином в качестве индикатора. Концентра-
ция раствора определяется титрованием и выдерживается
обычно в пределах 20—70 единиц в зависимости от техноло-
гических требований.
СОСТАВ ЦИНКОВЫХ ФОСФАТИРУЮЩИХ РАСТВОРОВ
Цинковые фосфатирующие. растворы содержат первичные
кислые фосфаты цинка и свободную фосфорную кислоту в
водном растворе. Избыточная, или свободная, кислота препят-
ствует гидролизу (химическому распаду) первичных кислых
фосфатов цинка с их последующим осаждением в виде вторич-
ных и третичных солей. Точно скомпанованные составные про-
дукты регулируют гидролиз, снижая осаждение до минимума.
Свободная фосфорная кислота разъедает поверхность обраба-
тываемой стальной заготовки, и количество ее в растворе у
Фосфатирование и смазка для холодного выдавливания
287
самой 'поверхности заготовки уменьшается до такой степени, чти
растворяемость фосфатов цинка в этой зоне снижается и они
отлагаются на поверхности, образуя покрытие. Таким образом,
на поверхности стальной заготовки формируется сплошной кри-
сталлический слой фосфата цинка; железо слегка растворяется,
образуя отложение в виде фосфорнокислого железа. Кроме то-
го, небольшой процент покрытия составляет фосфористое железо.
При чрезмерном гидролизе может получиться недостаточная
концентрация цинка. Это приводит к так называемому высоко
свободному кислотному состоянию, и фосфаты цинка на поверх-
ностях стальных заготовок не достигают состояния нераствори-
мости. В таком случае стальные заготовки только протравли-
ваются для получения разрозненной кристаллической структу-
ры. Однако, если концентрация кислоты слишком мала, возни-
кает обратное так называемое низко свободное кислотное
состояние, при котором откладывается мягкое, несвязанное
пористое покрытие, плохо схватывающееся с поверхностью за-
готовки. Вследствие этого большая доля фосфата может быть
потеряна в ванне в виде осадка.
Покрытия состоят преимущественно из третичных и вто-
ричных фосфатов цинка и железа. Основные недостатки перво-
начальных фосфатирующих растворов состояли в том, что на
обработку этими растворами затрачивалось слишком много вре-
мени, они нередко способствовали образованию хрупкой
поверхности на обрабатываемых сталях. Кроме того, от прежних
растворов, отличавшихся своей неустойчивостью, оставались
большие осадки (особенно на нагревательных элементах ввиду
высоких технологических температур, требовавшихся для
выполнения процесса). Со временем были подобраны новые-
патенты, включающие большое число разнообразных химика-
лиев, предназначенных специально для активации процесса
отложения покрытия. К таким химикалиям относятся окисли-
тели, и в частности нитраты (соли азотной кислоты), нитриты
(соли азотистой кислоты) и хлораты (соли хлорноватой кисло-
ты), восстановители (бисульфаты или кислые соли серной
кислоты) и растворимые медные соли. Окисляющие агенты:
нитраты, нитриты и хлораты, являются наиболее важными и
поэтому наиболее широко используются.
ПАТЕНТОВАННЫЕ ПРОЦЕССЫ И СОСТАВЫ
ДЛЯ ФОСФАТИРОВАНИЯ
В. таблице приведены некоторые патентованные процессы
для фосфатирования и фосфатные составы с указанием фирм-
изготовителей. Большинство фосфатирующих растворов предна-
25*
388
Глава 13
значается для покрытия малоуглеродистых, среднеуглеродистых
и высокоуглеродистых сталей, а также малолегированных ста-
лей. Хром является одним из легирующих элементов, которые
плохо воспринимают фосфатирующее покрытие, поэтому при
.фосфатировании сплавов, содержащих 5% хрома, возникают
значительные технологические трудности, особенно если фосфа-
тируемый сплав содержит к тому же еще и другие легирующие
элементы.
Та б лица
Патентованные процессы и составы для очистки, фосфатирования, промывки
и смазки стали при холодном выдавливании
; Процесс Очистной состав Фосфатирую- щий состав Состав для промывки пос- ле фосфатиро- вания Смазка Фирма-изготовитель
; Bonderiz- Parco Cle- Bonderite Parcolene Bonderlu- Parker Rust, Proof
' ing aner be Co.
1 Foscoat- Pennsalt Foscoat Fosrinse Foslube Pennsalt Chemicals
ing Corp.
Granodiz- Ridoline Granodraw АСР Neutra- Grano lube Amchem Products,
ing lizer Inc.
Extradite Detrex 61 Extrudicote C Detrex CS Extrudi lu- Detrex Chemical In-
be dustries, Inc.
Turcoating Turco Turcoat 4333 Hibi-Rinse Turco Products, Inc.
Фосфатирующие растворы приготовляют обычно путем раз-
бавления жидких составляющих водой. На изделия покрытия
наносятся преимущественно погружением в ванну или же мето-
дом пульверизации.
Покрытие стали для холодного выдавливания производится,
как правило, методом погружения в ванну (фиг. 3), так как
при этом образуется более толстый слой покрытия. Первичные
фосфатирующие ванны можно опробовать, погружая в них чи-
стые куски стального скрапа и выдерживая их в ванне до
отложения равномерного сероватого покрытия. Время фосфати-
рования. обычно варьируется в пределах 2—15 мин в зависи-
мости от типа процесса, концентрации раствора и веёа требуе-
мого покрытия. Варьируются также и рабочие температуры
Фосфатирование и смазка для холодного выдавливания 389
фосфатирования (от температуры помещения до температуры
немногим ниже точки кипения).
По имеющимся данным, согласно технологическому режиму,
разработанному в Германии во время войны, бондеризация ме-
талла специально для процесса выдавливания производилась
Фиг. 3. Корзина, наполненная частично
выдавленными изделиями, в момент подъ-
ема из травильного бака перед фосфатиро-
ванием и смазкой (завод фирмы «Янг-
стаун китченс»).
в ванне с концентрацией 40—70 условных единиц при темпе-
ратуре 93—96° С. В этом случае для получения результатов,
приемлемых в условиях промышленного производства, бондери-
зация заготовок для выдавливания продолжалась от 30 сек до
8 мин.
Фирма «Хейнц» применяет фосфатирующий раствор типа
фоскотинг с общей кислотностью от 20 до 30 единиц при тем-
пературе 71—82° С. Стальные заготовки выдерживаются в
ванне 1—7 мин для отложения покрытия весом 1000—3000 мг
на 0,1 м2.
Фирма «Мюллинс мэньюфэкчюринг» (теперь «Янгстаун кит-
ченс») применяет раствор бондерит 181-Х крепостью 30—35 еди-
ниц при температуре 82—88° С; заготовки выдерживаются в
390
Глава 13
ванне не менее 5 мин. Было установлено, что при более дли-
тельной обработке качество не ухудшается, однако заметно не
улучшается и откладывающееся покрытие.
Фиг. 4. Типовой галтовочный барабан вращающе-
гося типа с приводом от воздушного двигателя и
зубчатого редуктора, используемый для фосфати-
рования небольших партий заготовок.
Для обеспечения полного ' покрытия всех поверхностей, а
также чтобы свести до минимума истирание и обивку по-
крытия на заготовках, фосфатирование выполняется при
медленном вращении барабана.
Фосфатирующие растворы необходимо периодически кон-
тролировать и по мере надобности либо заменять раствор пол-
ностью, либо непрерывно добавлять химикалии. При обработке
пустотелых изделий или изделий типа стаканов раствор следует
заменять значительно чаще. Изделия погружаются в ванны на
специальных подвесках — в стальных проволочных корзинах
или во вращающихся галтовочных барабанах. Типовой порта-
тивный галтовочный барабан показан на фиг. 4, а рекомендуе-
мые размеры на фиг. 5.
Фосфатирование и смазка для холодного выдавливания
391
Цвет фосфатирующего покрытия, изменяющийся обычно от
светло-серого до темно-серого, не является показателем каче-
ства покрытия. Получаемое после фосфатирования покрытие
Барабаны изготовляют обычно из нержавеющей стали, стойкой к химическому
воздействию.
Емкость,
дм3
Размеры, мм
57
119
178
457 508
610 610
610 914
762
930
1235
330
379
379
676
820
820
446
44 6
446
3 1 1
31 1
31 1
1433
1576
1576
965
1068
1372
1 149
132 4
1629
559
7 1 1
7 1 1
362
4 19
4 19
Фиг. 5. Типовая конструкция и рекомендуемые размеры галтовочных
барабанов различной величины.
можно легко проверить, прочертив ногтем по поверхности метал-
ла, на котором после этого остается белая черточка.
Для предупреждения коррозии фосфатированные изделия
необходимо без промедления промывать в холодной чистой
392
Глава 13
(проточной или сливающейся через край) воде, а затем в ней-
трализующей ванне. При такой промывке удаляются и нейтра-
лизуются остаточные кислоты и кислые соли, которые способ-
ствуют началу коррозии покрытых изделий. Патентованные
промывочные химикалии, перечисленные выше, представляют
собой хорошо титрованные нейтрализующие среды при условии,
если они применяются в точном соответствии со смазками, ис-
пользуемыми в дальнейшем при выдавливании.
После нейтрализующей промывки фосфатированные изде-
лия смазывают и просушивают, причем толстостенные изделия
просушиваются, как правило, на воздухе, тогда как тонкостен-
ные нередко требуют для просушки нагрева в печах. Плохо
просушенная смазка превращается в недостаточно прочную
пленку, неспособную выдерживать высокие давления, свойст-
венные процессу холодного выдавливания. Резкий скрежет или
скрипящий звук во время выдавливания указывает на плохую
конструкцию инструмента или же на недоброкачественность
покрытия (слишком толстое, твердое или засоренное отстоем).
Эти неполадки устраняются обычно путем нанесения добавочной
смазки, удаления дефектного покрытия и повторного фосфати-
рования или путем изменения конструкции инструмента и
оснастки.
ПОДГОТОВКА ЗАГОТОВОК для ФОСФАТИРОВАНИЯ
Для получения равномерного плотно связанного фосфатного
покрытия с высокой поглощательной способностью необходимо,
чтобы фосфатирующий раствор покрывал все поверхности
стальной заготовки. Для обеспечения равномерной химической
реакции все поверхности заготовки должны быть тщательно
очищены от масла, смазки, грязи, окалины и других посторон-
них веществ. Малейший разрыв фосфатного покрытия в процес-
се выдавливания вызывает истирание металла при образова-
нии задиров вследствие увеличения коэффициента трения в
месте разрыва, что в свою очередь приводит к неравномерной
пластической деформации стали. Кроме того, на недостаточно
хорошо очищенной поверхности образуется слабо связанное
покрытие, неспособное выдерживать высокие давления в про-
цессе холодного выдавливания. Ломкие истирающие окислы и
окалина, остающиеся на стальных поверхностях, могут отсло-
иться во время эффективного деформирования и обнажить
металл, вызывая тем самым разрушение или чрезмерный износ
инструмента.
Вещества органического происхождения (масла, смазка,
грязь) удаляются с заготовок в испарительных установках для-
Фосфатирование а смазка для холодного выдавливания
393
обезжиривания или же при помощи горячих щелочных раство-
ров и очистительных эмульсий-растворителей. Наиболее распро-
страненным методом очистки заготовок является промывка в
горячем щелочном растворе. Выбирается щелочной раствор, ко-
торый в зависимости от характера загрязнения, подлежащего
удалению, может содержать едкий натр, углекислый натрий, фос-
фатнатрия или силикаты плюс увлажнители. Обычная концентра-
ция таких очистителей варьируется в пределах 30—45 а на 1 л.
Температура ванны выдерживается обычно в пределах 82—
90° С. В зависимости от степени первоначальной чистоты и от
эффективности очистителя заготовки выдерживаются в ванне
1—15 мин. Для повышения эффективности очистки нередко при-
меняется механическое перемешивание ванны.
Наиболее быстрой (продолжается всего 1 мин) считается
струйная очистка, которая к тому же может быть и наиболее
эффективной благодаря механическому воздействию струй на
металл. Однако такая очистка требует тщательного наблюдения
за тем, чтобы струи воздействовали на всю поверхность заго-
товок. Независимо от того, какой метод очистки применяется
(погружением или струйный), изделия необходимо промывать в
воде, причем обычно в горячей, чтобы удалить остаточные ще-
лочи, которые могут нейтрализовать травильный раствор. Про-
мывка выполняется как погружением, так и струйным методом.
Если в качестве очистительной среды используются обезжири-
вающие пары трихлорэтилена, промывать вводе необязательно.
Для удаления окалины, образующейся после прокатки, а
также после термической обработки оксидных пленок, сильной
ржавчины производят травление и дробеструйную обработку.
Травление, кроме того, способствует отложению плотно связан-
ного хорошо сцепляющегося фосфатного покрытия.
ТРАВЛЕНИЕ И ПРОМЫВКА ЗАГОТОВОК
Для травления заготовок чаще всего используют соляную
и серную кислоты, причем преимущественное распространение
получило травление серной кислотой. Концентрация серной кис-
лоты составляет 7—171% при температурах 60—82°. В таких
растворах заготовки выдерживаются в течение 3—15 мин. За-
грязнения, скапливающиеся на поверхности травильного рас-
твора, необходимо периодически удалять.
Иногда (при длительном травлении и при травлении особен-
но точных поверхностей) для ослабления разъедания стальной
поверхности заготовки раствором в травильные ванны добав-
ляются ингибиторы (антикоррозионные вещества). Однако
рекомендуется все же производить травление без ингибитора и
394
Глава 13
в тех случаях, когда они используются, брать пробы и следить
за тем, чтобы ингибитор одновременно не препятствовал обра-
зованию качественного фосфатирующего покрытия. Не следует
применять травильные растворы, содержащие даже ничтожное
количество меди, так как медь осаждается на поверхности за-
готовки и препятствует образованию качественного фосфатного
покрытия. Покрытия, отложившиеся по меди, в процессе выдав-
ливания могут быть содраны. Наличие меди в большом коли-
честве может вообще помешать образованию покрытия.
Промывка применяется главным образом для устранения
возможного загрязнения фосфатирующего раствора кислотой.
Кроме этого, при промывке удаляются излишние осадки, оста-
ющиеся на заготовках после травления, замедляющие процесс
фосфатирования и препятствующие формированию качествен-
ного, хорошо схватывающегося покрытия. По установившемуся
правилу изделия промываются сначала в холодной, а затем в
горячей воде при температуре 71° С. Преимущество горячей про-
мывки заключается еще и в том, что после промывки изделие
подается в фосфатирующий раствор нагретым почти до рабочей
температуры, что весьма желательно, так как в том случае,
когда изделия специально нагреваются до этой температуры,
имеет место травление, в результате которого растворяющийся
металл теряется в виде осадка. Промывку следует производить
в проточной или обильно сливающейся через край воде, чтобы
вместе с водой удалялось такое количество кислоты, какое не-
обходимо по условиям технологического режима.
Если для последующей обработки изделий методом выдав-
ливания требуется межоперационный отжиг, их очищают, зано-
во протравливают, а потом промывают перед фосфатированием
и смазкой. Если же фосфатирующее покрытие должно обеспе-
чивать максимальную степень пластической деформации метал-
ла, применяют светлый отжиг в печах с регулируемой атмосфе-
рой, который, однако, не устраняет необходимость травления.
Правда, изделия, отожженные таким способом, требуют менее
длительного травления и меньшего расхода кислоты.
Иногда допускают небольшое корродирование протравлен-
ных и промытых* заготовок до начала фосфатирования и не
считают это вредным. Однако некоторые специалисты считают
такую практику нецелесообразной. Вое же допускать чрезмер-
ное ржавление не следует, и пленка ржавчины должна полно-
стью исчезать в процессе фосфатирования, чтобы ее влияние не
сказывалось в процессе холодного выдавливания и не возни-
кало неполадок. Поскольку такая практика усложняет кон-
троль за процессом и может привести впоследствии к неполад-
кам, применять ее все-таки не рекомендуется.
Фосфатирование и смазка для холодного выдавливания
395
Вообще за время, пока заготовка после промывки поступит
в ванну для фосфатирования, успевает появиться небольшая
ржавчина, которая не приносит вреда, если останется в фосфа-
тирующем растворе. При этом степень такого ржавления можно
легко регулировать путем изменения температуры горячей во-
ды, применяемой для промывки. После травления ржавчина
появляется уже в результате реакции, продолжающейся и после
холодной промывки, и прекращается только после того, как
заготовки высохнут»
СМАЗКА ДЛЯ ХОЛОДНОГО ВЫДАВЛИВАНИЯ СТАЛИ
Смазка в процессе холодного выдавливания в основном яв-
ляется эластичной средой между инструментом и выдавливае-
мым металлом и применяется для уменьшения трения, облегче-
ния течения металла, снижения до минимума износа, устранения
сваривания взаимодействующих элементов и устранения воз-
можного разрушения. Хотя «маслянистость» весьма необхо-
димое свойство смазки, тем не менее чрезмерная «маслянис-
тость», как правило, указывает на меньшую прочность смазы-
вающей пленки, тогда как при холодном выдавливании именно
прочность смазывающей пленки и является наиболее необходи-
мым свойством.
Для процесса холодного выдавливания почти не пред-
ставляется возможным приготовить жидкие или «масляни-
стые» смазки, которые смогли бы выдерживать столь высокие
давления и высокие температуры, свойственные процессу хо-
лодного выдавливания стали. Поэтому для холодного выда-
вливания и применяется преимущественно так называемая
химическая смазка реактивного типа. Такая смазка образует
слой, не прилипающий, а схватывающийся с поверхностью
металла.
Некоторые смазочные металлические мыла реактивного
типа, и, в частности, такие, как стеариновокислый алюминий и
кальций, хотя и образуют необходимую разделяющую среду
высокой прочности, но не растворяются в воде. Такие смазки
приходится наносить на каждую заготовку .отдельно вместо
того, чтобы смазывать заготовки погружением в разбавлен-
ный водный раствор. Однако при помощи соответствующих
водных растворов натриевого мыла, растворяющегося в воде,
можно вызвать реакцию между мылом и фосфатным покры-
тием, в результате которой на поверхности металла образуется
не растворяющаяся в воде пленка стеариновокислого цинка.
В этом случае смазка и покрытие образуют одно целое с по-
верхностью металла.
396
Глава 13
Большая часть фирменных смазывающих ванн для холод-
ного .выдавливания стали состоит из сильно разбавленного
раствора мыла в воде в сочетании с ускорителями и буферными
составами, которые обеспечивают контролируемую реакцию с
цинковым фосфатным покрытием. Мыла тина стеариновокислого
натрия при растворении их в воде гидролизуются. При этом
свободная кислота, или кислое мыло, адсорбируется фосфати-
рованной поверхностью, а образующаяся каустическая сода
частично растворяет цинковое фосфатное покрытие. При таком
растворении в раствор попадают ионы цинка, которые, вступая
в реакцию с ионами стеариновокислого натрия, осаждают не-
растворимый стеариновокислый цинк, который схватывается с
покрытием.
Толщина и скорость образования смазывающей пленки за-
висят от химического состава, концентрации, кислотности, тем-
пературы, а также от способа нанесения смазки на поверхности
с цинко-фосфатным покрытием. Щелочность мыла необходимо
поддерживать на уровне pH = 8,5—10,0. Толщина слоя смазки
зависит в большей степени от площади поверхности, чем от
веса фосфатирующего покрытия. Смазка почти всегда нано-
сится методом погружения в горячую ванну, состоящую из
водного раствора смазывающей смеси.
В США выпущено в продажу много патентованных смазок
для фосфатированных поверхностей. Некоторые из этих сма-
зок приведены в таблице (стр. 388). Смазочные растворы этого
типа приготовляются обычно путем растворения в воде готовых
патентованных химикатов. Смазки оптимальной эффективности
получаются обычно при выдержке фосфатированных изделий в
ванне в течение 3—10 мин при температуре 60—88° С. При
применении патентованных материалов необходимо строго при-
держиваться инструкции.
Смазочные пленки до операции выдавливания должны быть
хорошо просушены, так как в противном случае потребуются
дополнительные усилия в процессе выдавливания. Так как
мыло в воде не растворяется, оно легко просушивается. Изде-
лия большого сечения хорошо просушиваются под действием
собственного тепла, тогда как остальные изделия приходится
сушить в потоке горячего воздуха с циркуляцией от вентиля-
тора или же в сушильных печах при температуре 77—107° С.
Смазку, частично остающуюся на поверхности изделия по-
сле выдавливания, можно удалять с помощью соответствующих
щелочных очистителей, обеспечивающих чистоту ’поверхности,
отвечающую почти всем технологическим требованиям. И толь-
ко в некоторых отдельных случаях может потребоваться обез-
жиривание органическими веществами.
Фосфатирование и смазка для холодного выдавливания
397
ВАННЫ И ДРУГОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
ДЛЯ ОБРАБОТКИ ЗАГОТОВОК
Все ванны для обработки заготовок (промывки, фосфатиро-
вания и смазки), за исключением ванн для кислотного травле-
ния, можно изготовлять из малоуглеродистой стали. Однако
для фосфатирования целесообразнее использовать ванны из
нержавеющей стали как более долговечные. Нагревательные
элементы в ваннах для фосфатирования представляют собой
змеевики из нержавеющей стали с электролитическим покры-
тием, не допускающим прилипания окалины и увеличивающим
срок службы нагревателей. Для травления соляной кислотой
можно применять керамические ванны или ванны из малоугле-
родистой стали с облицовкой из кислотоупорного материала.
При травленииэсерной кислотой можно применять керамиче-
скую, свинцовую или же кислотоупорную облицовку и свинцо-
вые нагревательные змеевики. В настоящее время на крупных
предприятиях имеется специальное автоматическое оборудова-
ние для погружения и извлечения из ванн обрабатываемых
изделий и транспортировки их для последующей обработки.
На фиг. 6. показана одна такая установка, оборудованная на
заводе «Форд мотор К°» для покрытия и смазки заготовок для
поршневых пальцев.
Существует специальная автоматическая установка, полу-
чившая название «линии наклоняемых барабанов». Время об-
работки заготовок в каждой ванне на этой установке опреде-
ляется числом барабанов и временем наклонения барабана.
Имеются также автоматические устройства с пневматическим
приводом. Можно применять для этих операций также и гал-
товочные барабаны как с ручным, так и автоматическим при-
водом. При конструировании новых производственных линий
для процесса холодного выдавливания необходимо, как прави-
ло, проектировать ванны, подвесные однорельсовые транспор-
теры с подъемником, наклоняемые перемещающиеся бараба-
ны, перемещающиеся завески или вращающиеся галтовочные
барабаны. При оснащении технологического процесса, подобно
тому как схематически показано на фиг. 7, открываются широ-
кие возможности для разработки оптимальных циклов при-
менительно к самым различным операциям. На рабочих
завесках, например, изделия не соприкасаются друг с другом в
процессе обработки и поэтому фосфатирующие покрытия не
обиваются и не истираются.
На фиг. 8 показана еще одна линия для очистки, фосфати-
рования и смазки заготовок для холодного выдавливания, обо-
рудованная в научно-исследовательском центре фирмы «Версон
Фиг. 6. Автоматическая установка для фосфатирования и
смазки заготовок автомобильных (поршневых пальцев, изготав-
ливаемых выдавливанием.
Перфорированные барабаны с заготовками вращаются в различных
растворах и автоматически передаются из ванны в ванну.
Транспортер
Лодъемный
механизм
7алтовочный
барабан
Ванна
Ьондерит
Очисти
тель
Парко
1.7 Ilf.
Щелочь
Холоди
вода
Сериал
кислота
ц
Холодн.
вода
Горяч,
вода
Холодн.
вода
L
Ванна
Ларцолем
Ванна |
Бондерлюбе
Промывка
Кислотное
травление
Промывка Промывка Покрытие Промывка Нейтра- Смазка
лизукщая
громыяка
Т
Фиг. 7. Последовательность расстановки ванн для очистки, фосфатирования
и смазки заготовок, используемых для холодного выдавливания.
Заготовки загружаются в сетчатые корзины, перфорированные барабаны или на за-
вески и погружаются в ванны при помощи подвесного транспортера или подъемного
механизма.
Фосфатирование и смазка для холодного выдавливания 399
оллстил пресс К°». Линия специально предназначена для по-
крытия образцов заготовок с целью проверки и исследования
стойкости определенных покрытий в процессе холодного вы-
давливания. Линия сконструирована с таким расчетом, чтобы
Фиг. 8. Универсальная установка для экспериментальных
работ по холодному выдавливанию, обеспечивающая воз-
можность изменения химического состава, времени погру-
жения и температуры ванн при очистке, фосфатировании
и смазке заготовок.
обеспечить самые широкие возможности для проведения научно-
исследовательских работ. В процессе экспериментальных иссле-
дований можно легко контролировать и регулировать химиче-
скую концентрацию растворов, время погружения, температуру
ванн на каждой стадии технологического цикла. Это оборудо-
вание предназначено не для фундаментальных химических
экспериментов по составлению смазки, а только для проверки
влияния изменений в смазке на рабочий инструмент и на циклы
выдавливания. Поскольку существует большое число сталей
различных марок и всевозможных стальных сплавов, это
оборудование используется главным образом для разработки
точного технологического режима для каждой операции холод-
ного выдавливания и для определения точного времени цикла.
400
Глава 13
Оборудование в основном такого же типа применяется и’ на
некоторых промышленных предприятиях, изготавливающих из-
делия нескольких типоразмеров.
На фиг. 9 показана полностью автоматическая многоопёра-
ционная производственная линия с законченным циклом тран-
спортировки, предназначенная для массового производства
фасонных изделий различных размеров. На этой линии можно
Фиг. 9. Производственная линия для предварительной обработки
с вращающимися в ваннах барабанами.
промывать водой, очищать в растворе, травить, фосфатиро-
вать, наносить смазку, сушить изделия, а также производить
другие виды обработки подобного типа. В каждой ванне этой
линии перфорированные барабаны вращаются, а не переме-
щаются, как обычно, от ванны к ванне. Вместо перемещения
барабанов здесь от операции к операции транспортируются за-
готовки, меняющие положение при движении от ванны к ванне.
Пропускная способность линии составляет 0,54 м^час при вра-
щении барабанов на об)мин. На линии можно обрабатывать
цилиндрические и призматические изделия любого размера до
76 мм, заготовки диаметром до 102 мм и стержни и болты
диаметром до 25,4 и длиной до 178 мм.
Контроль за процессом покрытия как на автоматической,
так и на обычной установке с ручным управлением осущест-
вляется легко и просто. Существует полностью автоматиЧ' ское
оборудование промышленного типа с автоматическим пополне-
нием раствора. Для замены любой соответствующей ванны
имеются основные химикалии в стандартной концентрации.
Сконструированы также специальные контрольные приспособ-
ления для регулирования химической концентрации ванн на
каждой стадии процесса фосфатирования.
Фосфатирование и смазка для холодного выдавливания
401
По возможности необходимо внимательнее следить за тем,
чтобы фосфатированные и смазанные заготовки как можно
меньше истирались и повреждались при транспортировке, так
как даже царапины на покрытии вредно влияют на ход опера-
ции холодного выдавливания. На фиг. 10 показан один из
способов подачи заготовок к прессу. Чтобы устранить возмож-
ность повреждения покрытия при транспортировке, заготовки в
Фиг. 10. Для того чтобы устранить возможность истирания
и обивки покрытия и смазки, заготовки подаются к прессу по
специальному гравитационному роликовому транспортеру,
снабженному роликами.
данном случае подаются к прессу по специальному гравитацион-
ному транспортеру, снабженному резиновыми роликами, имею-
щими форму катушек.
НЕОБХОДИМОСТЬ ДАЛЬНЕЙШЕГО
УЛУЧШЕНИЯ СМАЗКИ
По сравнению с другими производственными процессами
обработки металлов процесс холодного выдавливания можно
считать довольно молодым. Развитие и растущее применение
холодного выдавливания в промышленном масштабе, несомнен-
но, потребуют дальнейшего улучшения существующих и изыска-
ния новых материалов для изготовления инсгрумента, разра-
ботки новых технологических методов, усовершенствования
прессового оборудования, разработки новых материалов для
26 ч. Уик
402
Глава 13
изделий и, (безусловно, дальнейшего улучшения смазок. В связи
с тем что такая технология изготовления изделий сравнительно
новая, все усовершенствования, с ней связанные, необходимо
осуществлять быстрыми темпами. Судя по растущему спросу
на смазки и на другие материалы, применяемые для холодного
выдавливания, можно сказать, что этот экономичный процесс,
при котором значительно снижается расход металла, уже полу-
чил должное признание в промышленности. Существующие фос-
фатные покрытия не пригодны для нержавеющей стали и дру-
гих высоколегированных сталей (если не считать недавно
появившихся оксалатных покрытий для нержавеющих сталей
и, в частности, покрытия бондерит 70 с основой из соли щаве-
левой кислоты), Не имеется еще пока покрытий и для хроми-
стых сталей, содержащих больше 5% Сг, причем на сталях,
содержащих 3—5% Сг, пленка фосфатного покрытия еще тонь-
ше, чем на обычных углеродистых сталях. При этом чем выше
процент углерода в сталях, тем эффективнее покрытие на за-
готовках.
В общем смазки, применяемые для процесса холодного вы-
давливания, должны, как правило, отвечать следующим основ-
ным технологическим требованиям:
1. Смазка должна представлять собой прочную неметалли-
ческую среду, надежно разделяющую контактные поверхности
обрабатываемого материала и инструмента в условиях действия
исключительно высоких давлений. В момент истечения стали
под силовым воздействием смазка должна также пластично
растягиваться, не отслаиваясь и не разделяясь, сохраняя
сплошную пленку.
2. Смазка должна являться также смазывающей средой и
для поверхности инструмента, которая до минимума снижала
бы поверхностное трение. Она должна обеспечивать такие ус-
ловия, при которых сила трения между инструментом и изде-
лием не достигает таких значений, когда обрабатываемый
металл разрывается на части.
Смазка, не отвечающая полностью этим основным требова-
ниям, допускает истирание инструмента, переходящее в резуль-
тате давления в холодное сваривание материала изделия с
поверхностями инструмента. После разрушения смазки быстрее
изнашивается поверхность инструмента, ухудшается качество
поверхности- изделия и нарушается стабильность его размеров.
Плохая смазка приводит также к образованию тончайших тре-
щин или к поверхностному растрескиванию, указывающему на
высокую скорость течения внутреннего металла в результате
поверхностного трения. Физические свойства металла становят-
ся плохими, и изделия ослабляются. При дальнейшем усилении
Фосфатирование и смазка для холодного выдавливания 403
истирания возрастающая нагрузка на инструмент .вызывает не-
поладки и, в частности, происходит сплющивание, или же
появляются трещины. В результате применения смазки, не
обладающей указанными выше основными свойствами, возра-
стает давление, необходимое для обеспечения пластического те-
чения металла, а вследствие возникающего трения повышается
температура, вызывающая также разрушение инструмента.
Кроме того, смазка не должна терять свои смазывающие-
свойства и дуктильность при повышенных температурах, так
как по мере пластического течения металла внутреннее трение-
вызывает, как известно, его нагрев. Поэтому, если смазка при.
повышенной температуре теряет какие-либо из указанных выше1,
свойств, может произойти разрушение инструмента по тем же
самым причинам, что были перечислены выше. Как показали
специальные измерения при высокопроизводительных работах,
температура нагрева достигает 205—316° С, а на поверхности
даже еще выше, особенно в зонах интенсивного течения.
26*
ГЛАВА 14
КОНСТРУКЦИЯ ШТАМПА
ДЛЯ ХОЛОДНОГО ВЫДАВЛИВАНИЯ СТАЛИ
При изготовлении стальных изделий методом холодного вы-
давливания наиболее важным фактором, определяющим успеш-
ный исход этой операции, является конструкция штампа. Однако
вопрос конструирования штампов для холодного выдавливания
ввиду наличия слишком большого числа переменных невоз-
можно свести к каким-либо общим правилам. К таким перемен-
ным факторам относятся: геометрическая форма изделия, кото-
рое должно быть изготовлено выдавливанием, свойства металла,
из которого должно быть изготовлено данное изделие, техниче-
ские требования, степень деформации, величина усилия, необхо-
димого для осуществления пластической деформации, а также
тепловое расширение изделий при выдавливании.
Для бесчисленного множества различных изделий существует
огромное количество штампов самой разнообразной конструк-
ции. При изготовлении специальных изделий холодным выдавли-
ванием могут потребоваться самые необычные конструктивные
решения, касающиеся формы штампа, и поэтому все общие све-
дения относительно инструментов могут принести очень мало
пользы, а в определенном, конкретном случае могут оказаться
и совсем, бесполезными. Поэтому в данной главе мы обсудим
основные принципы конструирования, проверенные в производ-
ственных условиях, и рассмотрим несколько наиболее характер-
ных конструктивных решений для небольшого числа изделий.
Однако необходимо иметь в виду, что такие же штампы или
даже их отдельные части могут быть пригодны не только для
холодного выдавливания однотипных изделий.
При холодном выдавливании стали необходимо добиваться
равномерного течения металла по сечению изделия для того,
чтобы скорость течения металла на всех участках штампового
отверстия была равномерной: Если металл течет неравномерно,
то на более тонких участках выдавливаемого изделия под дей-
ствием растяжения может произойти разрушение или прекра-
щение заполнения. При конструировании инструментов необхо-
димо учитывать также и то, чтобы пленка смазки, нанесенная на
поверхность, сохранялась на протяжении всей операции выдав-
Конструкция штампа для холодного выдавливания стали 405
ливания. К досаде конструкторов штампов, эту задачу прихо-
дится решать по-разному в каждом конкретном случае.
Штампы должны выдерживать высокие статические давле-
ния, динамическое воздействие, трение между поверхностями
изделия и штампа и противостоять усталости. Силы, действую-
щие при выдавливании, должны быть направлены на стол прес-
са и на его верхние опорные элементы. Хотя металл пласти-
чески деформируется под усилием 'сжатия, рабочие напряже-
ния, возникающие в штампах, представляют собой сложную
Фиг. 1. Пуансон для холодного выдавливания (слева)
сконструирован плохо, с резким изменением в поперечном
сечении, с поднутрением, острыми углами <и маленькими
буртиками; на пуансоне имеются следы от инструмента.
На пуансоне (справа) устранены все участки возможной
концентрации высоких напряжений.
совокупность напряжений растяжения, сжатия и сдвига. Вслед-
ствие высоких значений этих напряжений штампы для холод-
ного выдавливания упруго деформируются во время операции.
Фактически напряжения, действующие на некоторых элементах
штампа, изменяются от предварительно сжимающих напряже-
ний (в результате горячей посадки при сборке) до высоких
растягивающих напряжений, возникающих при каждом ходе
пресса. Конструкция штампа должна быть такой, чтобы он
мог воспринимать и распределять эти напряжения, вызываю-
щие деформацию.
Острые углы, небольшие буртики, резко обрывающиеся
скругления, поднутрения, резкие изменения в поперечном сече-
нии, следы от инструмента, вмятины, царапины и всякие подоб-
ные дефекты (такие, как показаны на фиг. 1 слева), которые
могут превращаться в участки концентрации высоких напряже-
406
Глава 14
ний, необходимо устранять на всех частях штампа, подвергаю-
щихся таким напряжениям. Изменения поперечного сечения
должны быть постепенными, с хорошо скругленными углами, с
массивными буртиками и сходящими на нет радиусами скругле-
ния, а следы от инструмента должны быть тщательно удалены
и отполированы, как это показано на фиг. 1 справа.
Фит. 2. В матрице плохой конструкции (слева) в результате высоких
радиальных напряжений и вертикальных нагрузок может произойти
частичное разрушение.
В матрице составной конструкции из двух частей (справа) возмож-
ность разрушения сведена до минимума.
В некоторых случаях сама форма изделия требует наличия
острых углов на некоторых участках штампа. Однако в резуль-
тате этого при высоких напряжениях может произойти разру-
шение отдельных действующих в радиальных и осевых направ-
лениях участков штампа, как это показано на фиг. 2 слева.
В штампе, состоящем из двух частей (фиг. 2, справа), возмож-
ность такого разрушения обычно устраняется.
Необходимо также предусмотреть меры по устранению воз-
можного повреждения штампа в результате напряжений, воз-
никающих вследствие упругой деформации или изгиба опорных
элементов пресса. Для этой цели нужны мощные плиты (верх-
няя и нижняя) с достаточно большими поверхностями, способ-
ствующими распределению рабочих нагрузок на элементы пол-
зуна и пресса. Большинство обычных прессов сконструировано
с учетом распределения номинальной рабочей нагрузки на
участке, равном 2/з общей площади ползуна или стола пресса.
Превышение этого коэффициента нагрузки может привести к
повреждению в результате остаточной деформации или к по-
ломке пресса.
ПРИПУСК НА ИЗНОС
Штампы для холодного выдавливания, так же как обычные
штампы и другие инструменты, проектируются с использованием
принятого диапазона допусков на точность изделия с целью
Конструкция штампа для холодного выдавливания стали
407
компенсации износа. Вместе с тем компенсация должна быть
предусмотрена для расчетного упругого растяжения и сжатия
элементов штампа под действием высоких нагрузок в процессе
холодного выдавливания.
Если допустимый диаметр изделия принимается равным
12,70—12,72 мм, тогда можно применять штамп с внутренним
диаметром 12,70 мм, используя его до тех пор, пока внутренний
диаметр штампа не увеличится до 12,72 мм. Однако если вну-
тренний диаметр штампа для холодного выдавливания будет
12,70 мм, то диаметр изготовленного изделия может быть равен
12,71 мм вследствие упругого растяжения штампа под действи-
ем высоких напряжений, возникающих в процессе деформации.
Коэффициент износа в данном случае будет составлять 50%,
в результате чего нормальный срок службы штампа уменьшит-
ся вдвое. В таком случае первоначальный внутренний диаметр
штампа должен быть равен 12,7 мм.
Фактические припуски для каждого данного штампа долж-
ны определяться опытным путем в соответствии с подсчитанны-
ми показателями упругости каждой части штампа при действи-
тельном условии выдавливания, потребном для выполнения
данной операции. Части штампа для холодного выдавливания
слегка расширяются в плоскости, перпендикулярной направ-
лению действия силы, и сжимаются в направлении действия
силы; части пуансонов также слегка сжимаются и удлиняются.
При решении каждой новой конструктивной задачи необхо-
димо сочетать практический опыт с техническим творчеством.
Окончательная конструкция штампа для выдавливания опреде-
ляется методами пробных отработок. При этом твердость, при-
обретаемая изделием, не должна превышать примерно 100 RB,
так как в противном случае для последующей обработки изде-
лия в холодном состоянии потребуется отжиг, повторное покры-
тие и новая смазка. Конструкция штампа должна быть такой,
чтобы в нем не было участков, препятствующих свободному те-
чению деформируемого металла, так как возрастающая нагруз-
ка может вызвать разрушение инструмента. При конструиро-
вании инструментов для холодного выдавливания обычно запас
прочности берут равным 1,5.
Потребные усилия выдавливания могут быть снижены, если
штамп сконструирован таким образом, что усилия расходуются
на смещение металла, а не на преодоление трения. Кроме того,
штамп следует конструировать с таким расчетом, чтобы трение
сводилось до минимума. Смещаемый металл должен течь впе-
реди пуансона, не соприкасаясь с ним нигде, кроме небольшой
зоны рабочего контакта, являющейся проходным очком матри-
цы. Для устранения упрочнения в процессе холодного выдав-
408
Глава 14
ливания и возрастания в связи с этим усилия деформирования
необходимо, чтобы движение пуансона было непрерывным в
продолжение всего цикла выдавливания.
Проходные отверстия, образуемые инструментами, по воз-
можности должны соответствовать естественным линиям сдвига
или плоскостям скольжения внутри металла. Необходимо также,
чтобы длина проходных отверстий была как можно меньше с
тем расчетом, чтобы металл приобретал требуемую форму до
того, как начнется образование воронки или постепенное умень-
шение площади поперечного сечения в продолжение значитель-
ной части хода пуансона. Воронкообразное проходное отверстие
с конусными стенками образует так называемое уменьшаю-
щееся очко, которое постепенно препятствует течению металла,
в результате чего течение становится неравномерным, слой смаз-
ки становится тоньше, повышается трение и больше упрочняет-
ся металл в процессе обработки давлением. Для устранения-
изгиба, возможного разрушения инструмента, а также наруше-
ния концентричности готовых изделий необходимо, чтобы те-
чение металла и давление на противоположных сторонах инстру-
мента или изделия были одинаковыми.
Необходимо число частей штампа, подвергающихся износу
и действию максимальных рабочих напряжений, свести до ми-
нимума. Иногда этого можно достичь за счет применения штам-
пов составной или сегментной конструкции. Однако в матрице
сегментной конструкции может произойти так называемый
«выброс» (нагнетание текущего под давлением металла между
прилегающими плоскостями сегментов), поэтому обычно при-
меняются цельные матрицы. Составные матрицы необходимо
конструировать так, чтобы можно было легко заменять изно-
шенные или разрушенные части. При изготовлении холодным
выдавливанием изделий с допусками высокой точности выгоднее
в смысле продолжительности срока службы инструмента под-
вергать выдавленные изделия последующему калиброванию при
помощи вытяжных штампов, штампов с вращающимся пуансо-
ном или же штампов для вытяжки с утонением.
КОНСТРУКЦИЯ ШТАМПА
ДЛЯ ОБРАТНОГО ВЫДАВЛИВАНИЯ
Типовой штамп для обратного выдавливания показан в раз-
резе на фиг. 3. Наружный корпус штампа, который часто на-
зывают обоймой или стяжным кольцом, является предохрани-
тельным приспособлением, оберегающим рабочего в случае
разрушения матрицы под давлением. Корпус насаживается в
горячем состоянии на закаленную промежуточную втулку, ко.-
Конструкция штампа для холодного выдавливания стали
400
торая также насаживается в горячем состоянии с целью нагру-
жения этой втулки силами сжатия.
Если при сборке применяется горячая прессовая посадка,
то бесполезно снижать пиковое напряжение, действующее на
внутреннюю стенку, за счет увеличения наружного диаметра
самой матрицы до значения, превышающего четыре внутренних
диаметра. Вместо этого опасное пиковое напряжение можно
’значительно снизить, или компенсировать, соответствующим
• упрочнением всего штампового узла за счет посадки в горячем
состоянии одной или нескольких втулок, вкладышей или стяж-
ных колец на кольцевую матрицу. Такой метод иногда назы-
вают армированием.
Внутреннее отверстие закаленной втулки притирается на
конус (1—2°) по конусу закаленной кольцевой матрицы. При
сборке подузел, состоящий из корпуса и бандажа, собранный
горячей прессовой посадкой, насаживается на кольцевую ма-
трицу при помощи пресса, мощных винтов или скоб. Этим
обеспечивается посадка с натягом для получения первоначаль-
ного сжимающего напряжения определенной величины и ча-
стично уравновешиваются силы, возникающие в процессе вы-
давливания.
Для предварительного нагружения внутренних частей штам-
па силами сжатия иногда применяются термические стяжные
4 кольца, насаживаемые в горячем состоянии. Хотя этот метод
и не совсем желателен, его можно все же применять при не
очень трудоемких работах. Если применяется штамп такой кон-
...-струкции, то внутренняя часть матрицы (при температуре поме-
щепия) запрессовывается в стяжное кольцо, нагреваемое до
температуры отпуска металла, из которого изготовлено кольцо.
Когда стяжное кольцо остывает до температуры помещения,
внутренняя часть матрицы находится в состоянии высокого на-
пряжения сжатия, позволяющем выдерживать высокие радиаль-
ные нагрузки, действующие в процессе выдавливания. Для
горячей прессовой посадки применяются стяжные кольца с ци-
линдрическим внутренним отверстием, причем контактная по-
верхность штампа должна быть также цилиндрической.
Для большинства операций холодного выдавливания пред-
варительное напряжение самой матрицы составляет —63 кг!мм2.
В производственной практике внутреннее отверстие уменьшает-
ся в пределах 0,127—0,254 мм при диаметре 50,8—76,2 мм. По
одному практическому методу натяг при горячей прессовой по-
садке допускается порядка 0,10 мм на каждые 25,4 мм диаметра.
Вместе с тем при выдавливании изделий даже сравнительно не-
большого диаметра с наличием больших конусностей при вы-
соких горизонтальных составляющих сил, действующих на
410
Глава 14
боковые стенки штампа, может потребоваться уменьшение диа-
метра внутреннего отверстия матрицы в пределах 0,508—
0,762 мм. Такое значительное предварительное нагружение не-
обходимо для снижения до минимума растяжения частей штам-
па и возможного последующего разрушения при исключительно
высоких давлениях, которым они подвергаются в процессе вы-
давливания. Эти давления достигают величины, превышающей
200 кг]мм\ Предварительные напряжения имеют особенно важ-
ное значение для матриц с карбидными вставками, где они
используются для снижения до минимума растягивающих на-
пряжений и предупреждения .разрушения.
СБОРКА МАТРИЦ С ДВОЙНЫМ АРМИРОВАНИЕМ
В матрицах с двойным армированием наружный корпус или
обойма сначала вставляется в промежуточное кольцо или бан-
даж. Затем в эти две наружные части запрессовывается соб-
ственно матрица. Сборка в обратной последовательности вызы-
вает излишнее напряжение и может привести к разрушению
или деформированию промежуточного кольца. Величина вну-
тренней деформации при сжатии может быть определена путем
измерения наружного диаметра выдавленного изделия и вну-
треннего отверстия кольцевой матрицы до выдавливания. При
таком замере не учитывается степень эластичного сжатия вы-
давленного изделия.
Для штампа такой конструкции, как показано на фиг. 3,
прижимные болты ввинчиваются в опорную плиту штампа,
устанавливаемую на столе пресса. Эта опорная плита пред-
назначается для распределения вертикальных сил выдавлива-
ния на большую площадь. Как можно заметить, полный вес
штампового узла приходится на опорную поверхность собствен-
но кольцевой матрицы. Стяжное кольцо матрицы и корпус
должны устанавливаться над столом пресса так, чтобы на эле-
менты, удерживающие штампы, не передавался никакой воз-
можный изгибающий момент подштамповой плиты пресса,
возникающий при действии большой нагрузки. В противном
случае весь узел может оказаться выпрессованным из штампа.
Давление, направленное вниз, должно передаваться непосред-
ственно через матрицу во избежание ее перекоса, изгиба и воз-
можного разрушения. Для радиальной центровки в опорной
плите штампа имеется паз, в который может входить матрице-
держатель.
На фиг. 4 показаны три типовых образца инструментов,
характеризующих конструкцию штампа для холодного выдав-
ливания. Закрытый штамп (а) применяется для калибрования
Матрице -
держатель
Опорная
плита
матрицы
Ф и г. 3. Типовой штамп для обратного выдавливания, в кото-
ром металл выдавливается вверх в направлении, противопо-
ложном движению пуансона.
в
а
Фиг. 4. Инструмент для выдавливания со вставкой из твердого сплава
на основе карбида.
а— калибровочный инструмент; б — инструмент для обратного выдавливания; 8 — инст-
румент для прямого выдавливания.
412
Глава 14
Фиг. 5. Инструмент для прямого выдавлива-
ния, снабженный дополнительной направляю-
щей деталью А, . обеспечивающей прямизну
изделия. .
заготовок после отрезки от пруткового проката. Такие штампы
с закрытой полостью, применяемые также и для выдавлива-
ния, дают возможность выдерживать точные допуски на все раз-
меры выдавливаемых изделий, однако для таких штампов за-
готовки должны иметь точные размеры и точный объем.
В некоторых случаях выгоднее использовать заготовки с более
свободными допусками, выдавливая или калибруя изделия в
штампах с открытой полостью и обрезая затем выдавленные
изделия на требуемую длину.
На фиг. 4 показан также штамп для обратного (б) и штамп
для прямого выдавливания (в). Все три штампа с карбидными
вкладышами. Каждый вкладыш вмонтирован в толстостенное
стальное кольцо, запрессованное в коническое отверстие массив-
Конструкция штампа для холодного выдавливания стали
413
ного бандажа, посаженного горячей прессовой посадкой в спе-
циальную обойму, как и в штампе, описанном ранее (фиг. 3).
В штампе для прямого выдавливания (в) применяются два
карбидных вкладыша: один для формирования металла, теку-
щего через очко матрицы, и второй для контроля прямизны
изделия. На правой половине этого штампа показан путь, прой-
денный дном выдавливаемого изделия по сравнению с длиной
хода пуансона.
На фиг. 5 показан другой образец штампа для прямого вы-
давливания. В этом штампе прямизну детали контролирует осо-
бое направляющее приспособление А. Внизу пуансона В имеется
выдавливающий конус С для первоначального контакта с заго-
товкой и калибрования внутреннего отверстия выдавливаемой
детали.
КОНСТРУКЦИЯ УНИВЕРСАЛЬНОЙ МАТРИЦЫ
ДЛЯ ХОЛОДНОГО ВЫДАВЛИВАНИЯ
Процесс холодного выдавливания долгое время не находил
более широкого применения в авиационной промышленности
только потому, что в этой отрасли из-за частого изменения
конструкции требуются сравнительно небольшие количества оди-
наковых изделий, тогда как довольно высокая стоимость инстру-
мента для выдавливания может быть оправдана только в усло-
виях крупносерийного производства. Однако в настоящее время
фирме «Норс америкен авиэйшн» удалось существенно снизить
стоимость инструмента и одновременно с этим довести до ми-
нимума время, затрачиваемое на наладку, за счет применения
универсальных штампов для выдавливания (фиг. *6) в масшта-
бах малосерийного производства.
Основная особенность универсального штампа состоит в том,
что при помощи такого инструмента можно изготовлять изде-
лия различной формы, заменяя для этого лишь пуансон, коль-
цевую матрицу, съемник-направляющая и выталкиватель. Бла-
годаря этому для выдавливания различных изделий требуется
минимальное количество инструментов. Взаимозаменяемые со-
ставные части можно сменять, не снимая с пресса штамподер-
жателя. На фиг. 6 справа показано отдельно, как в одном и
лом же штампе можно выдавливать изделие меньшего диа-
метра, заменив для этого соответствующие составные части
штампа. Кроме того, при помощи такого штампа можно выпол-
нять операции прямого, обратного и комбинированного выдав-
ливания.
В основном комплект такого штампа состоит из наружного
стяжного кольца, закаленной внутренней втулки и собственно
414
Глава 14
кольцевой матрицы для выдавливания. Как и в инструменте
описанной выше конструкции, наружный диаметр кольцевой ма-
трицы притирается на конус для посадки на такую же конус-
ность внутреннего отверстия промежуточной втулки. Кольцевая
матрица предварительно нагружается путем горячей посадки ее
во внутреннюю закаленную втулку. Дальнейшее предваритель-
ное нагружение кольцевой матрицы получается при сборке, при-
чем величина натяга зависит от глубины посадки кольцевой
матрицы на внутреннюю втулку.
Комбинированный съемник, являющийся одновременно 'на-
правляющим кольцом, служит для съема изделия с пуансона и
для направления пуансона во время хода вниз в позицию вы-
давливания. Втулка на нижней стороне кольца съемника входит
во внутреннее отверстие направляющего кольца, ввинчиваю-
щегося во внутреннюю втулку. Такая конструкция помогает
точно выдерживать концентричность и равномерную толщину
стенки изделия.
Направляющее кольцо с резьбой удерживает в нужном по-
ложении кольцевую матрицу во внутренней втулке. Для боль-
шей безопасности высота бандажа должна быть достаточной
для полного закрытия пуансона во время всего цикла выдав-
ливания. Даже во время первоначального удара закрывается
примерно 95% всей его рабочей поверхности. Такой штамп при-
меняется для холодного выдавливания алюминиевых сплавов и
сталей (например, стали SAE-4130).
Операции обратного выдавливания производятся в штампах,
имеющих надежные выталкиватели (так же, как и в инстру-
ментах, уже описанных в этой главе), или же в штампах с за-
крытой полостью, имеющих массивное основание. В штампах
с закрытой полостью можно выдавливать изделия до радиуса
внешнего угла без образования облоя, который иногда полу-
чается на изделиях, выдавливаемых в штампах с выталкивате-
лями. Однако такие штампы применяются редко, так как из них
довольно трудно извлекать готовые изделия.
Штампы с закрытой полостью можно приспособить для уни-
версального матрицедержателя, подобного показанному на
фиг. 7. При такой конструкции для облегчения извлечения
выдавленного изделия полость матрицы должна иметь неболь-
шую конусность. Естественно при этом, что на периферии гото-
вого изделия будет получаться такая же конусность. Срок
службы штампов с закрытой полостью хотя и невелик, тем не
менее фирма «Норс америкен авиэйшн» добилась хороших
результатов, применяя такой универсальный инструмент и ма-
трицу с закрытой полостью на массивной опоре.
Фиг. 6. Универсальный штамп для выдавливания, в котором для
изготовления различных изделий заменяются только пуансон, матрица,,
съемник-направляющая и выталкиватель.
Ф и г. 7. Матрица с закрытой полостью, приспособленная к универ-
сальному инструментодержателю.
Стенка матрицы должна быть в два раза толще днища.
416
Глава 14
ПУАНСОНЫ И МАТРИЦЫ ДЛЯ ОБРАТНОГО
ВЫДАВЛИВАНИЯ
При обработке стали методом обратного выдавливания осо-
бенно важное значение приобретает геометрическая форма пуан-
сона. При этой технологической операции степень уменьшения
площади поперечного сечения, достигаемая за одну операцию
выдавливания, определяется максимальным напряжением, кото-
рое может выдержать данный пуансон. Лимитирующим факто-
ром в этом случае является динамическая нагрузка, или удар,
приходящийся на пуансон, а не скорость выдавливания. Поэто-
му пуансон должен быть такой конфигурации, которая препят-
ствовала бы растеканию смазки из-под пуансона в момент уда-
ра. Хотя матрица при этом и подвергается действию высоких
нагрузок, однако ее можно снабдить достаточно массивной опо-
рой, способной выдерживать такие напряжения, в то время как
размеры пуансона ограничивает сама форма изготовляемого
изделия.
Образец такого пуансона для обратного выдавливания ре-
комендуемой конструкции показан на фиг. 8. Обычно считается,
что по возможности не следует применять пуансоны с плоским
торцом, так как при такой конструкции может несколько уве-
личиться удельная нагрузка на inyai-icon. Кроме того, такая
форма замедляет течение металла непосредственно под пуан-
соном, ухудшая тем самым смазку, имеющуюся на боковых
стенках. Несмотря на это, пуансоны с плоским торцом все же
применяются, причем преимущественно для операций очень
глубокого обратного выдавливания, когда необходимо притор-
маживать течение металла с поверхности и смазку для обеспе-
чения минимальной скорости течения в процессе выдавливания.
Чтобы обеспечить оптимальное течение металла и сниже-
ние до минимума потребных усилий выдавливания, головка
пуансона должна иметь небольшой конус с углом ср = 14-7° (по-
казан угол 5 4-7°). Благодаря такой конфигурации смазка
на стальной заготовке распределяется таким образом, что не-
которое количество ее остается на дне полости после заверше-
ния хода пресса. Вместе с тем в некоторых случаях приме-
няются еще пуансоны со скругленной головкой или рабочей
частью (радиус закругления^ 51 мм) и с конической поверх-
ностью в центре торца головки пуансона. Однако, применяя
такие пуансоны, необходимо принимать предупредительные
меры против возможного соскальзывания пуансона при контак-
те с заготовкой.
При увеличении угла конуса потребное усилие выдавлива-
ния снижается, но вместе с тем увеличиваются горизонтальные
Конструкция штампа дЛя холодного выд а в лизания стали
417
составляющие сил, которые могут вызвать разрушение состав-
ных частей штампа. Вместе с тем острые головки пуансонов
вызывают преждевременное истечение смазанной поверхности
стали из-под пуансона во время рабочего хода. Недостаточная
смазка в конце операции может привести к задирам, налипанию
металла или преждевременному разрушению инструмента.
Фиг. 8. Матрица и пуансон типовой конструкции для
холодного обратного выдавливания.
Форма пуансона при операции такого типа имеет исклю-
чительное значение, ср = 5—7° для стали и ,1—2°
для алюминия.
Головкам пуансонов других конфигураций, таким, например,
как шаровые или пулеобразные, свойственны такие же особен-
ности при увеличении нежелательных горизонтальных состав-
ляющих усилий, действующих на детали штампа. Головки такой
формы допускают слишком несвоевременное скольжение сма-
занной. поверхности металла вверх по сторонам пуансонов в
процессе выдавливания. Вследствие этого может произойти не-
посредственный контакт между пуансоном и металлом заготов-
ки, в результате чего обычно увеличивается усилие выдавлива-
ния, появляются задиры и. возрастает износ пуансона. В тех
случаях, когда необходима применять пуансоны с головками
такой формы (для образования требуемых полостей в изготов-
ляемых изделиях), следует снижать степень деформации.
Коническая поверхность рабочей части пуансона должна
постепенно переходить в калибрующий поясок на нижнем кон-
це его при минимальном радиусе. Слишком большой радиус
перехода способствует заклиниванию. Этот радиус, величина.
27 ч. Уик
418
Глава 14
которого обычно колеблется в пределах 0,396—0,793 мм (или
меньше), зависит от диаметра пуансона, ч также от скорости
течения металла в данной зоне. При идеальных условиях вы-
давливаемый металл в действительности обтекает эту часть
пуансона, образуя внутреннее отверстие в изделии, диаметр
которого немного больше (0,050 мм и больше) диаметра пуан-
сона, благодаря чему снижается трение на калибрующем пояс-
ке и обеспечивается зазор для съема готового изделия без вы-
талкивания таким образом, чтобы не было заклинивания или
заедания. Однако большой зазор может вызвать образование
складок, которые приводят к растрескиванию изделий. То же
самое может произойти и от излишней смазки.
ДИАМЕТРЫ ПУАНСОНОВ ДЛЯ ОБРАТНОГО
ВЫДАВЛИВАНИЯ
Диаметр калибрующего пояска пуансона Dp (см. фиг. 8)
должен быть равен заданному диаметру внутреннего отверстия
изделия. Ширина калибрующего пояска (4,76 мм) должна быть
как можно меньше с целью уменьшения площади контакта и
снижения трения между пуансоном и изделием. При излишне
широком пояске может увеличиться усилие выдавливания, а
при слишком узком могут наблюдаться некоторые нарушения
размера изделия. Вследствие повышения температуры выдав-
ливаемого металла под действием внутреннего трения в процес-
се пластического течения металла и охлаждения его при кон-
такте с инструментом может произойти насадка изделия на
пуансон. В таком случае во время съема изделия пуансон под-
вергается высоким растягивающим напряжениям, вызывающим
преждевременный износ пуансона.
Учитывая все вышеизложенное, диаметр пуансона на участ-
ке выше калибрующего пояска следует уменьшить до диамет-
ра D\, который на 0,10—0,20 мм меньше Dp. При таком умень-
шении диаметра (к этому можно не прибегать, если металл
обтекает поясок пуансона) снижается также возможность исти-
рания чисто отполированной внутренней поверхности матрицы.
Для устранения возможного задирания изделия при удалении
пуансона радиус верхней кромки калибрующего пояска должен
очень плавно переходить в затылованный участок пуансона.
Следы от шлифовки должны быть тщательно удалены во всех
углах, так как обычно здесь образуются деформационные тре-
щины и разрывы. Окончательная полировка и притирка должны
производиться в направлении течения металла. Наиболее от-
ветственные поверхности чаще всего отделываются до точности
не ниже 0,10 мкм.
Конструкция штампа для холодного выдавливания стали 419
Затылованная часть пуансона должна быть такой длины,
чтобы не допускать контакта верхней кромки выдавливаемого
изделия с расширенным уступом диаметром DB. Если такой
контакт произойдет, выдавливаемый металл будет откладывать-
ся на затылованной части, что может вызвать разрушение
пуансона или матрицы. Верхний конец затылованной части
пуансона должен исключительно плавно переходить в расши-
ренный уступ под большим радиусом Rs- Этот расширенный
уступ служит для упрочнения пуансона, но иногда он исполь-
зуется и как центрирующая направляющая, ориентируемая по*
верхней части внутреннего отверстия матрицы диаметром Ол
Верхний конец пуансона для холодного выдавливания имеет
коническую форму, облегчающую установку и закрепление ин-
струмента на ползуне пресса или в соединительной детали.
Пуансоны закрепляются при помощи конических втулок,
вмонтированных в гайки с резьбой, или при помощи каких-либо
иных приспособлений, упрощающих смену пуансона. Почти во
всех штампах для более равномерного распределения больших
нагрузок, присущих операциям выдавливания, между верхней
поверхностью пуансона и низом верхней плиты ползуна подкла-
дываются прочные стальные плиты.
При определении нагрузок, приходящихся на инструмент,,
пуансон можно рассматривать как стойку, у которой один ко-
нец опорный, а другой свободный. Длинные пуансоны неболь-
ших диаметров под действием нагрузки изгибаются, что приво-
дит к снижению срока службы инструмента. Поэтому для более
надежного предохранения от возможного разрушения длинные
пуансоны необходимо дополнительно снабжать направляющими
планками. Для надежности при расчете разрушающего напря-
- жения, действующего на матрицу, необходимо учитывать на-
грузку, приходящуюся на пуансон.
Применение направляющих, кроме снижения изгибающих
усилий под действием нагрузки на пуансон, позволяет повысить
степень его внедрения. Экспериментально успешно осуществля-
ются степени внедрения порядка 5: 14-7,5: 1, тогда как в усло-
виях массового производства степени внедрения пока еще не
превышают 3:14-4:1. Для улучшения концентричности на-
правляющие пуансона, которые могут одновременно служить
и съемниками, должны монтироваться в пазах верхней поверх-
ности матрицы или матрицедержателя. В зависимости от сте-
пени увеличения диаметра пуансона в процессе выдавливания
между пуансоном и направляющей пуансона обычно оставляет-
ся зазор величиной 0,005—0,013 мм.
Выталкиватель воспринимает давление, передаваемое через-
выдавливаемое изделие, и выталкивает готовое изделие из;
27*
420
Глава 14
матрицы. Верхняя поверхность выталкивателя, как правило, де-
лается выпуклой, однако форму ее можно изменять в зависимо-
сти от конфигурации основания выдавливаемого изделия. Если
дно выдавливаемого стакана должно быть сравнительно тон-
ким, верхнюю поверхность выталкивателя можно делать слегка
выпуклой для обеспечения благоприятных условий радиально-
го течения стали. Чтобы устранить возможность перекоса из-
делия при съеме, длина выталкивателя должна быть равна
диаметру или немного больше его.
Фиг. 9. Тонкое дно (Л) .и наклонные стенки (В) могут быть причиной
образования трещин в изделии.
Ступенчатый пуансон С, конический пуансон D или пуансон со сферическим кон-
цом Е устраняют возможность образования таких трещин.
Воспринимает давление и распределяет его, как правило,
подкладная плита. Толкатель направляется обычно в опорной
плите штампа. Зазор направляющего подшипника опорной пли-
ты должен быть достаточным для компенсации небольшого
увеличения диаметра выталкивателя в процессе выдавливания.
Матрицы для обратного выдавливания, как правило, имеют
сравнительно небольшое сечение и конусный наружный диа-
метр, равный приблизительно трем диаметрам внутреннего от-
верстия. Диаметр внутреннего отверстия De имеет припуск на
зазор для закладки заготовки, которая помещается в отверстие
матрицы-диаметром Da Диаметр этого отверстия делается на
©Д50^О,127 мм больше диаметра заготовки, а длина отверстия
немного больше длины заготовки. Отверстие расширяется в
верхней части и скругляется или скашивается в нижней для
улучшения условий течения металла и снижения концентрирую-
щихся здесь напряжений.
Отверстие диаметром Da служит^ направляющей для пуансо-
на, обеспечивающей центровку инструмента и концентричность
изделия. При этом диаметр D контролирует наружный диаметр
выдавливаемого изделия и служит направляющим ориентиром
для выталкивателя. Матрица должна 'быть по возможности так
сконструирована, чтобы составляющие максимальной горизон-
тальной силы распределялись в середине участка между верх-
ней и нижней поверхностями элементов, фиксирующих матрицу.
Конструкция штампа для холодного выдавливания стали 421
.Изготовлять обратным выдавливанием не рекомендуется
стаканы, у которых толщина стенок больше толщины основания
(фиг. 9, А), а также изделия с наклонными стенками (В), так
как при этом происходит расслоение и растрескивание поверх-
ности изделия. В некоторых случаях такие неполадки можно
до известной степени устранить, если ограничить течение ме-
талла и увеличить сжимающие усилия при помощи ступенчатого
пуансона (С), конического пуансона (D) или же пуансона с
округлой головкой (£). Хотя инструменты такой конфигурации
и дают возможность выдавливать детали с дном более тонкого
сечения, тем не менее возрастающие при этом нагрузки и труд-
ности, связанные с проблемой обеспечения эффективной смаз-
ки, до известных пределов ограничивают применение этих ме-
тодов.
ИНСТРУМЕНТЫ ДЛЯ ПРЯМОГО ВЫДАВЛИВАНИЯ
При прямом выдавливании более серьезное значение при-
дается конструкции штампов, а форма пуансона не играет та-
кой роли, как при обратном выдавливании. Однако при опре-
деленных условиях форма головки пуансона, называемой иног-
да выдавливающим конусом, может иметь серьезное значение.
На фиг. 10 приведены рекомендуемые размеры типовых пуан-
сона и матрицы для прямого выдавливания.
Верхняя плита, или опорная часть пуансона, оказывающая
давление на заготовку, должна плотно входить в отверстие
матрицы, с тем чтобы металл в процессе выдавливания не вы-
текал между пуансоном и матрицей. Как правило, длина пуан-
сона делается в полтора раза больше диаметра. Буртик, ока-
зывающий давление, может быть перпендикулярным к оси
симметрии пуансона или же расположенным под любым углом
вплоть до 45°.
Головка пуансона, применяемого для выдавливания полых
изделий, обычно изготовляется в виде отдельной части, которая
затем закрепляется в собственно пуансоне при помощи винта
или сквозного анкерного болта с таким расчетом, чтобы ее
можно было заменять. В процессе выдавливания на эту часть
пуансона действуют сжимающие силы в горизонтальной плос-
кости и растягивающие в вертикальной. Перед тем как буртик
начнет сдавливать металл, головка пуансона должна войти в
цилиндрическую часть заготовки и центрироваться по направ-
ляющему пояску внутреннего отверстия матрицы.
Чтобы при выдавливании заготовок в форме стакана головка
пуансона доходила до нижней крайней точки в заготовке в
момент контакта буртика пуансона с верхним краем выдавли-
422
Глава 14
ваемого стакана, необходимо строго выдерживать объем загото-
вок и точно рассчитывать длину головки пуансона. Если голов-
ка доходит до крайней нижней точки раньше того, как заготов-
ка будет полностью закрыта, может произойти разрушение
инструмента или из заготовки будет выдавлено дно. И наоборот,
Матрица Еу=0,73мм
Фиг. 10. Конструкция матрицы и пуансона для прямого
выдавливания.
В этой операции форма пуансона не имеет такого значения, как
при обратном выдавливании.
если заготовка закрывается до того, как головка дойдет до
крайней нижней точки, не будет выдержана конфигурация*из-
делия.
Чтобы устранить образование воздушного мешка при вы-
давливании пустотелых деталей с закрытым дном, головка
пуансона (или винт и болт, скрепляющие головку) снабжается
вертикальным внутренним каналом для выхода воздуха в быст-
ро увеличивающуюся полость, образующуюся в процессе вы-
давливания. Для снижения трения, возникающего при быстром
течении выдавливаемого металла по головке, последняя делает-
ся с небольшим конусом. Как показано .на фиг. 10, между
концом головки пуансона и внутренним отверстием выдавливае-
мого стакана предусматривается зазор величиной 0,10—0,20 мм.
При изготовлении выдавливанием изделий с небольшим
внутренним диаметром, для которых требуются головки мень-
ших сечений, необходимо увеличивать конусность на головке, в
противном случае может произойти разрушение при растяже-
Конструкция штампа для холодного выдавливайия стали
423
нии под действием усилий трения. Внутренние выступы и ко-
нусность в пустотелых изделиях, изготовляемых выдавливанием,
можно получать при помощи головок пуансона требуемой кон-
фигурации. Величина радиуса на конце головки не имеет боль-
шого значения, и только конец пуансона должен точно соот-
ветствовать контуру полости основания цилиндрической заго-
товки.
ОБЩИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МАТРИЦ
ДЛЯ ПРЯМОГО ВЫДАВЛИВАНИЯ
Матрицы для прямого выдавливания как цельных, так и
пустотелых изделий имеют общие характеристики. Как видно
из фиг. 10, типовая матрица состоит из цельного кольца с верх-
ним внутренним отверстием диаметром Ds, вмещающим труб-
чатые заготовки, подготовленные стаканы и оплошные заго-
товки с умеренными допусками на вставку. Диаметр этой части
отверстия на 0,10—0,25 мм больше, и оно на 25—75% длиннее
заготовки, стакана или полуфабриката.
Обычно рекомендуется применять все же цельные матрицы,
так как даже тщательно притертые стыки в составных матри-
цах могут нарушать пленку смазки заготовки еще до того, как
металл достигнет зоны выдавливания. Для облегчения вставки
заготовки и направления пуансона при заходе в матрицу верх-
ний край отверстия матрицы необходимо хорошо закруглять.
Коническая часть в матрице для прямого выдавливания об-
разует кольцевой зазор, через который течет' металл, выдав-
ливаемый по мере того, как ползун пресса опускается вниз.
Именно в этой конической части и происходит основное холод-
ное деформирование металла в процессе выдавливания. Чтобы
максимально облегчить течение металла, цилиндрическая часть
полости матрицы диаметром Ds должна быть плавно сопря-
жена с этой конической частью под достаточно большим ра-
диусом (порядка 3,175 — 4,762 мм) или равным (Ps —
— D)/2. Коническая часть к тому же должна плавно переходить
в калибрующий поясок диаметром D с радиусом 7?JZ = 0,39 —
—0,79 мм и меньше, который контролирует наружный диаметр
выдавливаемого изделия.
Расширение, имеющее место в результате радиального на-
гружения матрицы, может привести к тому, что часть металла
будет выдавливаться через кольцевой зазор матрицы. В резуль-
тате этого после прекращения процесса выдавливания сужив-
шееся до своего первоначального размера очко матрицы может
затруднить удаление готового изделия из матрицы, и для вы-
талкивания его потребуется дополнительное усилие. Может быть
424
Глава 14
также нарушена форма изделия или же произойдет настоящее
обжатие (уменьшение в диаметре) изделия и ускорится износ
матрицы. Операцию выталкивания готового изделия можно зна-
чительно упростить, если применять разъемные матрицы или
продавливать готовые изделия через, матрицу следующей заго-
товкой, вставляемой в штамп. В тех случаях, когда готовое
изделие выталкивается из матрицы вверх, нижние края на-
правляющих поясков должны обязательно закругляться. Вы-
талкивание готовых изделий облегчается также применением
горячей посадки с достаточным натягом, в полной мере обеспе-
чивающим нагружение внутреннего элемента матрицы напряже-
ниями сжатия " и до минимума уменьшающим растяжение в
процессе выдавливания.
Внутренний угол выдавливающей конической части, назы-
ваемый иногда, матричным углом (полный угол между высту-
пами, сопрягающимися с очком матрицы),.должен быть выдер»-
жан в пределах 90—130°, причем, как установлено, угол в 126°
считается наиболее эффективным как с точки зрения износо-
устойчивости, так и величины потребных усилий выдавливания.
Угол между уступом и осью симметрии матрицы подчас оши-
бочно принимают за матричный угол. В действительности этот
угол составляет всего только половину угла матрицы, и его точ-
нее следует называть углом уклона.
При больших степенях деформации исключительно серьезное
значение имеют большие внутренние углы и резко увеличиваю-
щиеся радиусы Ry. Такие более плоские выступы способствуют
удержанию смазки в зоне наиболее эффективного холодного
деформирования. При уменьшении площади поперечного сече-
ния на 70%' металл, обтекающий поясок радиусом Ry, движется
со скоростью, в 3—4 раза превышающей скорость движения
пуансона вниз. Утоняющаяся при этом смазочная пленка ме-
талла должна иметь минимальный контакт с инструментом.
При наличии плоского выступа и резко увеличивающегося ра-
диуса пояска обтекание металла облегчается, в результате чего*
образуется зазор между выдавливаемым изделием и направ-
ляющим пояском матрицы.
Меньшие углы матрицы в сочетании с большими радиусами
калибрующего пояска могут вызывать наволакивание металла
в процессе выдавливания и заклинивание готового изделия при
выталкивании его из матрицы. Если до известной степени сни-
жать величину усилия выдавливания и уменьшать внутренние
углы, будут увеличиваться радиальные силы, действующие на
части матрицы, тем самым будет затрудняться сохранение смаз-
ки в этой критической зоне. И наоборот, при более высоком дав-
лении большие углы способствуют направлению значительной
Конструкция штампа для холодного выдавливания стали 425
доли усилий выдавливания на основание кольца матрицы и
стол пресса. В результате этого значительно уменьшаются сос-
тавляющие горизонтальной силы, стремящейся разорвать мат-
ричное кольцо. Величина внутреннего угла матрицы также
влияет на физические свойства, приобретаемые изделием в
результате обработки давлением в холодном состоянии.
ВЛИЯНИЕ ВНУТРЕННЕГО УГЛА НА ТВЕРДОСТЬ
И УДАРНУЮ ВЯЗКОСТЬ МЕТАЛЛА
Как показано на фиг. 11, с увеличением внутреннего угла
матрицы твердость изделия повышается, а ударная вязкость по-
нижается. В табл. 1 приведены различные стали, подвергавшие-
ся таким испытаниям. Значения ударной вязкости, приводимые
в таблице, получены в результате проведенных испытаний по
системе DVM, широко применяемых в Англии и. соответствую-
щих такому же испытанию по системе Шарли.
Калибрующий поясок должен быть коротким (не более
4,7 мм) и иметь задний скос величиной^ 0,05 мм, обеспечиваю-
щий зазор для выдавливаемого металла и облегчающий вы-
талкивание готового изделия с целью устранения истирания
и износа. Несколько снижаются силы трения также и при на-
личии затыловки ( 0,50 мм) участка внутреннего отвер-
стия матрицы ниже калибрующего пояска. Если производится
выдавливание длинных изделий, ниже затылованной части
внутреннего отверстия матрицы предусматриваются один или
несколько направляющих поясков, обеспечивающих прямизну
изделия, по мере того как выдавливаемая часть вытекает впе-
реди пуансона. Эти направляющие поиски обычно изготовляют-
ся длиной 4,76—7,94 мм с зазором примерно 0,127—0,50 мм
на диаметр. Края направляющих пояска должны быть хорошо
закруглены и отполированы, чтобы не оставлять царапины на
изделии.
Матрицы для прямого выдавливания армируются наружны-
ми стяжными кольцами и обоймами точно так же, как и мат-
рицы для обратного выдавливания. Заготовка в начале дефор-
мирования должна находиться примерно в середине фиксирую-
щей системы. Матрицы с массивными опорами способствуют
снижению давления прессования, благодаря чему возможно
применять меньшие матричные углы.
Ступенчатые матрицы (подобные показанной на фиг. 12,я)
и матрицы с небольшим внутренним углом и большими радиу-
сами (б) ограничивают степень холодного деформирования, до-
ступную за один переход. В матрицах такой конфигурации эф-
фективное холодное деформирование металла . производится
2 4 6 8 10 2 4 6 8 10 2 4 6 8 10 2 4 6 8 IQ
Фиг. 11. Диаграмма, показывающая влияние внутреннего
угла матриц, изготовленных из различных сталей, приведен-
ных в табл. 1, на усилие выдавливания, твердость и ударную
вязкость.
Конструкция штампа для холодного выдавливания стали
427
Таблица 1
Различные стали, обрабатывавшиеся холодным выдавливанием
при помощи инструментов с разными внутренними углами (фиг. 11)
Номер стали Химический состав, %
С Si | Мп р S А1 Си Ni
1 0,08 0,07 0,33 0,019 0,022 0,059 0,11 0,006
2 0,10 0,41 0,025 0,033 0,13 0,008
3 0,09 0,10 0,53 0,024 0,032 0,025 0,14 0,007
4 0,11 0,10 0,45 0,020 0,032 0,12 0,009
5 0,12 0,22 0,68 0,035 0,138 0,054 0,15 0,009
6 0,12 1,43 0,026 0,148 0,14 0,008
7 0,16 0,12 0,48 0,028 0,032 0,12 0,007
8 0,24 0,28 0,50 0,041 0,029 0,040 0,11 0,006
9 0,27 0,26 0,73 0,036 0,200 0,057 0,15 0,008
10 0,45 0,24 0,80 0,043 0,031 0,10 0,007
И 0,50 0,20 0,90 , 0,059 0,026 0,06 0,016
Номер стали Предел текучести, кг!мм2 Предел проч- ности при рас- тяжении, кг!мм2 Удлинение, L=5rf, % Уменьшение площади по- перечного се- чения, % Ударная вязкость, кгм
верхний нижний нестарею- щая стареющая
1 25,03 24,05 35,15 40,0 75 16,868 15,209
2 20,67 20,67 35,86 37,0 62 12,443 0,691
3 22,36 22,36 36,91 39,0 64 14,656 8,987
4 24,05 23,06 38,67 37,0 70 13,134 0,968
5 25,58 25,58 42,54 32,0 53 11,337 5,530
6 28,12 ' 28,12 43,24 28,0 44 14,517 3,456
7 29,88 29,11 44,28 30,5 65 12,443 0,968
1 8 32,06 29,11 50,48 29,2 58 11,337 6,913
9 33,04 33,04 52,03 31,0 57 9,816 7,189
10 38,67 38,67 67,50 21,0 36 2,489 0,691
11 42,54 42,54 77,34 17,5 30 0,622 0,484
спустя некоторое время после того, как смазывающее покрытие
уже утонилось. В ступенчатых матрицах нельзя использовать
для верхнего выступа выгодную конструктивную конфигурацию,
показанную на фиг. 12, в. Если калибрующий поясок затылован
при помощи заднего угла, то силы сжатия, возникающие при
приближении к второму выступу, будут способствовать осадке
428
Глава 14
металла в зоне затылованной поверхности, что затруднит сня-
тие готового изделия, которое, может быть, даже и не удастся
снять после выдавливания. Поэтому при выдавливании изделий
Фиг. 12. Возможная степень деформации, показанная на
рисунке слева и в центре, ограничена. Справа показан про-
филь правильной конструкции.
подобной конфигурации выступы целесообразнее получать при
последующих операциях и, в частности, при вытяжке с уто-
нением.
На фиг. 13 показаны два метода получения ступенчатости:
на сплошных и на полых изделиях. Оба метода требуют еще
одной дополнительной операции. В первой серии переходов, по-
казанных сверху, наибольшее уменьшение площади поперечно-
го сечения до диаметра d3 выполняется сначала прямым выдав-
ливанием заготовки, калиброванной до максимального диамет-
ра d\. Затем изделие переносится на другой штамп, где при
помощи того же пуансона на части заготовки, не подвергавшей-
ся еще холодному деформированию, выдавливается второй вы-
ступ диаметром d%. Во второй серии переходов, показанной вни-
зу, на калиброванной заготовке со средним диаметром d2 при
помощи прямого выдавливания образуется первый выступ диа-
метром d3. Затем она передается в следующую матрицу, где
при помощи осадки формируется участок с максимальным ди-
аметром d\.
Как показано на фиг. 14, в процессе операции выдавливания
на изделиях можно частично получать участки различной кон-
Конструкция штампа для холодного выдавливания стали
429
фигурации: квадратные, шестигранные, и даже зубчатые. При
операции 1 заготовка вырубается из горячекатаного листового
материала и подчеканивается при крайнем нижнем положении
Ф и г. 13. Ступенчатые изделия
можно изготовлять выдавлива-
нием в два перехода {вверху) или
выдавливанием с последующей
осадкой (внизу).
хода для набора металла в центре. После отжига, фосфатиро-
вания и смазки на заготовках в процессе операции 2 выдавли-
вается углубление. При крайнем нижнем положении хода прес-
сования снизу поднимается пуансон, выдавливающий углубле-
ние в нижней части изделия (операция 3). -На фиг. 14 показа-
ны несколько различных форм, которые можно получать таким
способом. Подобные разнообразные формы можно получать
также и в полости трубчатых изделий при помощи выдавлива-
ния пустотелого изделия на фасонном пуансоне.
На фиг. 15 показан штамп для выполнения прямого выдав-
ливания. В этом инструменте направляющая втулка пуансона
помогает выдерживать концентричность выдавливаемого изде-
лия и несет на себе все усилие, потребное для выдавливания.
Пуансон только образует кольцевой зазор, через который течет
металл.
Фиг. 14. Заготовка после чеканки /, прямого
выдавливания 2, выдавливания углубления
пуансоном, поднимающимся снизу, 3.
Таким же способом можно выдавливать шестигранник^
квадрат и зубчатый профиль 4.
Фиг. 15. Направляющая втулка пуансона несет
все давление при выполнении операции прямого
выдавливания и обеспечивает концентричность
выдавливаемого изделия.
Конструкция штампа для холодного выдавливания стали
431
КОМБИНИРОВАННОЕ ПРЯМОЕ
И ОБРАТНОЕ ВЫДАВЛИВАНИЕ
На фиг. 16 показан инструмент с матрицей, состоящей из
двух частей, которым можно изготовлять изделия с основа-
ниями различной конфигурации. Боковые стенки изделия в фор-
ме стакана получаются обратным выдавливанием, а донышко
Фиг. 16. Таким инструментом с матрицей, состоящей из двух
частей, можно легко изготовлять изделия с дном любой конфигу-
рации.
Дно образуется прямым выдавливанием, а боковые стенки обратным.
[*D’57,02^
7,?4
И"
гзд,зь
238,33
54,36
50,80^
U~ 50,77
Вставка пуансона
закалена до 67-68 НС
а отшлифована
49,78____
49,76
"I 22,45
I 22,35
17,64
17,99
I_____
37,74
37,72
50,80
U 50,90
Часть вставки
пуансона „
Фиг. 17. Общий сборочный чертеж и деталь вставки пуансона комбинированного инструмента для пря-
мого и обратного выдавливания, применяемого при одновременном изготовлении внутреннего и наружного
колец подшипника качения из одной заготовки за один ход пресса.
Конструкция штампа для холодного выдавливания стали
433
образуется прямым выдавливанием. Здесь нижний пуансон конт-
ролирует длину рельефной части донышка изделия, а также
служит выталкивателем для выпрессовки готового изделия из
матрицы. Матрица такой конструкции не только обладает не-
обходимой универсальностью, но и снижает до минимума воз-
можные разрывы, свойственные матрицам цельной конструк-
ции, так как участок около поверхности разъема или стыка
является зоной высокого напряжения.
Второй характерный пример штампа для комбинированного
(прямого и обратного) выдавливания показан и а фиг. 17. На
прессе, оснащенном таким инструментом, за один ход из штуч-
ной заготовки холодным выдавливанием изготовляются одно-
временно оба кольца (внутреннее и наружное) подшипника
качения. Вставка внутри верхнего пуансона контролирует
размер отверстия внутреннего кольца, тогда как размер внут-
реннего отверстия наружного кольца контролируется самим
верхним пуансоном. На фиг. 18 приводятся также чертежи
верхнего пуансона, вставки и матрицы.
ВЫБОР МАТЕРИАЛА ИНСТРУМЕНТА
ДЛЯ ХОЛОДНОГО ВЫДАВЛИВАНИЯ
Наибольшая надежность инструмента зависит от следую-
щих факторов:
1. Хорошей конструкции, учитывающей основные конструк-
тивные принципы, описанные выше.
2. Правильного выбора материала для изготовления инстру-
мента.
3. Качества изготовления инструмента.
4. Правильного режима закалки.
5. Правильного использования инструмента.
Все пять факторов равноценны по своему значению, и нару-
шение какого-либо одного из них может привести к разрушению
инструмента.
Выбор материалов для изготовления’ инструмента любого
назначения вообще дело весьма сложное, но в области холод-
ного выдавливания эта задача усложняется еще больше в свя-
зи с тем, что высокие нагрузки на инструмент и особенно на
пуансон, свойственные этому процессу (до 211 кг) мм2 и даже
больше), почти достигают предела их прочности.
Силы, действующие на пуансон и матрицу при холодном
выдавливании, складываются из нормальной силы, перпендику-
лярной к поверхностям инструмента, и тангенциальной, направ-
ленной параллельно плоскостям инструментов. Величина этих
28 ч. Уик
Начальный
15°*
3,61
D= 80,09_________
~ 80,06 _ 7у^8
г, пЛ6’^7 D 7^58
66>37 64,64
, с - 53,62
53,60
1____ 41,30
Т !^11_
12,01
2,88 ,
Начальн
44,48
44,42
±__
-95,23
95,18
19,78
19,68
у&ол должен быть
22,50 острым
D-JA96-
44,41
Матрица закаливается до
твердости 63-64 RC и шлифуется
внутри после горячей запрессовки
в кольцо до указанных размеров
п 58’57
U~ 58,52
Увеличенный вид матрицы
1,22
Пуансон закаливается Часть пуансона
до твердости 67-68 RС
и шлифуется
Фиг. 18. Детальные размерные чертежи пуансона и матрицы комбинированного инструмента для прямого и об-
ратного выдавливания, показанного на фиг. 17.
Конструкция штампа для холодного выдавливания стали
435
сил находится в прямой зависимости ог общего давления и от
коэффициента трения на поверхностях контакта.
Нарастание максимальной нагрузки на инструмент происхо-
дит быстро. В результате быстрого и повторяющегося приложе-
ния и снятия нагрузки инструменты больше всего подвержены
усталостному разрушению, особенно в тех случаях, когда они
выдерживают одновременно напряжения изгиба и сжатия. Ма-
териалы, применяемые для изготовления инструмента для хо-
лодного выдавливания, не должны деформироваться под дав-
лением и должны обладать достаточной твердостью, чтобы вы-
держивать ударные нагрузки и напряжения изгиба. Чтобы
удовлетворять этим требованиям, материал такого инструмен-
та должен иметь небольшой интервал между показателями
предела текучести и предела прочности при растяжении. В свя-
зи с этим исключительное значение приобретает точный контроль
в процессе термической обработки.
Так как металл течет по поверхности инструмента, весьма
важно также, чтобы материал инструмента обладал высокой
износостойкостью, хотя это требование и не такое категориче-
ское, как стойкость к разрушению. Под действием очень высоких
давлений могут произойти местные разрушения и пластическая
деформация поверхностей инструмента. Разрушение частей ин-
струмента под действием эрозии от обрабатываемого металла
называется «размывом». «Размыв кольцом» — дефект, образую-
щийся подчас в матрицах, когда обрабатываемый металл об-
разует кольцевую промоину или кратер выше пояска матрицы,
нарушающий концентричность изделия. Можно эти неполадки
свести до минимума путем применения специальных эффектив-
ных смазок, образующих стойкий слой, надежно разделяющий
выдавливаемый металл и поверхности инструментов, а также
путем применения инструментов с особо твердыми поверхно-
стями.
Стали, используемые для изготовления штампов для холод-
ного выдавливания, не относятся к группе вязких с точки зре-
ния точного понятия вязкости. Вместе с^ тем штамповые стали
обладают высокой способностью поглощать энергию без оста-
точной деформации, растекаясь под нагрузкой, и если понятие
вязкости относится к этому свойству, известному обычно под
названием упругости, то эти стали можно считать вязкими. Эти
стали имеют небольшую пластичность и ломаются как хрупкие
при механических испытаниях. Они довольно хорошо работают
в условиях ударных нагрузок. Благодаря сопротивляемости пла-
стическому деформированию эти стали считаются идеальными
для штампов. Однако пуансоны для холодного выдавливания
должны быть в известной мере «податливыми» или вязкими во
28*
436
Глава 14
избежание возможного повреждения матрицы, хотя вместе с
этим пуансоны должны также обладать высокой сопротив-
ляемостью остаточной деформации.
ТВЕРДОСТЬ ИНСТРУМЕНТА ДЛЯ ХОЛОДНОГО
ВЫДАВЛИВАНИЯ
Нормально инструменты для холодного выдавливания де-
лают более твердыми, чем большинство других инструментов,
так как они должны обладать более высокой износоустойчи-
востью и высоким пределом прочности на сжатие. Однако, как
известно, вязкость и твердость взаимоисключаемые свойства:
вязкость элементов заметно повышается при уменьшении со-
держания легирующих элементов или углерода, не считая изде-
лий из малоуглеродистых и малоуглеродистых слабо легирован-
ных сталей с поверхностной закалкой. На практике приходится
искать компромиссное решение и производить отпуск закален-
ных штампов, обеспечивая тем самым соответствующую вязкость
за счет снижения твердости.
Нормально твердость составных частей инструмента для хо-
лодного выдавливания принимается равной 60—68 RC, хотя не-
которые специалисты по холодному выдавливанию немного сни-
жают диапазон твердости для улучшения вязкости за счет не-
которого снижения износостойкости. В общем большинство
операций холодного выдавливания можно выполнять пуансона-
ми твердостью 60—64 RC в матрицах твердостью 58—62 RC и
с внутренним стяжным кольцом твердостью 50—54 RC.
Такую твердость можно получать только в том случае, если
штамповые стали содержат высокий процент углерода. В извест-
ных пределах (при содержании углерода примерно до 0,55%)
твердость мартенситовой структуры, -получаемая при закалке,
пропорциональна содержанию углерода в растворе при тем-
пературе закалки. Нередко износостойкость пропорциональна
твердости. Вместе с тем износостойкость продолжает повышать-
ся с увеличением содержания углерода и легирующих элемен-
тов. Углерод также способствует увеличению содержания в
высоколегированных сталях карбидов сложного состава. Эти
карбиды твердые и износостойкие, особенно в сталях, содержа-
щих значительные количества хрома и ванадия.
Хорошая закаливаемость — свойство, определяющее глубину,
на которой можно получать полезную твердость при термиче-
ской обработке, зависит от легирующего элемента, содержаще-
гося в данной стали. Поэтому высоколегированные стали при-
меняются для инструмента больших размеров, где требуется
равномерная твердость и высокая сопротивляемость разруше-
нию по всему сечению и где для устранения до минимума за-
Конструкция штампа для холодного выдавливания стали
437
калочных трещин и коробления в процессе термической обра-
ботки необходима среда, закаливающаяся со средней скоростью
охлаждения. Такие детали инструмента, как кольца матрицы,
бандажи и втулки, необходимо закаливать изнутри для нагру-
жения их внутренних поверхностей сжимающими напряже-
ниями.
Сопротивляемость размягчению закаленных сталей при на-
греве (или отпуске)—еще одно желательное свойство для ин-
струмента, предназначенного для холодного выдавливания. Это
свойство особенно необходимо для пуансонов, так как в усло-
виях многосерийного производства при эксплуатации на -быстро-
ходных прессах они больше нагреваются. Не все сорта стали в
одинаковой степени обладают такими свойствами. Так, напри-
мер, инструментальные стали марок W1 и W2, закаливающие-
ся в воде, быстро размягчаются при температурах выше 249°,
тогда как стали марки А2 не поддаются размягчению при бо-
лее высоких температурах, а такие стали, как Т15, остаются до-
вольно твердыми даже при нагреве до температуры примерно
593СС. Весьма значительное влияние на сопротивляемость раз-
мягчению инструмента оказывает присутствие вольфрама.
В отличие от сталей, из которых изготавливают штампы
для горячей обработки, стали, предназначенные для инструмен-
та холодного выдавливания, подвергаются перед работой толь-
ко низкотемпературной обработке для снятия нежелательных
внутренних напряжений без существенного уменьшения высо-
кой «закалочной» твердости. Установлено, что периодическое
снятие внутренних напряжений с матриц в процессе выдавлива-
ния при температурах ниже температур первоначального от-
пуска, которому подвергались матрицы, способствует предупреж-
дению разрушения. Внутренние напряжения пуансонов, и осо-
бенно длинных пуансонов, снимаются иногда после изготовле-
ния партии в 500—1000 изделий.
Для изготовления инструмента применяется много различ-
ных материалов и в том числе инструментальные стали, зака-
ливаемые в воде, масле и на воздухе, а также твердые сплавы.
Все эти сорта сталей, за исключением тех, которые относятся
к группе ударостойких и хромистых сталей, применяемых при
изготовлении штампов для горячей обработки, можно закали-
вать до твердости свыше 62 RC. Стали других сортов, такие,
как сталь марки Т15, можно закаливать до твердости 67 RC.
Точный выбор стали для определенного целевого назначения
зависит от многих факторов и в том числе от металла, исполь-
зуемого для выдавливания, от производственных требований,
требуемой степени деформации, конструкции инструмента, тех-
нологических усилий выдавливания, от эффективности смазки
438
Глава 14
и т. д. Каждый отдельный инструмент требует особого техни-
ческого решения.
Выбранный материал, независимо от его марки, должен
быть высококачественным и без дефектов, с небольшим содер-
жанием серы и фосфора и с минимальным количеством неме-
таллических включений. Чтобы распределение карбидов было
равномерным, они должны быть размельчены, и после термиче-
ской обработки в структуре металла не должно быть крупного
зерна, разграниченного включениями карбида. Бесспорно, что
для холодного выдавливания выгоднее применять не очень до-
рогую сталь, однако при этом необходимо помнить, что в за-
висимости от затрат труда стоимость сырья составляет всего
лишь небольшую часть от общей стоимости инструмента и в
некоторых случаях даже не превышает 5%. В большинстве
случаев применение более дорогих сталей оправдывается, если
удлиняется срок службы инструмента.
МЕХАНИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА И ШЛИФОВКА ШТАМПОВ
Стальные штампы плохо поддаются механической обработке.
Даже в отожженном состоянии основная структурная масса
сравнительно тверда и содержит твердые карбиды, вызывающие
быстрый износ режущего инструмента. Кроме того, отожжен-
ные высоколегированные стали довольно хрупки и поэтому не-
обходимо внимательно следить за тем, чтобы при механической
обработке и особенно при окончании реза сталь не выкраши-
валась.
После закалки и отпуска инструмент подвергают мокрой
шлифовке и затем уже притирают до окончательного размера.
С целью учета возможного обезуглероживания и ухудшения по-
верхности при механической обработке, а также коробления
при термообработке предусматривается определенный припуск
на шлифовку. Все инструментальные стали и особенно стали
высоколегированные, как известно, трудно поддаются шлифов-
ке, и показателем этого служит их сравнительная износостой-
кость. Во избежание повреждения применяются мягкие шли-
фовальные круги с крупнозернистой структурой. После шли-
фовки не должно быть шлифовочных трещин и пережогов.
В результате неправильной шлифовки может увеличиться тон-
кий поверхностный слой, содержащий остаточный аустенит,
что приводит обычно к быстрому износу инструмента и к за-
диранию. По мнению большинства технологов — специалистов
по холодному выдавливанию, для устранения возможного раз-
рыва смазывающей пленки поверхность инструмента необходи-
мо отделывать до точности не ниже 0,25 мкм.
Конструкция штампа для холодного выдавливания стали
439
Чистовая шлифовка, притирка и полировка, как правило,
удлиняют срок службы инструмента. Окончательную чистовую
обработку притиркой или полировкой следует производить в
направлении течения металла для устранения возможного тор-
можения в процессе выдавливания. В некоторых случаях после
полировки с инструментов снимаются внутренние напряжения.
Для сохранения максимального припуска на износ инстру-
мент изготовляется с допусками, соответствующими минусовому
допуску изделия. К тому же необходимо еще принимать в рас-
чет упругую деформацию штампа, и особенно при выдавлива-
нии изделий большого диаметра под высокими технологически-
ми давлениями. В общем допуски для штампа не должны пре-
вышать 10% от величины допусков на выдавливаемое изделие.
В процессе выдавливания, а еще точнее после длительной
работы на рабочей стороне кольцевого зазора иногда начинают
накапливаться маленькие частицы металла. Это так называемое
приваривание или налипание, заключающееся в том, что
частицы металла, из которого выдавливаются изделия, прива-
риваются под давлением к поверхности штампа. В результате
такого налипания на готовых изделиях появляются царапины
и шероховатости с направленностью в сторону течения металла
в процессе выдавливания, а также повышаются потребные уси-
лия выдавливания.
Приваривание частиц металла к инструменту обычно про-
исходит потому, что в результате потери влияния смазки имеет-
ся непосредственный контакт выдавливаемого металла с по-
верхностями матрицы, что, как правило, наблюдается редко,
если поверхности инструмента имеют весьма гладкую отделку.
Налипание обычно очень легко удаляется при периодической
перешлифовке инструментов, так как приваривающийся металл
бывает мягче материала штампа. Тем не менее необходимо сле-
дить за тем, чтобы на поверхности инструментов не появились
царапины. Нельзя допускать, чтобы налипание продолжалось
и дальше, так как этот металл все больше и больше врезается
в смазку, увеличивая тем самым потребное усилие выдавлива-
ния, а в дальнейшем истирание поверхности матрицы. Истирание,
по существу, представляет собой сосредоточенный износ инстру-
мента, прилегающего к зоне налипания, который, между прочим,
нельзя устранить, не изменяя габарита инструмента.
ОБРАБОТКА ПОВЕРХНОСТИ
Из различных методов обработки, применяемых для изме-
нения физических свойств поверхности штампов, наиболее эф-
фективными считаются поверхностное науглероживание (цемен-
440
Глава 14
тация), азотирование и хромирование. Легирующие элементы в
цементирующихся сталях можно подбирать так, что в поверх-
ностном слое стали после цементации образуется свободный
графит. Поверхностный слой и сердцевина таких матриц по
свойствам не уступают легированным цементированным сталям
и, кроме того, отличаются повышенной износостойкостью и
антифрикационными свойствами.
Несмотря на то что преимущество азотирования, применяе-
мого для повышения поверхностной твердости инструментов для
холодного выдавливания, и оспаривается некоторыми специа-
листами-технологами, другие специалисты все же успешно при-
меняют и этот метод обработки. При условии правильного
применения он обеспечивает исключительно высокую твердость
поверхности (от 900 до 1100 единиц по Виккерсу), благодаря
чему повышается износостойкость, улучшается «скользимость»
и до минимума снижаются задирание или истирание от трения.
Следует отметить, однако, что, если стали не приготовлены спе-
циально под азотирование, имеется опасность растрескивания
с отслаиванием, при котором твердый слой окажется беспо-
лезным.
Другой недостаток азотирования заключается в том, что
в результате продолжительной обработки при температурах
около 510°С некоторые сорта стали теряют полезную твердость
своей сердцевины. Правда, некоторые стали, как, например,
сталь марки Т1, почти или же совсем не обнаруживают этого
недостатка. При обработке материалов, подвергающихся такому
размягчению, необходимо следить за тем, чтобы твердость серд-
цевины, особенно пуансонов, не падала ниже 59 RC.
Другим до сих пор все еще оспаривающимся методом обра-
ботки инструмента для холодного выдавливания является твер-
дое хромирование. Одни специалисты по холодному выдавлива-
нию отказываются от применения этого метода, и особенно для
первой операции, так как это способствует- поломке изделия.
К тому же этим методом трудно получить хорошее равномерное
отложение на внутренних поверхностях инструментов. Другие тем
не менее считают этот метод обработки применимым для ремон-
та изнашивающегося инструмента.
Немецкие специалисты применяют хромирование на глубину
всего только 0,005 мм. На заводе фирмы «Норрис» пуансоны
для холодного выдавливания 105-миллиметровых снарядных ста-
канов изготовлялись из легированной стали, .содержащей
0,40% С, термически обработанной до твердости 60 RC, полиро-
вались и затем подвергались твердому хромированию на глубину
0,025 мм. Для облегчения снятия стаканов после хромирования
пуансоны были вторично отполированы.
Конструкция штампа для холодного выдавливания стали
441
МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ МАТРИЦ
Матрицы, выдерживающие, как это известно, весьма высокие
давления по всему своему сечению, изготовляют обычно из ле-
гированной инструментальной стали, хорошо поддающейся за-
калке. Вместе с тем необходимо также, чтобы материал матриц
был одновременно вязким и износостойким. Поэтому для при-
дания материалу матриц таких свойств приходится, как правило,
искать компромиссное решение. Для обеспечения максимальной
износостойкости требуется более высокое содержание углерода и
твердость порядка 60—66 RC. Однако при чрезмерно высоких
давлениях может понадобиться более вязкая сгаль с меныпим
содержанием углерода и пониженной твердостью порядка 56—
60 RC. Матрицы (так же, как стяжные кольца и корпуса) це-
лесообразнее изготовлять из поковок, так как волокнистая струк-
тура поковок лучше выдерживает более высокие радиальные
напряжения.
Для матриц для холодного выдавливания с успехом приме-
няются многие стандартные сорта сталей. Для мелкосерийного
производства при средней технологической нагрузке применяют-
ся нелегированные углеродистые инструментальные стали, за-
каленные в воде, типа W1. В крупносерийном производстве при
повышенных технологических условиях выдавливания приме-
няются преимущественно стали, закаливаемые в масле или на
воздухе, подобные сталям 01 и А2, высокоуглеродистые и вы-
сокохромистые стали D2 и D5 и быстрорежущие стали Т1 и М2.
Иногда применяются быстрорежущие стали Т1 и М2 с пони-
женным содержанием углерода (примерно 0,55%). Фирма
«Янгстаун китченс» довольно успешно применяла матрицы, изго-
товленные из стали для зубил, содержащей 0,58% С, 0,70 % Si,
1,2Q% Cr, 2,15% W и 0,25% V, закаленной до твердости прибли-
зительно 59 RC и затем отпущенной до твердости 55 RC.
Среди многих инструментальных сталей фирменных марок,
применяемых для изготовления матриц, хорошо себя зарекомен-
довали такие стали: «Гурон» и «Онтарио» фирмы «Эллегени
лудлум»; «Нитро» и «Васко Суприм» фирмы «Ванадиум-
эллойс»; «ВТР» фирмы «Бетлехем»; «ОН» фирмы «Милне»;
«Вэйрлой» и «Вулдай» фирмы «Вулкан-кидд»; «Грэф-Тунг» фир-
мы «Тимкен»; «Вега» («Эйр-Таух») фирмы «Карпентер»,
Довольно значительный эффект дает применение вставок для
матриц, о которых подробнее будет сказано ниже.
БАНДАЖИ И КОРПУСА МАТРИЦ
Бандажи (иногда их называют еще промежуточными втул*
ками или обоймами) и корпуса матриц (называемые также удер«
442
Глава 14
живающими или стяжными кольцами) должны иметь достаточ-
ное сечение и обладать достаточной прочностью pi вязкостью,
чтобы предохранять матрицу от разрыва. Поскольку сама ма-
трица твердая и сравнительно хрупкая, для ее армирования
обычно применяются стали с меньшим содержанием углерода.
Основное напряжение должны выдерживать наружные кор-
пуса, и поэтому их изготовляют из более вязких сталей типа
SAE-4340 или из котельной (листовой) стали. Промежуточный
бандаж должен быть исключительно прочным и износостойким,
поэтому его обычно изготовляют из никелехромистой стали ти-
па L6, закаленной до твердости 50—56 RC.
В число сталей фирменных марок, хорошо себя зарекомендо-
вавших, входят стали: «Атлас 93» и «Потомак М» фирмы «Элле-
гени лудлум», «Вулмакс» фирмы «Вулкан-кидд» и «Хот-
форм» №2 и № 1 фирмы «Ванадиум-эллойс».
ПУАНСОНЫ
Самыми ответственными деталями инструмента для холод-
ного выдавливания являются пуансоны.' Пуансоны для холодного
выдавливания должны выдерживать высокие сжимающие на-
грузки и одновременно обладать достаточной вязкостью, чтобы
противостоять действию боковых давлений, возникающих при
малейшем смещении (отклонении) относительно оси. Кроме того,
пуансоны должны обладать хорошей износостойкостью и не
разупрочняться при нагреве (под действием повторяющихся ра-
бочих температур); кроме того, материал пуансонов не должен
задираться и способствовать приварке к нему обрабатывае-
мого металла, а также не должен обнаруживать остаточных
деформаций. Для сохранения высокой усталостной прочности на
материале инструмента не должно оставаться тонких поверх-
ностных трещин (от шлифовки). Поскольку диаметр пуансона
ограничивается геометрией изделия, эта деталь инструмента
обычно лимитирует максимальное напряжение, допустимое во
время операции выдавливания.
Из инструментальных сталей стандартных марок лучше дру-
гих себя зарекомендовали, особенно для изготовления ответ-
ственных пуансонов, подвергающихся исключительно большим
давлениям при обратном выдавливании, стали марок М2, М3
и Т1. В некоторых случаях для получения необходимой вязкости
содержание углерода в стали Т1 снижается до 0,50—0,65%. Для
операций прямого выдавливания при небольшой степени умень-
шения площади поперечного сечения и незначительных техно-
логических давлениях пуансоны можно изготовлять из сталей
D2 и D5. Для еще менее трудоемких операций прямого выдав-
Конструкция штампа для холодного выдавливания стали
443
ливания вполне хорошие результаты были получены с пуансо-
нами, изготовленными из сталей F1 и F3.
Среди инструментальных сталей фирменных марок, приме-
няемых для изготовления пуансонов, очень хорошо себя зареко-
мендовали <стали ДЛБ-2, L-XX, «Онтарио» и «Девард» фирмы
«Эллегени лудлум»; BTR, «Спешиэл хайг спид» и «Лихай Н»
фирмы «Бетлехем»; «Бустер Эллой» фирмы «Колумбия»; ТМ-6,
«Вольфрам» и «Сапер» фирмы «Вулкан-кидд»; «Нитро», «Васко
Суприм» и «Крокер» фирмы «Ванадиум эллойс»; «Стар-Зенит»
(«Ред Унар») фирмы «Карпентер»; EPS фирмы «Милн»; «Кро-
мовэн» фирмы «Фирте стерлинг».
ТВЕРДОСПЛАВНЫЕ ПУАНСОНЫ И МАТРИЦЫ
Для изготовления инструментов для холодного выдавлива-
ния все шире начинают применять твердый спеченный сплав на
основе карбида. Этот материал, отличающийся высоким преде-
лом прочности при сжатии, обладает исключительной износо-
стойкостью, не подвержен задиранию и привариванию и совер-
шенно не требует термической обработки. К недостаткам, свой-
ственным этому материалу, относятся прежде всего его высокая
основная стоимость, а также низкая ударная вязкость, что,
между прочим, до известной степени "можно компенсировать за
счет более точной пригонки пуансонов и матриц. При использо-
вании карбидного сплава усложняется также задача конструи-
рования штампа в связи с высоким модулем продольной упру-
гости карбидной детали по сравнению с модулем продольной
упругости стальных армирующих частей инструмента. Неко-
торые технологи — специалисты по холодному выдавливанию
придерживаются такого мнения, что применение карбида сле-
дует ограничить инструментами, используемыми только' в ин-
струментальной оснастке для автоматического оборудования,
в целях максимального предохранения инструментов. При опе-
рациях с ручной подачей никогда не исключена возможность
разрушения инструмента в результате попадания сдвоенной за-
готовки или же смещения его относительно оси.
Что же касается высокой стоимости карбидного инструмен-
та, то экономичность инструмента, как это известно, опреде-
ляется количеством изделий, изготовленных этим инструментом.
Зачастую высокая стоимость карбидного инструмента с лихвой
окупается более продолжительным сроком его службы. С целью
снизить основную стоимость применяют метод карбидизации
распылением, когда поверхность стальных деталей инструмен-
та, наиболее подверженная износу, покрывается твердой кар-
бидной коркой. Этот способ .пока еще не совсем основательно
28,24 мм
24,51мм
17,04 мм
9,04 мм
42,02мм^
------82,73 мм
--------------118,85 мм
Фиг. 19. Пуансоны для холодного выдавливания
стали, изготовленные целиком ив твердого сплава
на основе карбида.
Сверху показан один из самых крупных пуансонов,
изготовленный для выдавливания изделий типа ста-
канов, а внизу — один из самых маленьких.
180,98мм
558,82 мм
Фиг. 20. Типовой штамп для холодного выдавливания
с вкладышем из твердого сплава карболой.
Вкладыш армирован двумя стяжными кольцами при помощи
горячей прессовой посадки.
Конструкция штампа для холодного выдавливания стали 445
исследован и применять его можно только после тщательного
анализа технологических усилий выдавливания в условиях, при
которых будут работать инструменты.
Карбидный сплав применяется для изготовления и пуансо-
нов и матриц, однако' преимущественно его применяют для из-
готовления матриц. Пуансоны изготовляются обычно целиком
Фиг. 21. Штамп для выдавливания, калибровочный штамп (с карбид-
ными вставками) и пуансоны целиком из вольфрамокарбидного сплава
для холодного выдавливания толкателей автомобильных клапанов.
Таким инструментом до перезаточки можно изготовить приблизительно
100 000 толкателей.
из карбида, тогда как матрицы, как правило, состоят из кар-
бидной вставки, запрессованной в горячем состоянии в стальной
корпус. Такие вставки, или вкладыши, должны быть снабжены
массивной опорой и закреплены на месте держателями, поса-
женными горячей прессовой посадкой. На фиг. 19 показаны са-
мый большой и самый малогабаритный пуансоны, изготовлен-
ные целиком из твердого сплава карболоя фирмой «Метал-
лурджикл продакте». Типовая матрица со вставкой из карболоя
показана на фиг. 20.
На фиг. 21 показаны карбидные пуансоны и матрицы для
холодного выдавливания толкателей автомобильных клапанов,
446
Глава 14
изготовляемых из сплошных стальных заготовок за два техно-
логических перехода. Эти инструменты изготовлены фирмой
«Метал карбиде корпорейшн» из сплава талид, представляю-
щего собой карбид вольфрама с содержанием около 17% ко-
бальта.
Фиг. 22. Штамп для обратного выдавливания с карбидной матрицей
(слева) и штамп для обратного выдавливания с двумя взаимозаме-
няемыми карбидными вставками (справа).
Типовые инструменты с карбидными деталями для обратного
(слева) и прямого (справа) холодного выдавливания показаны
на фиг. 22. Инструмент с карбидной кольцевой вставкой для
обратного выдавливания смонтирован с предварительным натя-
гом в стяжных кольцах, при помощи горячей прессовой посад-
ки и установлен на вязких стальных опорных элементах, рас-
пределяющих нагрузку. Инструмент для прямого выдавлива-
ния снабжается двумя такими же взаимозаменяемыми карбид-
ными вставками. Верхняя вставка принимает на себя высокое
усилие выдавливания, тогда как нижняя является направляю-
щей, контролирующей прямизну изделия (в основном прямизна
определяется точностью полуфабрикатной заготовки и центров-
кой пуансона и матрицы).
Марка карбидного сплава, больше всего соответствующего
выполняемой работе, зависит от целевого назначения, В общем
рекомендуется применять вольфрамокарбидные сплавы, содер-
жащие И—25% кобальта. Отдельные фирмы выпускают такой
сплав с добавлением 4% тантала. Нормальная твердость кар-
бидного сплава 86—88 RA.
Конструкция штампа для холодного выдавливания стали
447
СРОК СЛУЖБЫ ИНСТРУМЕНТА ДЛЯ ХОЛОДНОГО
ВЫДАВЛИВАНИЯ
Срок службы инструмента для холодного выдавливания в
значительной мере зависит от материала, из которого изготов-
лены инструменты, материала, обрабатываемого выдавлива-
нием, от конструкции выдавливаемого изделия, от потребного
Таблица 2
Количество изготовленных деталей
стальной инструмент карбидный инструмент
средний срок службы максимальный срок службы
Обратное выдавливание 50 000
пуансон 5000—25 000 250 000—1 000 000
матрица Прямое выдавливание 10 000—50 000 100 000 500 000—5 000 000
пуансон 25 000—100 000 250 000 1000 000—10 000000
матрица 5000—50 000 100 000 500 000— 5 000 000
технологического усилия выдавливания, от эффективности по-
крытия и смазки заготовок и от других факторов, характеризую-
щих данную операцию. В общем срок службы пуансона при
прямом выдавливании превышает срок службы матрицы, тогда
как при обратном выдавливании матрица меньше изнашивается,
чем пуансон. В табл. 2 приведены некоторые данные о стойко-
сти инструмента, полученные из практики.
ГЛАВА 15
ВЫБОР ПРЕССОВ ДЛЯ ХОЛОДНОГО
ВЫДАВЛИВАНИЯ СТАЛЬНЫХ ИЗДЕЛИИ
Вопрос о том, какие прессы — механические или гидравличе-
ские— наиболее целесообразны для холодного выдавливания
стальных изделий, остается до сих пор нерешенным. Довольно
трудно также сделать и какие-либо общие выводы по этому
вопросу, поскольку противоречивые мнения, высказываемые
специалистами, конструирующими прессы, и специалистами-
технологами, работающими в области выдавливания стали, за-
частую не совпадают.
Очевидно, можно утверждать вполне определенно, что самым
важным фактором, влияющим на окончательный выбор того
или иного пресса для обработки стали методом холодного вы-
давливания, является его основное целевое назначение. Размеры
и форма изделия, степень деформации при прессовании, а также
материал, из которого выдавливается изделие, — все это оказы-
вает непосредственное влияние на величину хода, скорость и
усилие данного пресса. Не менее существенное значение при
выборе пресса имеют также и такие факторы, как количество
изготавливаемых на прессе изделий, универсальность пресса,
основная стоимость его и затраты на содержание оборудования
и т. д.
По общему мнению специалистов, механические прессы наи-
более выгодны при крупносерийном производстве небольших и
средних изделий, а также для выдавливания изделий, при из-
готовлении которых требуются небольшие хода, малые усилия
и высокие скорости. Гидравлические прессы более целесообраз-
ны для мелкосерийного изготовления больших и длинных раз-
нотипных по размерам изделий, а также для выдавливания
изделий, требующих большого хода, более высокого усилия
(от 4000 до 5000 т и больше) и меньших скоростей. В некоторых
случаях, когда требуются более универсальные прессы, не
исключено, что гидравлические прессы могут оказаться более
выгодными, даже если для данных 'работ и не требуются боль-
шие усилия.
Однако при операциях холодного выдавливания обычно
с равным успехом используются и механические и гидравлике-
Выбор прессов для холодного выдавливания стальных изделий 449
ские прессы. Так, например, две ведущие фирмы США, приме-
няющие процесс холодного выдавливания в промышленном мас-
штабе, используют для этой цели прессы различных типов —
фирма «Хейнц меньюфекчюринг» использует механические
прессы фирмы «Клиринг» (фиг. 1), а фирма «Мюллинс меныо-
фекчюринг» использует гидравлические прессы (фиг. 2).
ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ
К ПРЕССАМ
На гидравлических и механических прессах, применяемых
для обработки стали холодным выдавливанием, должны быть
достаточно длинные и надежные ползуны и хорошо пригнанные
направляющие, обеспечивающие ползуну устойчивость положе-
ния при движении. Для устранения возможного изгиба пуан-
сона станина пресса должна обладать достаточной поперечной
жесткостью. Не менее важна жесткость станины пресса и по
вертикальной оси для уменьшения деформации растяжения,
которая замедляет движение пуансона в момент контакта с вы-
давливаемой заготовкой и вызывает возможное небольшое уп-
рочнение заготовки. Весьма важно также, чтобы пресс обладал
способностью поглощать удары подвижных частей в момент
внедрения пуансона в заготовку.
Подштамповая плита и ползун пресса должны быть доста-
точно жесткими и прочными, чтобы надежно выдерживать сосре-
доточенные изгибающие нагрузки, свойственные процессу вы-
давливания. Как показала практика, в некоторых случаях ре-
гулировка инструмента с помощью клиновой системы :в под-
штамповой плите оказывалась более надежной и эффективной
по сравнению с винтовой регулировкой в ползуне. По сравнению
с прессами разъемной конструкции, втянутыми стяжными бол-
тами, хорошо себя зарекомендовали прессы со сварной закры-
той (замкнутой) станиной, изготовленной из толстой листовой
стали. Правда, стоимость прессов со станиной такой конструк-
ции оказывается иногда слишком высокой. Для смазки всего
пресса рекомендуется применять централизованную систему.
Муфта включения и тормоз прессов для выдавливания должны
работать плавно и без ударов.
Минимальная упругая деформация прессов, применяемых
для холодного выдавливания стальных изделий, также является
необходимым конструктивным требованием, как и надежное на-
правление перемещения ползуна. Упругая деформация пресса
под действием высоких напряжений в результате бокового дав-
ления или изгиба может привести к нарушению концентрично-
сти изделий и разрушению инструмента. В некоторых случаях
29 ч. Уик
Фиг. 1. Механические прессы, используемые фир-
мой «Хейнц» для холодного выдавливания.
Фиг. 2. Два гидравлических пресса, применяе-
мых фирмой «Янгстаун китченс» для холодного
выдавливания стальных изделий.
Выбор прессов для холодного выдавливания стальных изделий 451
такая задача разрешается конструктивно за счет концентрации
нагрузки в центре штампового пространства.
Особенно тщательно учитываются внецентровые нагрузки
при выполнении нескольких операций на одном прессе. Много-
позиционные штампы возвратно-поступательного и дискового
типов необходимо' особенно тщательно конструировать и при-
менять преимущественно на прессах, имеющих большую жест-
кость, таких, как двухкривошипные прессы с коленчатым валом
эксцентрикового типа.
Одностоечные прессы с вылетом или прессы с С-образной
станиной, которые сейчас также успешно применяются для хо-
лодного выдавливания стальных изделий, приходится особенно
тщательно предохранять от возможных перегрузок. В /резуль-
тате упругой деформации пресса под действием высоких нагру-
зок может произойти угловое отклонение ползуна по отношению
к поверхности стола пресса, что иногда приводит к разрушению
штампов или частей пресса.
ПРЕИМУЩЕСТВА И НЕДОСТАТКИ
МЕХАНИЧЕСКИХ ПРЕССОВ
Механические прессы, как правило, быстроходны, поэтому
они обладают более высокой производительностью. Так, напри-
мер, быстроходный механический пресс фирмы «Денли» для
холодного выдавливания стальных изделий (фиг. 3) работает
со скоростью 50 ходов в минуту. Пресс развивает усилие до
400 т (при не доходе 38 мм до крайней нижней точки); для
удобства обслуживания и для большей безопасности он осна-
щен автоматической вращающейся подачей заготовок. Кроме
того, механические прессы, и особенно прессы с небольшим уси-
лием и с небольшими ходами, более экономичны, так как они
сравнительно недороги и требуют небольших эксплуатационных
расходов. Однако основное преимущество механических прес-
сов для холодного выдавливания заключается в том, что движе-
ние пуансона на этих прессах можно точно и непрерывно кон-
тролировать в продолжение всего рабочего хода пуансона от
верхнего до самого крайнего нижнего положения. Одним из
основных преимуществ является также и то, что вследствие не-
прерывного плавного движения коленчатого вала или шестерне-
эксцентрика устраняется возможность задержки движения, пу-
ансона в результате периодического наращивания и снятия ра-
бочей нагрузки.
Для более надежного устранения возможной задержки в
движении ползуна последний снабжается дополнительно уве-
личенными уравновешивающими цилиндрами, полностью уст-
29*
452
.Глава 15
раняющими зазоры в рабочем механизме. Применение в меха-
нических прессах маховиков позволяет использовать для приво-
да электродвигатели меньшей мощности, так как при наличии
маховика электродвигатель механического пресса обеспечивает
всего только от х/3 до V2 энергии, необходимой для выполнения
Фиг. 3. Быстроходный пресс усилием 400 т
(недоход 38 мм, число ходов в минуту 50), при-
меняемый для холодного выдавливания.
операции холодного выдавливания. Для уменьшения силы уда-
ра инструмента при высоких скоростях выдавливания ползуны
механических прессов можно в некоторых случаях снабжать
гидравлическими подушками, которые, правда, вызывают за-
держку хода и в известной мере увеличивают стоимость обо-
рудования.
На механических прессах, как известно, максимальное уси-
лие развивается в нижней крайней точке хода ползуна, Допу-
скаемое усилие механических прессов снижается по мере
увеличения расстояния между ползуном и нижней крайней точ-
Выбор прессов для холодного выдавливания стальных изделий 453
кой его хода. Величину этого усилия для каждого пресса можно
легко подсчитать или определить по специальным номограммам,
составляемым для этой цели изготовителями прессов. К тому
же можно' конструировать такие прессы, у которых максималь-
ное усилие обеспечивается при любом требуемом положении
Фиг. 4. Эксцентриковый пресс для обратного холодного вы-
давливания фосфатированных заготовок, используемый для
изготовления снарядов.
хода от крайней нижней точки. На фиг. 4 показан пресс холод-
ного выдавливания с кулачковым валом фирмы «Блисс», имею-
щий специальный привод, что, позволяет развивать полное но-
минальное усилие в любом положении хода. Этот пресс приме-
няется для обратного выдавливания стальных фосфатированных
и покрытых цинкостеаратовым мылом изделий, а также при
изготовлении снарядов.
ИЗМЕНЕНИЯ ВЕЛИЧИНЫ УСИЛИЯ ВО ВРЕМЯ ХОДА
Величина допустимых усилий на ползуне во время хода за-
висит от изменения угла поворота кривошипа коленчатого вала
или шестерне-эксцентрика и от отношения величины радиуса
454
Глава 15
кривошипа к длине шатуна. При этом чем больше ход, тем
больше крутящий момент передается коленчатому налу. Так,
например, при расстоянии ползуна от нижней крайней точки,
равном 25,4 мм, величина развиваемого усилия составляет
~ 72% от номинального усилия пресса, тогда как величина уси-
лия, развиваемого при расстоянии ползуна 50,8 мм от нижней
крайней точки хода, будет составлять не более 56%.
При холодном выдавливании стали полное усилие деформи-
рования достигается вскоре после контакта пуансона с заготов-
кой, когда небольшая часть хода пуансона затрачивается на
заполнение деформированным металлом пространства между
матрицей и заготовкой. Практически максимальное давление
требуется почти с первого момента выдавливания.
Если для выполнения работ, требующих больших ходов,
применяются обычные, или стандартные, прессы, следует иметь
в виду, что необходимое в самом начале рабочего хода наиболь-
шее усилие выдавливания может быть получено только при
условии, если требуемое усилие пресса обеспечивается на оп-
ределенном расстоянии от нижней крайней точки хода ползуна.
Полную мощность таких прессов можно, как правило, исполь-
зовать для заключительных стадий выдавливания, приобрета-
ющих зачастую некоторые специфические особенности чеканки.
На прессах с двусторонним приводом, имеющих приводные
шестерни на обоих концах коленчатого вала, крутящий момент
передается в два потока. В прессах с шестерне-эксцентрико-
вым приводом деформация кручения кривошипов также устра-
няется. Механические прессы, предназначенные специально для
холодного выдавливания стали, изготовляются с таким расчетом,
чтобы их номинальное усилие развивалось при определенных
положениях хода ползуна от его крайней нижней 'точки. Это
осуществляется за счет использования более массивных зуб-
чатых колес, валов и более мощных муфт и электродвига-
телей.
Необходимые максимальные усилия пресса должны опре-
деляться при данном положении хода ползуна от крайней ниж-
ней точки. Кривые, характеризующие изменение усилия в за-
висимости от угла поворота кривошипа, представляют собой
параболы, по которым можно видеть, что усилия достигают
наименьшего значения в середине хода и наибольшего — в на-
чале и в конце хода. (Скорость перемещения пуансона обратно
пропорциональна давлению при выдавливании.) Если начало
операции происходит при угле поворота кривошипа, равном
30° и больше, то большая горизонтальная составляющая усилия
передается на колонны или на стойки пресса, которые в таких
случаях должны обладать высокой поперечной жесткостью.
Выбор прессов для холодного выдавливания стальных изделий 455
Наибольший крутящий момент, принимаемый за исходную
величину при определении размера кривошипного (вала, веду-
щих зубчатых колес, зубчатого привода и муфты, зависит не
только от мощности пресса, но также от величины хода ползу-
на. При этом чем меньше ход ползуна, тем меньше крутящий
Фиг. 5. Специальный пресс с двумя горизонталь-
ными ползунами, расположенными один против
другого, применяемый для холодного выдавли-
вания поршневых пальцев автомобильных дви-
гателей.
момент. Иногда ход ползуна можно уменьшать за счет примене-
ния на прессе выдвижного или поворотного приспособления для
отвода в сторону штампа или удаления пуансона в момент
выталкивания изделия или во время загрузки заготовки. Прав-
да, такие приспособления можно применять только при выдав-
ливании более мягких металлов, так как при выдавливании
твердых металлов трудно обеспечить требуемую точность вы-
движных частей.
На фиг. 5 показан для примера специальный пресс фирмы
«Денли» с двумя встречными расположенными по горизонтали
ползунами, сконструированный для холодного выдавливания
456
, Глава 15
Фиг. 6. Вид сзади пресса, показанного на фиг. 5.
Карбидные пуансоны смонтированы на обоих ползунах.
поршневых пальцев автомобильного двигателя. Подготовленные
заготовки загружаются в бункер, откуда они автоматически
подаются в дисковый магазин с карбидными штампами для
выдавливания. Карбидные пуансоны, смонтированные на обоих
ползунах, как показано на фиг. 6, проникают в заготовки почти
до контакта между собой, образуя, таким образом, полые паль-
цы с тонкой перемычкой в центре.
Бывает также, что пресс, имеющий достаточно прочные для
передачи требуемого усилия станину и вал, обладает недоста-
точной энергией маховика или мощностью электродвигателя.
Эта энергия, или работа, исчисляется в кГм и определяется
путем умножения среднего усилия на величину рабочего хода.
К полученной величине работы добавляются потери на трение
и на упругую деформацию. Мощность, или величина энергии,
потребляемой за определенный отрезок времени, исчисляется в
лошадиных силах или в киловаттах.
Так как на выполнение некоторых операций выдавливания
затрачивается значительная часть времени цикла пресса, могут
возникнуть такие условия, при которых может не хватить вре-
мени для восстановления энергии маховика за счет увеличения
его скорости перед следующей операцией прессования. Поэтому
Выбор прессов для холодного выдавливания стальных изделий 457
принято считать, что при непрерывной работе пресса (на авто-
матических ходах) период замедления маховика вследствие от-
дачи энергии не должен занимать больше 10% цикла пресса
а максимальная потеря оборотов не должна превышать 20%. Рас-
четными условиями обычно являются нагружение пресса номи-
нальным усилием при одиночных ходах. Для непрерывной
работы пресса может потребоваться более тяжелый маховик и
более мощный электродвигатель. Кроме того, если пуансон ка-
сается заготовки при большой скорости, необходимо еще учи-
тывать возникающую ударную или динамическую нагрузку.
ТИПЫ МЕХАНИЧЕСКИХ ПРЕССОВ ДЛЯ ХОЛОДНОГО
ВЫДАВЛИВАНИЯ
Для холодного выдавливания стальных изделий применяют-
ся преимущественно кривошипные, кривошипно-коленные или
эксцентриковые прессы. Чаще других для выдавливания очень
длинных изделий применяются более простые по своей кинема-
тической схеме и более надежные в работе кривошипные прессы
с приводом ползуна непосредственно от коленчатого вала. Для
выполнения таких операций имеются также двухстоечные, двух-
кривошипные прессы усилиями 3000 т и больше с величиной
хода до 1220 мм.
На фиг. 7 показан двухкривошипный пресс простого дейст-
вия с одноступенчатой зубчатой передачей и двусторонним
приводом, сконструированный фирмой «Версон оллстил пресс»
специально для холодного выдавливания. Усилие пресса 500 т,
величина хода ползуна 356 мм. Размеры ползуна и подштампо-
вой плиты спереди — назад и справа—налево соответственно
1220 и 1525 мм. Закрытая высота (расстояние от подштампо-
вой плиты до ползуна в его нижнем крайнем положении) со-
ставляет 762 мм. Для уменьшения упругой деформации увели-
чена ширина стоек пресса. Пресс работает на скоростях ползу-
на 17,5-У 35 ходов в минуту.
Конструктивный принцип кривошипно-коленных прессов, в
которых ползуны приводятся в движение от кривошипно-колен-
ного механизма, приводимого от коленчатого вала, дает
возможность эффективно использовать прессы при высоких
нагрузках и сравнительно небольшой мощности привода колен-
чатого вала. Правда, при этом следует отметить, что номиналь-
ное усилие этих прессов развивается значительно ближе к
нижнему крайнему положению хода. К тому же величина хода
ползуна кривошипно-коленных прессов ограничена и меньше
длины хода стандартных кривошипных прессов с такими же
номинальными усилиями. Поэтому эти прессы, как правило,
Фиг. 7. Двухкривошипный пресс простого действия
усилием 500 т с одноступенчатым двусторонним
зубчатым приводом, применяемый для холодного
выдавливания стальных изделий.
Фиг. 8. Кривошипно-коленный пресс для хо-
лодного выдавливания стальных изделий
усилием 4000 т, оборудованный автоматиче-
ской магазинной подачей револьверного типа.
Выбор прессов для холодного выдавливания стальных изделии 459
используются только для чеканки и для операций вытяжки без
утонения и для выдавливания полых изделий.
Кривошипно-коленный пресс фирмы «Блисс» усилием 4000 т
для выдавливания, показанный на фиг. 8, может служить убе-
дительным примером значительного преимущества прессов та-
кого' типа, так как для этого пресса отношение усилия к его
стоимости является более высоким, чем для прессов других
типов. Пресс оборудован автоматической магазинной подачей
револьверного типа и применяется для холодного выдавливания
чашек Боуэна (фиг. 9). Эта операция выдавливания является
Фиг. 9. Профиль чашки Боуэна, полу-
ченной холодным выдавливанием на
прессе, показанном на фиг. 8.
первым технологическим переходом при изготовлении стальных
105-миллиметровых снарядных гильз. Такие мощные прессы
кривошипно-коленного типе особенно хорошо приспособлены
для выполнения работ по холодному прессованию изделий типа
чашек Боуэна. На фиг. 10 показан еще один кривошипно-колен-
ный пресс фирмы «Блисс» усилием 600 т, который успешно
применяется в качестве головного пресса в линии для” изготов-
ления снарядов методом холодного выдавливания. Этот пресс
с предварительно сильно напряженной станиной отличается сво-
ей компактностью, снабжен клиновой регулировкой и пневмати-
ческой фрикционной муфтой включения.
Эксцентриковые прессы, в которых вращение маховика пре-
образуется посредством системы эксцентриков и зубчатых ко-
лес в вертикальное возвратно-поступательное перемещение пол-
зуна, обладают некоторыми наиболее ценными преимущества-
ми и кривошипных и кривошипно-коленных прессов. Вследст-
вие того что в эксцентриковых прессах упругая деформация
кручения сведена до минимума, прессы этого типа могут быть
эффективно использованы для операций прессования, требую-
щих больших рабочих нагрузок. Некоторые специалисты в облас-
ти холодного выдавливания склонны считать, что для операций
холодного выдавливания эксцентриковые прессы с большими
ходами вообще выгоднее кривошипно-коленных.
460
Глава 15
Фиг. 10. Кривошипно-коленный
пресс усилием 600 т для холод-
ного выдавливания снарядов.
Для предохранения деталей привода от перегрузок мощные
прессы, как правило, -снабжаются предохранительными устрой-
ствами механического, электрического, пневматического или
гидравлического типа. Для снижения крутящего момента при-
вода во время опасного периода быстрого нарастания усилия
применяются также электрические и пневматические устрой-
ства. Фирма «Клиринг» выпусти-
ла одно такое оригинальное пре-
дохранительное устройство', со-
стоящее из гидравлического порш-
ня, вмонтированного' в регулиро-
вочном винте ползуна пресса.
Давление жидкости в системе
обеспечивается пневмогидравли-
ческим мультипликатором, тогда
как уровень давления поддержи-
вается гидравлическим насосом с
пневматическим приводом. Для
предохранения пресса (или штам-
па) устанавливается манометр
воздушного давления со шкалой,
по которой можно определять ве-
личину усилия в тоннах или уве-
личение номинального- усилия в
процентах. В момент перегрузки
поршень мультипликатора под
давлением опускается вниз, дав-
ление сбрасывается, срабатывает
предельный выключатель и пресс
останавливается.
Механические прессы, как пра-
вило, отличаются от гидрав-
лических прессов быстроходностью, однако имеют значительно
более сложную систему регулировки рабочей скорости по срав-
нению с системой регулировки рабочих скоростей на гидравли-
ческих прессах. Правда, при холодном прессовании редко воз-
никает необходимость в такой регулировке. Регулировку ско-
рости на небольших прессах можно легко осуществлять при
помощи электродвигателя с бесступенчато регулируемой ско-
ростью пли же через зубчатый редуктор. При выполнении на
механическом прессе операций, требующих нескольких различ-
ных скоростей, следует учитывать изменение величины маховой
энергии, которая изменяется, как квадрат скорости.
Кроме того, на механических прессах постоянно изменяется
скорость перемещения ползуна, возрастая до максимальной ве«
Выбор прессов для холодного выдавливания стальных изделий 461
личины в середине хода и снижаясь до нуля в 'Крайнем нижнем
или верхнем положениях. В прессах новейшей конструкции этот
недостаток устранен. Так, например,фирма «Клиринг мэшин кор-
порейшн» изготовила специализированный механический пресс
усилием 1500 т для выполнения экспериментальных работ
холоднрго прессования стальных изделий в одном из аме-
риканских арсеналов. Пресс имеет регулируемое число ходов
в минуту, и имеется возможность регулирования скорости пол-
зуна во время рабочей операции. В этом прессе имеется также
устройство, обеспечивающее почти постоянную скорость пуан-
сона в процессе операции выдавливания. Кроме того, пресс ос-
нащен , специальным электронным приспособлением, регистри-
рующим скорость перемещения пуансона и величину техноло-
гических усилий на протяжении всей операции выдавливания в
целях последующего изучения зависимости скорости от вели-
чины усилия, необходимого для выполнения различных опера-
ций холодного прессования.
ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ПРЕССЫ
Можно считать, что основное преимущество гидравлических
прессов для холодного выдавливания состоит в том, что на них
можно использовать полное номинальное усилие пресса или
части его равномерно в продолжение всего рабочего хода пол-
зуна. При возможных перегрузках в результате попадания в
штамп одновременно двух заготовок или одной слишком твер-
дой заготовки гидравлические прессы, не имеющие разрушаю-
щихся в таких случаях рычажных передач, либо останавлива-
ются, либо замедляют ход, пока происходит постепенное нара-
щивание давления без повреждения штампов. Размеры насоса
для гидравлического пресса зависят от величины давления, ско-
рости хода и от запланированной производительности. Прессы
оборудуются системой управления, позволяющей легко и быстро
регулировать величину усилия, скорость и величину хода пуан-
сона.
На фиг. И показан образец гидравлического пресса фир-
мы «Гидраулик пресс меньюфекчюринг», изготовленного спе-
циально для холодного прессования стальных изделий. Номи-
нальное усилие пресса 250 т, размер стола 762 X 1219 мм, ве-
личина хода 762 мм.
Производительность гидравлических прессов можно повы-
шать за счет ускорения холостой части хода ползуна пресса
вверх и вниз. Затем, перед самым контактом пуансона, с заго-
товкой скорость ползуна снижается, благодаря чему уменьша-
ется динамический удар по инструменту, В общем гидравли-
462
Глава 15
ческие прессы более выгодны для .выполнения операций выдав-
ливания, требующих больших ходов, и для очень тяжелых работ'
при усилиях порядка 4000 т и больше.
Фиг. 11. Гидравлический пресс для холодного выдавлива-
ния стальных изделий усилием 250 т.
К числу неоспоримых недостатков гидравлических прессов
относится возможная задержка .в движении ползуна при кон-
такте пуансона с заготовкой. Длительность этой задержки
зависит от продолжительности периода наращивания давления
до величины, достаточной для продолжения рабочего хода
вниз. Однако в специальных конструкциях прессов и при точной
инструментальной оснастке можно сделать так, чтобы ползун
пресса приближался к заготовке с такой скоростью, при которой
металл не будет деформироваться до того момента, пока усилие
Выбор прессов для холодного выдавливания стальных изделий 463
не достигнет величины, необходимой для 'полного завершения
всей операции, выдавливания.
Некоторые специалисты полностью .исключают возможность
какого-либо упрочнения в момент небольшой задержки движе-
ния ползуна пресса, утверждая при этом, что в это время сталь
подвергается не пластической, а только упругой деформации.
Однако в этом вопросе все же, пожалуй, более правы техноло-
ги, которые рекомендуют применять даже на механических
прессах гидравлические подушки или какие-либо подобные при-
способления для снижения удара. Дело- в том, что изменяющие-
ся технологические давления, требуемые во- время операции
выдавливания, могут вызвать целую -серию задержек, или «рыв-
ков», в результате которых может произойти механическое уп-
рочнение. На это иногда указывают хорошо заметные полоски
на прессованном изделии, имеющие другие физические ха-
рактеристики структуры металла поверхностного слоя.
В любом случае задержки в движении пуансона на гидрав-
лических прессах нужно устранять либо при помощи мощных
насосов, позволяющих увеличивать скорость перемещения пол-
зуна, либо при помощи аккумуляторов. Другой эффективный,
хотя и более дорогостоящий метод заключается в использова-
нии равного, но противоположно направленного уравновешива-
ющего давления, регулируемого по мере движения ползуна вниз.
К числу возможных недостатков гидравлических прессов
можно также отнести и то, что гидравлические прессы менее
быстроходны и менее экономичны в работе, чем механические.
Правда, этот недостаток оспаривается сторонниками и изгото-
вителями гидравлических прессов, и, пожалуй, в самом деле он
не всегда свойствен новейшим образцам оборудования. Одна-
ко следует все же учитывать, что электродвигатели, требующие-
ся для насосов, как правило, по своей мощности в несколько
раз превышают двигатели, используемые на механических прес-
сах такого же усилия. То-, что гидравлические прессы не боятся
перегрузок, хотя и является их преимуществом с точки зрения
эксплуатационных расходов (так как они не повреждаются),
может оказаться и недостатком, если требуются периодические
кратковременные перегрузки при выполнении трудоемких опера-
ций холодного прессования.
ПРИВОД ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ПРЕССОВ
Для привода мощных быстроходных гидравлических прес-
сов требуется несколько насосов или аккумуляторов. В неко-
торых случаях аккумуляторный привод может вызывать замед-
ление в работе пресса вследствие значительных потерь в тру-
464
Глава 15
бопроводе, по которому проходит рабочая жидкость. Когда
позволяют условия, рекомендуется применять для холодного
прессования прессы с индивидуальным масляным приводом и с
коротким трубопроводом от рабочего цилиндра к насосу. Хотя
для некоторых операций холодного выдавливания в качестве
Фиг. 12. Гидравлический пресс для холодного
выдавливания стальных изделий усилием
1200 т.
рабочей жидкости и применяется вода, для холодного выдавли-
вания лучше применять прессы с масляным приводом. На фиг.
12 показан гидравлический пресс типа Н-Р-М усилием 1200 т.
сконструированный специально для холодного выдавливания.
Пресс этот снабжен выталкивателем усилием 100 т, размеры
стола пресса 1524 X1524 мм, величина хода 1219 мм. Чтобы
обеспечить подачу энергии, достаточную для развития макси-
мального усилия при наибольшей скорости, электродвигатель на-
Выбор прессов для холодного выдавливания стальных изделий 465
coca можно оборудовать маховиком. Такая идея, использован-
ная одной английской фирмой, дала возможность сэкономить
электроэнергию и снизить затраты. Правда, в этом случае воз-
никает необходимость конструировать пресс и маховик специ-
ально для выполнения определенной операции.
Практически возможно сконструировать гидравлический
пресс с весьма точным контролем переключения обратного хо-
да, однако ввиду большой сложности обычно этого не делают.
Так, например, только для того, чтобы быстро рассеять энер-
гию при окончании рабочего хода, потребуется решить сложную
техническую задачу по разработке конструкции клапана. По-
этому обычно регулировка осуществляется при помощи непо-
движных ограничителей хода в виде упорных пальцев или ди-
станционных брусков, располагаемых между верхним и нижним
элементами штампа, которые определяют крайнее нижнее по-
ложение хода ползуна. Кроме того, можно снабжать инстру-
менты ограничителями, рассчитанными на полное усилие, так
чтобы инструмент, дойдя до неподвижной позиции, определяе-
мой заданным давлением, переключал пресс на обратный ход.
НУЖНЫ ЛИ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ ПРЕССЫ
ВМЕСТО СТАНДАРТНЫХ?
Холодное выдавливание стальных изделий, и особенно с не-
большим уменьшением площади поперечного сечения, для ко-
торых требуются небольшие усилия и малая величина хода,
можно успешно выполнять на обычных механических и гидра-
влических прессах, сконструированных первоначально для
вытяжных или каких-либо других операций. Холодное выдавли-
вание выполняется на обычных прессах с усилиями от 45 до
5000 т. Однако для массового рентабельного промышленного
применения процесса холодного выдавливания, и особенно для
выполнения работ, требующих больших ходов и высоких усилий,
крайне желательны прессы специальной конструкции.
Так, например, на гидравлических прессах, сконструиро-
ванных для выполнения обычных операций, электродвигатели
и силовые гидравлические системы обычно рассчитываются на
кратковременное использование максимальных нагрузок, тогда
как для холодного выдавливания стали прессы должны быть
рассчитаны на использование максимальных нагрузок в про-
должение всей операции выдавливания, занимающей, как из-
вестно, более значительную часть рабочего цикла по сравнению
с другими операциями.
Как уже было сказано, чтобы максимальное усилие разви-
валось при любом заданном положении ползуна от крайней
30 Ч. Уик
466
Глава 15
нижней точки хода, на механических прессах для холодного вы-
давливания стальных изделий приходится устанавливать ис-
ключительно мощные электродвигатели, массивные зубчатые
передачи, валы, маховики и муфты, способные обеспечивать
развитие максимального усилия при любых положениях хода
от крайней нижней точки. Так, например, несколько механиче-
ских прессов усилиями по 1500 т, изготовленных фирмами
«Берсон оллстил пресс» и «Клиринг мэшин» специально для
холодного выдавливания стальных изделий, пришлось обору-
довать такими приводными механизмами, которые по своим
габаритам можно использовать на обычных прессах усилием
4500 т.
Вполне достаточная для обычных операций, и в том числе
для глубокой вытяжки, жесткость пресса и точность направ-
ляющих ползуна могут оказаться далеко недостаточными для
операции холодного выдавливания стали, так как малейшая
«игра» в силовых звеньях во время прессования приводит к
порче изделия и, возможно, даже к разрушению частей инст-
румента. При наличии эксцентричной нагрузки к высокой на-
грузке сжатия, уже действующей на пуансон, добавляется на-
пряжение изгиба. Поэтому для обеспечения надежного направ-
ления ползуна длина направляющих на прессах для холодного
выдавливания стальных изделий, как правило, в два-три раза
должна быть больше длины направляющих ползуна на обыч-
ных прессах.
Ползуны и столы этих прессов должны выдерживать высо-
кие сосредоточенные нагрузки при минимальном прогибе. Для
распределения нагрузки необходимы массивные опорные пли-
ты повышенной прочности. Вместо обычной винтовой регули-
ровки ползуна, которая может вызывать задержку в движении
ползуна при контакте пуансона с заготовкой, в некоторых слу-
чаях лучше применять более надежную клиновую регулировку
в штамповой плите.
Для снижения себестоимости изделий, особенно при изго-
товлении большого количества мелких изделий методом холод-
ного выдавливания, пресс обычно оснащается автоматически-
ми устройствами для подачи заготовок и съема готовых изде-
лий. Для операций холодного выдавливания пресс снабжается
автоматической магазинной подачей поворотного типа или же
подачей с возвратно-поступательным движением. На фиг. 13
показано одно такое подающее устройство, состоящее из бун-
кера, подъемника и загрузочного лотка, сконструированное
фирмой «Берсон оллстил пресс», для автоматической подачи
фосфатированных заготовок на пресс для холодного выдавли-
вания.
Фиг. ,13. Автоматическая подача из бунке-
ра hq пресс для холодного выдавливания
фосфатированных заготовок при помощи
подъемника и загрузочного лотка.
Фит. 14. Штамп с возвратно-поступальным движением, в который за-
готовки загружаются автоматически.
468
Глава 15
На фиг. 14 показан штамп для холодного выдавливания с
подачей возвратно-поступательным движением, сконструирован-
ный также фирмой «Версон оллстил пресс». Подающее устрой-
ство с магазином револьверного типа фирмы «Версон оллстил
Фиг. 15. Автоматическое подающее устройство с дисковым
магазином поворотного типа, в которое заготовки загру-
жаются одновременно с передней и с задней сторон
' пресса.
пресс», показанное на фиг. 15, загружает заготовки в штамп
одновременно с передней и задней сторон пресса, причем за
каждый ход пресса выдавливается одновременно два изделия.
Готовые изделия после выдавливания автоматически вы-
талкиваются из матрицы при помощи рычажного приспособле-
ния, действующего от ползуна или кулачка, приводимого в
движение от главного привода. В некоторых случаях можно
выполнять несколько последовательных операций выдавлива-
ния, не снимая заготовки с пресса. Такая возможность пред-
ставляется в том случае, если дополнительную обработку
Выбор прессов для холодного выдавливания стальных изделий 469
можно выполнять без предварительного снятия напряжений, и,
конечно, в зависимости от степени деформации.
К специализированным прессам, сконструированным для
операций холодногоv выдавливания, следует отнести пресс уси-
лием 300 т с нижним двусторонним приводом ползуна* изго-
товленный фирмой «Май прессенбау». Величина хода этого
пресса регулируется в диапазоне 203—330 мм. Пресс работает
на шести скоростях от 20 до 30 ходов в минуту.
В тех случаях, когда в наличии имеются только прессы с
ограниченной величиной усилия, иногда для выполнения первой
или нескольких начальных операций заготовки можно нагревать
с последующей обработкой холодным выдавливанием до точ-
ного размера, обеспечивая этим одновременно повышенную
прочность и качественную отделку. При повышенных темпера-
турах пластическое деформирование стали можно производить
с затратой меньших усилий. Изделия, изготовленные в такой
технологической последовательности, необходимо отжигать для
снятия возможных напряжений, возникающих в результате го-т
ряцей обработки, а затем перед операцией холодного выдавли-
вания полученные полуфабрикаты необходимо протравливать,
фосфатировать и смазывать. ~
ДАВЛЕНИЯ, ТРЕБУЕМЫЕ ПРИ ВЫДАВЛИВАНИИ
Величина давления, необходимого для приведения стали в
состояние пластической деформации, при холодном выдавлива-
нии определенного изделия зависит: 1) от свойств стали, под-
вергаемой холодному выдавливанию, ее микроструктуры, проч-
ности и твердости; 2) от формы изделия; о) конструкции ин-
струмента; 4) качества поверхностного покрытия и смазки, при-
меняемых для данной операции выдавливания, и 5) от скорости
выдавливания.
По одному эмпирическому правилу требуемое усилие для
холодного выдавливания определяется из расчета удельного
давления порядка 17,8—24,8 т!см2 на площадь поперечного
сечения пуансона при обратном выдавливании и в зависимости
от степени уменьшения площади поперечного сечения при пря-;
мом выдавливании. Эта ориентировочная величина требуемого
усилия выдавливания изменяется также в зависимости от
свойств металла и лежит в пределах от 12,5 т!см2 для литого
железа до 28 т)см2 для высоколегированных сталей. Для
сравнения с другими технологическими процессами можно
напомнить, что при операциях глубокой вытяжки требуемые
удельные давления составляют около 4,6 т!см2, при вытяжке с
утонением — около 7,7 т/см2, при волочении проволоки, протяж-
470
Глава 15
ке труб и холодном выдавливании оно составляет примерно
11,6—28 т/см2. Для выдавливания малоуглеродистых сталей
требуемое удельное давление может достигать 19,4 т/см2 и
даже больше.
Для 'начальной стадии выдавливания усилие должно на 30%
превышать усилие, необходимое для поддержания дальнейшего
течения металла. Эта предельная, или пиковая, нагрузка воз-
растает при увеличении скорости контакта пуансона с заготов-
кой. Более высокое усилие, необходимое для начальных стадий
прямого выдавливания, объясняется тем, что, кроме давления,
затрачиваемого на собственно пластическую деформацию ме-
талла, необходимо еще дополнительное усилие на обжатие за-
готовки до полного размера (или для осадки заготовки до
заполнения полости). Пиковое давление развивается в момент
окончания обжатия заготовки до полного размера и начала
выдавливания. В процессе прямого выдавливания усилия, не-
обходимые для деформирования изделия, снижаются вследст-
вие уменьшения трения между матрицей и заготовкой. Степень
этого уменьшения усилия для различных сталей приводится в
табл. 1.
* Таблица 1
Величины удельных давлений при прямом выдавливании различных сталей,
пг/см2.
Степень деформа- ции, % Длина заготовки, мм сюю С1020 | С1040 | А4615 | А5120
начальное конечное начальное конечное начальное конечное начальное конечное начальное конечное
20 165,10 26,51 7,60 25,12 8,68 37,67 24,81 21,86 9,15 31,94 14,26
40 160,28 26,20 17,83 26,57 18,91 28,37 24,50 27,60 21,71 29,77 23,41
60 107,95 21,55 14,88 24,19 18,29 — — 29,61 21,24 28,82 22,48
70 79,25 19,38 15,66 21,86 18,60 — — — — — —
75 66,55 24,19 21,24 —
80 53,85 18,76 17,67 —
СВОЙСТВА МЕТАЛЛА И ВЕЛИЧИНА ДАВЛЕНИЯ
Состав. Хотя считают, что величина давления при выдав-
ливании прямо пропорциональна количеству углерода, содер-
жащегося в стали, однако она зависит также и от содержания
в данной стали легирующих элементов. Для простых углероди-
Выбор прессов для холодного выдавливания стальных изделий 471
стых сталей (AISI 1005—1065) фирма «Янгстаун китченс» раз-
работала специальную номограмму (фиг. 16), по которой мож-
но приближенно определять графически величину давления при
выдавливании стали, содержащей определенные количества
углерода и марганца.
Фиг. 16. Номограмма
для определения ори-
ентировочной величи-
ны давления, необхо-
димого для холодного
выдавливания углеро-
дистых сталей.
Величина требуемого
давления определяется
на прямой линии, сое-
диняющей показатели
процентного содержания
углерода и марганца.
Так, для холодного вы-
давливания СТЯпи со.
держащей 0,08% С В
0,45% Мп, потребуется
давление величиной при-
близительно 122 т!дюйм 2.
1 т/дюйм2 — 0,16 т/см2.
Твердость. Для получения оптимальных результатов при
холодном выдавливании стали твердость заготовок не должна
превышать 60 RB. В тех случаях, когда применяется материал
более твердый, необходимо соответственно снижать степень
деформации.
Прочность. Чем выше прочность металла, деформируемого
в холодном состоянии, тем выше давление, необходимое для
холодного выдавливания. Фактически усилие прессования воз-
472
Глава 15
растает почти прямо пропорционально повышению предела
прочности при растяжении. Так, например, при выдавливании
изделий из малоуглеродистой стали при степени деформации
Фиг. 17. Экспериментальные данные, показы-
вающие диапазон величин степеней деформаций
(жирная линия), обычно применяемых при хо-
лодной обработке различных сталей.
65% и величине угла в матрице 126° необходимое усилие вы-
давливания будет приблизительно в 5,1 раза выше предела те-
кучести и в 3,1 раза выше предела прочности при растяжении.
Для более твердых сталей это соотношение будет увеличи-
ваться.
Давление при выдавливании зависит также от предела те-
кучести стали до и после прессования. При малых сопротивле-
ниях пластической деформации и малых скоростях выдавли-
вания величину необходимого давления можно определять на
Выбор прессов для холодного выдавливания стальных изделий 473
основе предела текучести стали после механического упрочне-
ния. Вместе с тем при высоких скоростях выдавливания ввиду
сопротивления пластической деформации величина необходимо-
го давления может в три раза превышать предел текучести
деформируемой стали.
Микроструктура. Казалось бы, что для данного состава стали
можно рассчитывать, что сфероидальные карбидные части-
цы потребуют наименьших усилий выдавливания. Однако
процесс сфероидизации подчас бывает слишком дорогим и к
тому же такая структура не обеспечивает наилучшего сочета-
ния прочности и вязкости для готовых изделий. Поэтому изде-
лия из стали с высоким содержанием углерода, не требующие
после выдавливания никаких дополнительных обработок, дол-
-жны подвергаться такой первоначальной термической обработ-
ке, в результате которой не повышалась бы величина требуе-
мого давления и в то же время обеспечивались необходимые
конечные физические свойства изделий.
При наличии карбидных частиц определенного размера наи-
лучшие свойства для выдавливания обеспечиваются в том слу-
чае, если карбиды распределены равномерно. Полосчатые струк-
туры и местные включения карбидов вредны. Идеальным метал-
лом для холодного выдавливания является металл, не содержа-
щий неметаллических включений и не имеющий направленности
в структуре. Лучше всего отвечает условиям процесса холодного
выдавливания металл мелкозернистой однородной структуры со
сфероидальными карбидными частицами, размер которых не
превышает размеров зерна, указанных в стандартах ASTM
Е19—39Т, диаграмма № 5.
СТЕПЕНЬ ДЕФОРМАЦИИ И СОПРОТИВЛЕНИЕ
ДЕФОРМИРОВАНИЮ
Степень деформации при выдавливании можно выразить не-
сколькими способами. Пусть F — первоначальная площадь по-
перечного сечения заготовки, a f—площадь поперечного сече-
ния выдавленного изделия, тогда
---коэффициент вытяжки,
Р_f
——-— степень деформации,
или
Р
In ----истинная деформация.
474
Глава 15
Из этих трех выражений наиболее часто употребляется коэф-
фициент вытяжки.
Максимальная возможная степень деформации за одну опе-
рацию выдавливания зависит от прочности инструмента (как
правило, от прочности пуансона). При степени деформации,
составляющей 60%, среднее давление, приходящееся на пуан^
сон, изменяется в пределах от 15,5 т!см2 при выдавливании
стали марки 1010 и примерно до 27,1 т/см2 для стали 5120.
При степени деформации 80% и больше величина давления на
пуансон приближается к пределу прочности при растяжении
материала пуансона. Поэтому, как уже отмечалось в гл. 14,
марка инструментальной стали и термообработка ее приобре-
тают в связи с этим исключительное значение.
Фирма «Блисс» разработала специальный эксперименталь-
ный график (фиг. 17), показывающий экономически рентабель-
ный диапазон холодной обработки для различных сортов стали.
Жирные линии на графике характеризуют диапазон обработки
давлением в холодном состоянии.
При выдавливании цилиндрических стержней из круглых
заготовок Зибер приводит следующую формулу для определе-
ния усилия прессования:
P = XXln-^, (1)
где Р — давление выдавливания; К — сопротивление дефор-
мированию.
Другими словами, давление прессования возрастает почти
пропорционально уменьшению площади поперечного сечения.
Вместе с тем сопротивление деформированию не является
постоянным свойством определенного металла и зависит от тем-
пературы и скорости выдавливания. В результате механического
упрочнения в процессе холодного выдавливания сопротивление
деформированию может быстро возрастать.
На практике величина потребного давления при выдавлива-
нии всегда превышает расчетные величины вследствие наличия
внутренних потерь и трения между металлом и инструментами.
Экспериментальные работы, проведенные с применением различ-
ных штампов, показали, что давления прессования, как правило,
превышают расчетные на 45% и более. Поэтому будет более
правильным представить формулу (1) в виде
Р = С X X X 1п-^ , (2)
где С — постоянная, зависящая от конструкции штампа (для
штампа с плоской рабочей поверхностью она — 1,5).
Выбор прессов для холодного выдавливания стальных изделий 475
На основе большого числа испытаний Пессл и Гаутманн
предложили эмпирическую формулу:
Р = (В — 10) х 0,054X3, (3)
Р_f
где В — степень деформации в % X 100) и S’— предел проч-
ности стали при растяжении.
Вместе с тем было установлено, что взаимозависимость меж-
ду степенью деформации и фактическим давлением прессова-
ния не обязательно бывает одинаковой при различных условиях
выдавливания. Кроме того, при степени деформации, превышаю-
щей 65—85%, давление прессования быстро возрастает.
ВЛИЯНИЕ КОНСТРУКЦИИ ШТАМПА И ПОВЕРХНОСТНОГО
ПОКРЫТИЯ НА ВЕЛИЧИНУ ДАВЛЕНИЯ ПРИ ВЫДАВЛИВАНИИ
Величина потребного давления при холодном выдавливании
зависит от площади поперечного сечения пуансона и площади
сечения, образующейся между пуансоном и матрицей, а также
Таблица 2
Влияние состояния поверхности на величину давления деформирования
(Прямое выдавливание)
В Состояние поверхности Степень деформа- ции, °/о Удельное давле- ние, кг!мм2 Замечания
Без покрытия 20 208,112 Сильное налипание
Всеобразцы
Фосфатированное . . . .
тонкое ...... 20 189,876 —
толстое 20 135,694 —
Без покрытия 40 163,160 Сильное налипание
Все образцы
Фосфатированное . .
тонкое . < 40 151,910 —
толстое 40 146,286 —
Без покрытия 60 Безуспешно
Фосфатированное . . . .
' тонкое . . 60 147 Налипание
: толстое 60 139,210 Все образцы
Без покрытия 85 — Безуспешно
Фосфатированное . . . .
тонкое . 85 — Безуспешно
толстое 85 182,801 —
476
Глава 15
от величины поверхности трения инструмента при контакте с
заготовкой.
Как уже говорилось в гл. 14, небольшие углы на матрице
требуют наименьших усилий выдавливания и способствуют бла-
гоприятному течению волокна. Но инструмент при этом подвер-
гается высоким радиальным напряжениям, что заставляет кон-
структора искать в данном случае компромиссное решение.
В табл. 2 приведена зависимость величины давления прессова-
ния от состояния поверхности заготовки при различных степе-
нях деформации.
ВЛИЯНИЕ СКОРОСТИ ВЫДАВЛИВАНИЯ
Для повышения производительности и уменьшения давления
прессования необходимы высокие скорости выдавливания. Такое
снижение давлений прессования происходит особенно эффек-
тивно при выполнении операций, требующих значительных
деформаций. Так, например, при выполнении одной операции
при больших скоростях выдавливания и при степени деформа-
ции 90% величина необходимого давления прессования соста-
вила всего только 2/з от величины давления прессования при
низкой скорости выдавливания. В то же время для выполнения
операций с небольшой степенью деформации, но при большой
скорости деформирования могут потребоваться более низкие
давления прессования. Это может произойти в результате умень-
шения трения между выдавливаемым металлом и матрицей,
или, более точно, вследствие того, что тепло, образующееся
при быстром деформировании, не успевает рассеиваться, что
способствует течению металла.
Реакция стали на скорость деформирования при холодном
выдавливании зависит непосредственно от способности стали к
.механическому упрочнению. Процесс упрочнения стали при хо-
лодном выдавливании усложняется так называемым деформа-
ционным старением, в результате которого дополнительно повы-
шается твердость стали, упрочняющейся с течением времени.
Хотя «деформационное старение» и зависит от времени, но про-
исходит весьма быстро и может иметь место даже в процессе
выдавливания с не очень высокой скоростью.
При слишком низкой скорости выдавливания увеличивается
возможность задержки в движении пуансона в момент контакта
пуансона с заготовкой. При более низких скоростях выдавли-
вания металлу остается больше времени для изменения направ-
ления и на более плотное обтекание скругленного угла калиб-
рующего пояска пуансона. Так как здесь пленка смазки бывает
обычно тоньше, может произойти значительное увеличение на-
Выбор прессов для холодного выдавливания стальных изделий 477
грузки трения. При более высоких скоростях выдавливания
металл стремится обтекать радиус контакта, в результате чего
уменьшается возможность задира и приваривания металла к
металлу.
Максимальная скорость контакта при ударе обычно сни-
жается до 38 см/сек, тогда как обычно при выдавливании при-
меняются скорости порядка 13—£8 см!сек и более в зависимости
от легирующих элементов, содержащихся в стали, подвергаю-
щейся выдавливанию, от толщины и формы заготовки, а также
от требуемой степени уменьшения площади поперечного сече-
ния. Скорость контакта, конечно, отличается от рабочей скоро-
сти и от скорости выхода изделия из штампа. Так, скорость
контакта 25,5 см)сек, соответствует средней скорости выдавли-
вания примерно 13 см/сек, тогда как скорость выхода изделия
из штампа достигает примерно 51 см1сек, причем скорость бу-
дет возрастать пропорционально уменьшению площади попереч-
ного сечения.
Изменение скорости выдавливания не отражается на механи-
ческих свойствах выдавленных изделий. В данном случае наи-
более важным фактором, который следует учитывать, является
продолжительность срока службы инструмента, поэтому опти-
мальной скоростью выдавливания будет такая скорость, которая
обеспечивает максимальную производительность в единицу вре-
мени с учетом стоимости инструментальной оснастки на каждое
изделие, изготовленное холодным выдавливанием.
ГЛАВА 16
ВЗРЫВНЫЕ И ДРУГИЕ ИМПУЛЬСНЫЕ
МЕТОДЫ ШТАМПОВКИ
Сравнительно новый и пока еще мало исследованный метод
пластического деформирования металла давлением с помощью
импульсных нагрузок получил название импульсной, или взрыв-
ной, штамповки. Этот метод состоит в использовании преиму-
ществ, даваемых чрезвычайно быстрым, силовым воздействием
энергии взрывчатых веществ. Быстро, почти одновременно воз-
действующие ударные волны и давление газов, образующихся
при детонации бризантных или горении метательных взрывча-
тых веществ, обладают достаточной силой для деформирования
и придания постоянной формы металлу, на который они воз-
действуют. При этом переход металла из упругого состояния
в пластическое совершается в тысячные, а в некоторых случаях
даже в миллионные доли секунды, за которые он успевает при-
нять требуемую форму. Этот процесс применяется в авиацион-
ной промышленности для штамповки деталей из сверхпрочных
и жаропрочных металлов, которые в настоящее время широко
используются для изготовления частей самолетов и реактивных
снарядов современных конструкций.
Заряд взрывчатого вещества в этом, случае можно рассмат-
ривать как компактный и экономичный источник колоссальной
энергии, способной производить огромную работу. При детона-
ции взрывчатого вещества в непосредственном контакте с по-
верхностью металла на металл действуют давления порядка
280 000 кг/сж2 в зависимости от типа взрывчатого вещества и
физических свойств обрабатываемого металла. Величину давле-
ний при этом можно уменьшать, путем удаления заряда на опре-
деленное расстояние от обрабатываемой заготовки и примене-
ния для передачи энергии взрыва промежуточной среды (обыч-
но воздуха или воды). В этих случаях давление, оказываемое
на обрабатываемое изделие, достигает величины от нескольких
сот до нескольких десятков тысяч атмосфер и зависит от типа,
количества и формы взрывчатого вещества, от расстояния между
взрывчатым веществом и заготовкой, от типа промежуточной
среды, передающей энергию взрыва, и от эффективности прост-
ранственного ограничения давления, возникающего при дето-
нации.
Взрывные и другие импульсные методы штамповки 479
Технические возможности процесса обработки металлов
энергией взрыва пока еще сравнительно мало известны, и при-
менение импульсных методов обработки металлов в основном
находится в стадии эксперимента. Чтобы полностью оценить
все потенциальные возможности этого нового технологического
процесса, потребуется произвести фундаментальные исследова-
ния с целью получения более подробных технических данных,
которые могли бы использовать инженеры-конструкторы в прак-
тических целях. Так, например, предстоит еще определить пре-
дельные степени деформации различных металлов, обрабаты-
ваемых этим методом, а также оптимальные скорости деформи-
рования для определенных материалов. Пока >еще вместо хо-
рошо обоснованных теорий и проверенных данных имеются
только данные, полученные в большинстве своем в результате
как успешных, так и неудачных экспериментальных работ.
Кроме того, по соображениям сохранения фирменных секретов
многие технические данные не всегда доступны для широкого
круга специалистов. И все же успешное применение импульс-
ных процессов для изготовления довольно большого числа
разнообразных изделий свидетельствует о том, что этот техно-
логический метод является идеальным при мелкосерийном про-
изводстве изделий необычной формы и больших габаритов,
которые нельзя экономично изготовить при помощи каких-либо
других методов. Взрывной процесс особенно ценен при штам-
повке материалов, которые с трудом поддаются обработке
обычными методами, а также для крупногабаритных ’изделий,
которые слишком громоздки для обработки на имеющемся обо-
рудовании. Импульсными методами обрабатывались мате-
риалы с пределом прочности при растяжении 211 кГ/мм2 (после
термообработки).
ПЛАСТИЧНОСТЬ И УПРУГАЯ ОТДАЧА
Результаты многочисленных исследований, проведенных с
различными материалами, вопреки некоторым утверждениям
показали, что при повышенных скоростях приложения растяги-
вающих усилий и давлений в процессе взрывной штамповки
пластичность не увеличивается. В действительности же при по-
вышении скорости приложения растягивающего усилия плас-
тичность некоторых материалов даже уменьшается. Как пока-
зали испытания, проведенные фирмой «Локхид эйркрафт кор-
порейшн», полусферические крышки, изготовленныее взрывной
штамповкой, по пластичности, глубине вытяжки и точности
формы уступают таким же крышкам, изготовленным на обыч-
ных штамповочных прессах двойного действия. Это указы-
480
Глава 16
вает на то, что процесс взрывного формообразования не сов-
сем пригоден для изготовления изделий, требующих глубокой
вытяжки.
Вопреки другим опубликованным в печати утверждениям
упругая отдача материала не всегда устраняется в результате
импульсного приложения растягивающего усилия при взрывной
штамповке, по крайней мере не для всех материалов и не всех
технологических условий деформирования. По-видимому, про-
цесс взрывной штамповки целесообразнее всего применять пре-
имущественно для операций, при которых главными деформа-
циями являются деформации растяжения при незначительных
деформациях сжатия.
ПРЕИМУЩЕСТВА И НЕДОСТАТКИ
ИМПУЛЬСНОЙ ШТАМПОВКИ
Значительное экономическое преимущество обработки метал-
лов импульсными методами заключается в том, что для этого
процесса не требуются дорогостоящие прессы. Так, например,
одна операция взрывной шамповки (фасонной раздачи) труб-
чатых заготовок выполняется за время, составляющее только 8%
от времени, затрачивавшегося ранее на выполнение такой же
операции обычными методами, а стоимость инструментальной
оснастки для этой операции составляет всего 19% прежней
стоимости инструмента. Дополнительная экономия получается
также за счет того, что при взрывной обработке вместо ком-
плектного штампа используется только одна матрица, которая
к тому же не всегда нужна. Правда, эта экономия несколько
уменьшается, так как появляются дополнительные расходы на
оплату рабочих по более высоким тарифным ставкам и на
оплату дополнительных вспомогательных операций. Поэтому
процесс взрывной штамповки пока еще не может заменить ме-
ханизированные технологические процессы поточной обработки.
Взрывная штамповка нагретых металлических заготовок
открывает широкие перспективы для пластического деформиро-
вания таких металлов, как бериллий, имеющих малый темпера-
турный интервал ковки, так как при взрывной штамповке
матрица не соприкасается с обрабатываемой заготовкой до того
момента, пока заготовка не примет окончательную форму
изделия. После этого скорость формоизменения все еще выше
скорости распространения тепла, поэтому температура обраба-
тываемого, изделия заметно не меняется до тех пор, пока изде-
лие не приобретет окончательной требуемой конфигурации.
Обычно детонирующее взрывчатое вещество не рекомен-
дуется помещать вплотную к сварным швам, однако хорошо
Взрывные и другие импульсные методы штамповки 481
обработанные швы не теряют своей прочности при взрывной
штамповке и, видимо, не повреждаются при быстром растяже-
нии металла. В действительности отмечается, что обработка дав-
лением зоны сварки в некотором роде даже полезна. При
взрывной штамповке металл подвергается интенсивному дефор-
мированию в различных направлениях при меньшей возможно-
сти разрыва, чем при обычных методах пластического деформи-
рования. Так как при этом на заготовках точно воспроизводятся
все характерные особенности матрицы, повышается точность
размеров изделия.
Взрывную штамповку можно выполнять при значительно
меньшем шуме, поскольку сила шума зависит от величины за-
ряда и вида оснастки (открытая или закрытая). Как утвер-
ждают специалисты, шум от взрыва будет не больше, чем от
выстрела из винтовки, снабженной глушителем, если приме-
няется оборудование соответствующей конструкции, а заряды
составляют от десятых грамма до нескольких граммов. Взрыв-
ная штамповка мощными зарядами взрывчатых веществ дето-
нирующего типа обычно производится в отдаленных местностях
ввиду большого шума и сотрясений. Хотя опасность взрывной
штамповки, быть может, несколько и преувеличивают, тем не
менее при ее осуществлении следует соблюдать все меры пре-
досторожности и поручать ее проведение людям опытным, хо-
рошо знающим свойства взрывчатых веществ. Как известно,
взрывчатые вещества требуют особенно осторожного обращения,
и малейшее нарушение техники безопасности может привести
к несчастным случаям.
Само собой разумеется, что использование взрывчатых ве-
ществ для обработки металлов сопряжено с целым рядом труд-
ностей, связанных с хранением и применением взрывчатых
веществ.
МЕТОДЫ ВЗРЫВНОЙ ШТАМПОВКИ
Взрывную штамповку металлов можно производить в зави-
симости от конфигурации полости, в которой детонирует заряд,
при помощи ударной волны и давления газа или же комбини-
рованным воздействием этих двух сил. В основном применяются
два метода взрывной штамповки: штамповка металла при по-
мощи давления газов взрывчатых веществ «малой энергии»
(быстро горящих или метательных взрывчатых веществ) и удар-
ная штамповка бризантными взрывчатыми веществами «высо-
кой энергии». Штамповка под действием давления газов, обра-
зующихся при взрыве, производится в закрытой системе, обес-
печивающей пространственное ограничение, необходимое для
31 Ч. Уик
482
Глава 16
Фиг. 2. Отражатель направляет
ударную волну и давление газа, об-
разующиеся при взрыве, на обраба-
тываемую заготовку.
Фиг. 1. При детонации листового
взрывчатого вещества, находя-
щегося в контакте с обрабатываемой
заготовкой, происходит формоизмене-
ние металла по контуру матрицы.
сгорания метательного взрывчатого вещества и для наиболее
эффективного использования давления, возникающего в ре-
зультате сгорания этого вещества. Штамповку ударной волной
можно производить также в закрытых системах, однако обыч-
но ударное формообразование металлов выполняется и (особен-
но при изготовлении крупногабаритных изделий) в системах
полузакрытых. Давление при этом осуществляется непосредст-
венно, через передаточную среду (вода или масло) или же при
помощи поршня. Если по технологическим условиям заготовка
должна соприкасаться с нижней поверхностью полости матри-
цы, то из пространства между заготовкой и контактной поверх-
ностью матрицы до операции штамповки удаляется воздух,
благодаря чему устраняется возможное повреждение поверх-
ности изделия за счет повышения температуры в результате
сжатия скопившегося воздуха. При использовании порохов, и в
частности черного пороха, можно регулировать давление таким
образом, что оно медленно будет нарастать вначале и дости-
гать пикового значения в конце цикла или наоборот — пиковое
давление будет в самом начале, а также в любой момент цикла.
При этом время можно контролировать с точностью от не-
скольких миллисекунд до нескольких сотых долей секунды.
Взрывчатые вещества «высокой энергии» обеспечивают пико-
вые давления неизменно в самом начале цикла. Время контро-
лируется обычно в пределах микросекунд, хотя общая продол-
жительность действия нагрузки может составлять миллисе-
кунды.
Взрывные и другие импульсные методы штамповки
483
На фиг. 1 показан пример штамповки взрывной ударной
волной1). Здесь взрывчатое вещество в виде пластинки наклады-
вается сверху листовой заготовки, лежащей на матрице. Когда
взрывчатое вещество помещается непосредственно на обраба-
тываемую заготовку, то при взрыве мгновенно возникают
исключительно высокие напряжения при неустановившемся
силовом воздействии, производящем требуемую пластическую
деформацию. Такой метод штамповки металла, как показала
практика, оказался малоэффективным ввиду того, что при этом,
как правило, образуются складки и происходит растрескивание
с отслаиванием. Кроме того, имеющая место весьма эффектив-
ная упругая отдача после деформирования может вызвать раз-
дробление металла. Поэтому между зарядом и обрабатывае-
мым металлом должна быть передающая среда.
На фиг. 2 показана взрывная штамповка комбинированным
методом с использованием ударной волны и давления газов,
разработанным фирмой «Локхид эйркрафт корпорейшн». Для
направления на заготовку удара и давления здесь применяется
заряд сферической формы и параболический отражатель. Отра-
жатель такого типа особенно эффективен при взрывной штам-
повке в воздушной среде. Давление регулируется по времени
путем изменения расстояния от заряда до обрабатываемой за-
готовки (называемого «дистанцией установки»), изменением
размера и формы заряда, а также при помощи передающих сред.
При этом инертные среды увеличивают периоды действия на-
грузки или продолжительность пульсации.
На фиг. 3 показан другой метод непосредственной взрывной
штамповки. В этом случае крышка штампа и фасрнная матрица
закрепляются в закрытом положении на прессе для полной изо-
ляции взрыва от окружающего пространства. Штампы такого
закрытого типа могут быть опасными, и их можно применять
только для изготовления небольших изделий. В штампе другого
типа фирма «Локхид эйркрафт корпорейшн» изготовляет крыш-
ки диаметром 50,8 и глубиной 25,4 мм из дисков из нержавею-
щей стали марки 18/8 и отожженного сплава васкоджет 1000.
Штамп, показанный на фиг. 4, сконструирован специально
для применения в качестве взрывчатого вещества обычных па-
тронов с ружейным порохом. Применение патронов более без-
опасно и не требует особых предохранительных мер, необходи-
мых при использовании взрывчатых веществ высокой энергии.
!) Фиг. 4—4, 6—9 взяты из.отчетного доклада фирмы «Винчестер-вестерн»
для фирмы «Локхид эйркрафт корпорейшн», освещающего первую фазу
работы, выполняемой по контракту с ВВС США под грифом А 33 (600)
35 543 и заключающейся в исследовании высокоэнергетического метода ме-
таллообработки.
31*
Фиг. 3. Крышка матрицы и матрица в собран-
ном виде закрепляются на гидравлическом прессе
вместе с взрывным снаряжением.
Ф и г. 4. В таком штампе для взрывной штам-
повки давление передается маслу, содержаще-
муся в резиновой диафрагме.
Взрывные и другие импульсные методы штамповки 485
Давление расширяющегося газа, возникающее при взрыве пат-
рона, передается маслу, заключенному в резиновой диафрагме.
Наполненная маслом диафрагма в свою очередь передает дав-
ление заготовке, заставляя ее принимать форму матрицы.
Матрица -снабжена вакуумной системой, благодаря которой
устраняется возможность образования воздушных карманов,
замедляющих процесс штамповки.
Фиг. 5. Изготовление взрывным методом в
водной среде, передающей давление, вентиля-
торных ступиц из нержавеющей стали .и мо-
пель-металла.
В качестве сред, применяемых для передачи энергии взрыва
на металл, кроме масла и воздуха, используются вода, пласт-
масса и тальк. Кроме того, среда, передающая давление, амор-
тизирует удар и заглушает шум, благодаря чему снижается со-
трясение воздуха и грунта. Давления в гидрометаллических
взрывных системах не велики по сравнению с давлениями в ме-
таллических взрывных системах и обычно не превышают
нескольких десятков тысяч атмосфер. Для штамповки одного
и того же изделия в водной среде требуется меньше взрывча-
того вещества, чем в воздушной.
При испытаниях, проведенных на предприятии фирмы «Лок-
хид эйркрафт корпорейшн», было установлено1, что полусфери-
ческие крышки, изготовленные открытым взрывным способом
с воздушной передаточной средой, имели полусферическую фор-
му с заметно выраженным конусообразным приливом у верши-
ны. После того как воздушная передаточная среда была заме-
нена водой, крышки принимали более правильную коническую
Полиэтиленовый
мешок с водой
Фиг. 6. Оснастка для вытяжки заготовки
вниз сквозь кольцевую матрицу.
трубчатых заготовок по контуру матрицы.
Здесь вместо взрывчатого заряда применяется
обычный ружейный патрон.
Взрывные и другие импульсные методы штамповки
487
форму без конусообразного прилива у вершины. Но при штам-
повке с водой у крышек образовывалось большее количество
складок на фланцах.
Другой метод взрывной штамповки с водной передаточной
средой показан на фиг. 5. Такая технология применяется фир-
мой «Мур компани» для изготовления из нержавеющей стали и
сплава монель ступиц воздуходувок для охладительных башен.
Штамп или форма многослойной конструкции состоит из стопы
колец из малоуглеродистой -стали, в которые запрессованы вго-
рячую стальные кольца, хорошо работающие на истирание.
Конфигурация внутренней полости, образованная в стопе этих
колец, соответствует форме изготовляемого изделия. Заготовки
цилиндрической формы, сваренные из сплава монель или из
листовой нержавеющей стали, вкладываются в штамп и частич-
но заполняются водой. Затем в центре (примерно на уровне
воды) подвешивается взрывчатое вещество и штамп закры-
вается сверху крышкой. Воздух, находящийся в пространстве
между штампом и заготовкой, предварительно удаляется. При
детонации взрывчатого вещества цилиндрическая заготовка
принимает бочкообразную форму, показанную на фиг. 5 справа.
Раньше при изготовлении таких изделий более дорогостоящим
методом выдавливания готовые ступицы зачищались и подвер-
гались отжигу. При изготовлении этого изделия взрывным мето-
дом обе эти операции устраняются. Метод взрывной штамповки
применяется преимущественно в авиационной промышленности
для изготовления конусов, цилиндров, баков и других изделий
подобного типа и, по-видимому, считается пока одним из наибо-
лее эффективных.
Фирма «Конвэр» применяет метод взрывной штамповки с
водой для дублирования почти всех производственных опера-
ций, выполняемых на падающих молотах, штамповочных, ги-
бочных и растяжных прессах. К таким операциям относятся
растяжка, местное утолщение листового металла, гибка, срезка,
прошивка, гофрирование, запрессовка и сращивание. При этом
отмечается, что в жидкостях давление взрыва распределяется
более равномерно-.
На фиг. 6 показана еще одна простая установка для взрыв-
ной штамповки с водой. Здесь вода содержится в полиэтиле-
новом мешке, помещенном в фиксирующий цилиндр с крышкой.
При детонации заряда заготовка продавливается вниз через
кольцевую матрицу. Величина заряда, применяемого в такой
установке, зависит от веса крышки.
Взрывная фасонная раздача трубчатых изделий непосредст-
венным давлением расширяющихся газов производится в про-
стом штампе (фиг. 7), в котором вместо взрывчатого вещества
Патрон
Фиг. 8. Фасонная рдздача заготовки за
счет взрыва патрона, в результате которого
поршень разгоняется вниз и давление, пе-
редаваемое через жидкость, действует на
заготовку.
Патрон
ZZZZZZZZ/A
Фиг. 9. Резина, запрессованная в торец порш-
ня, разгоняемого энергией взрыва, формирует
заготовку по контуру матрицы.
Фиг. 10. Оснастка для взрывного формообра-
зования наружной выпуклости на цилиндри-
ческой трубе.
Фиг. И. Оснастка для взрывной фасонной
раздачи трубчатых заготовок с передачей дав'
ления через гидравлическую среду.
490
Глава 16
используется обычный патрон, заряженный порохо-м. Такая же
операция фасонной раздачи выполняется в штампе, показанном
на фиг. 8. В этом штампе в результате ударной волны и давле-
ния газов, образующихся при взрыве патрона, поршень начи-
нает давить на жидкость, которая и раздает трубу изнутри по
контуру матрицы.
На фиг. 9 показан другой метод использования поршня,
движущегося за счет энергии взрыва. На нижнем торце поршня,
штампующего, металлическую заготовку по конфигурации ниж-
ней матрицы, устанавливаемой на штамповой плите, запрессо-
ван слой резины. Этот метод в принципе подобен методу штам-
повки падающим молотом, только в данном случае, при более
высокой скорости разгона поршня, на обрабатываемый металл
передается значительно более мощный импульс, или удар. Для
этой системы хорошие результаты дает резина, если она обес-
печивает деформацию достаточной степени. Изделие получается
с минимальным количеством складок, и снижается его упругая
отдача.
На фиг. 10 показана установка для взрывной штамповки
конусного отверстия в стенке цилиндрической трубы. Внутрен-
няя оправка с зарядом центрируется с наружными матрицами
и закрывается. При детонации давление от взрыва заряда, на-
правленное на заготовку, раздает стенку трубы, образуя тре-
буемый раструб. Точно такое же в основном устройство можно
очень просто приспособить для различной фасонной раздачи
трубчатых заготовок. Еще один образец установки для взрыв-
ной фасонной раздачи трубчатых деталей с водой в качестве
передаточной среды показан на фиг. 11.
ИСПЫТАТЕЛЬНЫЙ СТЕНД ДЛЯ ИМПУЛЬСНОЙ
ШТАМПОВКИ
Устройство, показанное на фиг. 12, рассчитано и сконцентри-
ровано фирмой «Конвэр» специально для испытания импульс-
ной штамповки. Это- экспериментальное устройство состоит в
основном из обоймы, в которую запрессована резина, подвиж-
ной опорной плиты, ударного поршня и цилиндра. Источником
энергии служит пороховой заряд обычного ружейного патрона
12 калибра. Казенная часть с боевым механизмом закрепляется
в верхней части устройства и закрывает камеру сгорания, в ко-
торую вставляется пороховой заряд. Величина давления и ско-
рость движения ударного поршня регулируются изменением раз-
мера камеры сгорания при помощи регулировочного механизма,
встроенного на каждой стороне подвижной опорной плиты.
Вблизи крайней нижней точки хода поршня расширяющиеся по-
роховые газы удаляются через отверстие в стенке цилиндра.
2
Фиг. 12. Экспериментальный инструмент фирмы
«Конвэр», поршень которого разгоняется энергией
взрыва ружейного патрона il2 калибра.
1 — рукоятка казенника; 2 — пусковое приспособление;
3 — боек; 4 — ружейный патрон; 5 — камера сгорания;
6 — поршень; 7 — поршневое кольцо; 8 — выхлопное от-
верстие; 9 — плита ползуна; 10 — резина; 11 — направля-
ющая; 12 — матрица.
492
Глава 16
Эта экспериментальная установка применяется для штампов-
ки изделий из алюминиевых сплавов и нержавеющей стали,
которые в этом случае получаются более качественными и с ме-
нее морщинистыми фланцами, чем такие же изделия, изготов-
ляемые на больших падающих молотах или на штампующих
резиной прессах усилием 4500 т. Испытания производились с
пороховыми зарядами весом от 1,2 до 9,7 г, которые, как было
подсчитано, развивали давление порядка 2100—3500 кг!см2.
Фиг. 13. Взрывное выдавливание с передачей усилия на заготовку че-
рез поршень (слева) и непосредственное действие энергией взрыва на
заготовку (справа).
Процессом взрывного формообразования выполняются опе-
рации гибки, штамповки, выдавливания, прессования, раздачи,
правки, запрессовки, осадки и вытяжки без утонения. Терми-
чески обработанная листовая заготовка из сплава на основе
титана подвергается взрывной гибке до радиуса не больше
толщины листа. При этом степень упругой отдачи снижается
с 60° при обычной гибке до 5°. Этим методом прессуют изделия
из различных порошковых металлов. Взрывная запрессовка с
успехом применяется для соединения концевых свинцовых муфт
с кабелем, что осуществляется вдавливанием металла внутрь
по контуру кабеля. Намечаются широкие перспективы для при-
менения взрывной правки корюбоватых металлических листов
(если испытания окажутся успешными) в производстве, постав-
ляющем листовую наружную обшивку из нержавеющей стали
для покрытия решетчатых конструкций, используемых в карка-
сах самолетов. В данном случае плоскостность необходима для
обеспечения высокой прочности стыков, соединенных твердым
припоем.
Осваиваются два метода применения энергии взрывчатых ве-
ществ для процесса выдавливания: выдавливание с примене-
нием ударного поршня и выдавливание непосредственно удар-
ной волной и давлением расширяющихся газов. Оба эти метода
Взрывные и другие импульсные методы штамповки
493
представлены схематически на фиг. 13. Возможности процесса
выдавливания при помощи ударного поршня определяются спо-
собностью поршня выдерживать рабочие давления при ударе,
т. е. его прочностью. Одна из основных пока еще не решенных
полностью проблем, замедляющих дальнейшее освоение про-
цесса взрывного выдавливания, заключается в разработке ме-
тода торможения выдавленного изделия при выходе из штампа.
Как известно, выдавливаемое взрывным методом изделие пред-
ставляет собой обычно небольшой стержень тонкого сечения,
движущийся с большой скоростью, и эффективно затормозить
это движение, не разрушив при этом изделие, довольно слож-
но. Один из разрабатываемых сейчас методов торможения за-
ключается в том, чтобы давление на заготовку прекратить до
определенного момента окончания ее полного выдавливания.
В таком случае благодаря соответствующей регулировке за-
готовка будет выдавливаться полностью в штампе уже только
силой инерции, при этом ее движение при выходе из штампа
замедляется.
ДРУГИЕ ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ЭНЕРГИИ ВЗРЫВА
Хотя данная глава и отводится целиком описанию взрывной
штамповки металлов, тем не менее необходимо хотя бы кратко
перечислить области применения энергии взрыва не только для
взрывной штамповки изделий, но и в других отраслях промыш-
ленности. Так, например, взрывчатые вещества нашли промыш-
ленное применение во взрывных заклепках, болтах и шпильках,
которые широко использовались еще во время второй мировой
войны.
Взрывные заклепки вставляются в металл с помощью спе-
циального клепального утюга, который, нагревая головку за-
клепки примерно до 150°С, вызывает детонацию взрывчатого
вещества (обычно свинцового азид-тетразена), заключенного в
полости стержня заклепки. При взрыве стержень расширяется,
образуя плотный стык между двумя или несколькими деталями.
Взрывные болты и другие детали подобного типа изготов-
ляются в виде внезапно разламывающихся надвое и в опреде-
ленное время высвобождающих конструктивный узел, в котором
они применяются. Осуществляется это при помощи взрыва не-
большого заряда, заложенного в утоненную часть стержня
болта.
Применяются такие патроны и в инструментах приспособле-
ний для быстрой постановки шпилек. Фактически такое приспо-
собление представляет собой пистолет с зарядами 22 или 25 ка-
либра, используемый для постановки в металлические или другие
494
Глава 16
какие-либо материалы шпилек и других крепежных деталей.
Глубину внедрения при этом можно регулировать путем
дозировки количества пороха или путем соответствующей уста-
новки шпильки в барабане инструмента, который контролирует
Фиг. 44. Диск из сплава хастеллой с фасонными отверстиями,
пробитыми пуансонами, показанными вокруг диска.
длину пути в стволе и начальную скорость (скорость у дула).
Инструменты такого же типа, как и приспособление для
быстрой постановки шпилек, действующие от патрона, приме-
няются и для скоростной пробивки точных отверстий в высоко-
прочной, нержавеющей стали, в титане и в других металлах,
причем в некоторых случаях после такой пробивки на поверхно-
сти не остается ни трещин, ни заусениц. В большинстве слу-
чаев трещины все-таки образуются, и пока что этот метод нель-
Взрывные и другие импульсные методы штамповки 495
зя считать перспективным. Взведенные поршни с пробойником
приводятся в действие от небольших зарядов пороха, заклады-
ваемых в холостые патроны.
Фирма «Локхид» испытывает усовершенствованное приспо-
собление для быстрой постановки шпилек, которое представ-
ляет собой пистолет с взведенным поршнем, приходящим в дви-
жение от энергии взрыва патронов 22 калибра. Энергия взрыва
патрона сообщает поршню весом 85 г скорость 245 м)сек и да-
же больше. Наконечник поршня представляет собой закален-
ный пуансон, выступающий в конце хода поршня на 1,6 мм из
ствола пистолета. Ударный поршень автоматически возвра-
щается в исходное положение для последующего выстрела.
Таким инструментом производится пробивка отверстия без
образования трещин в листовой стали с пределом прочности
при растяжении 175 кг/мм2. При выполнении подобной опера-
ции обычным способом для полной отделки одного отверстия
требуется от 1 до 10 сверл диаметром 4,76 мм. Фирма произ-
вела также пробную пробивку таких же отверстий на обычном
оборудовании. Однако после такой пробивки вокруг отверстий
остаются радиальные трещины. Стоимость взрывной пробивки
каждого отверстия не превышает 2 центов при условии доста-
точной прочности и стойкости пуансонов. Однако иногда прихо-
дится применять буферное приспособление, защищающее пуан-
сон от разрушения ударной волной, отбивающей конец.
Инструмент такого типа можно- применять для расклепки
высокопрочных крепежных деталей и для выполнения операции
обжима.
Фирма «Райан аэронаутикл» применяет взрывчатые вещест-
ва также для выполнения операций пробивки отверстий.
На фиг. 14 в качестве примера показан большой лист сплава
хастеллой толщиной 1,6 мм и диаметром’ 0,9 м, в котором пуан-
сонами, показанными вокруг этого листа, одним взрывом про-
биты различные отверстия.
Взрывной метод находит применение и для разделения заго-
товок на отрезки заданной длины для последующей ковки и вы-
давливания. Отдел взрывные работ фирмы «Олин метисон ке-
микл корпорейшн» по заказу Научно-исследовательского инсти-
тута им. Баттелла проводит работу по изысканию новых методов
разделения или резки металла при помощи энергии взрывча-
тых веществ. Сейчас уже освоена технология мгновенного
разделения больших стальных болванок на две части. Освоена
технология разделения стального горячекатаного круглого
прутка диаметром 127 мм и длиной 914 мм на две части дли-
ной по 457 мм каждая. Излом происходит на участке в преде-
лах 9,5 мм намеченной разметки с точностью излома до 3 мм.
см
Фиг. 15. Схема специального пресса
с двумя встречно разгоняемыми
поршнями.
1 — рабочий цилиндр; 2 — буферная пли-
та; 3 — торцевая плита; 4 — детонатор;
5 — бустер; 6 — заряд взрывчатого вещест-
ва; 7 — прессующий поршень; 8 — заготовка.
Фиг. 16. Образцы фасонных ударных поршней для пресса, пока-
занного на фиг. 15, и изделия, изготовленные на этом прессе взрыв-
ной штамповкой из порошкового титана.
Фиг. 17. Алюминиевый
вкладыш, полученный и -за-
прессованный взрывным ме-
тодом внутри корпуса из
стали AISI-1020.
Взрывные и другие импульсные методы штамповки 497
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВЗРЫВА ДЛЯ ГРАВИРОВАНИЯ,
ИСПЫТАНИЯ и ковки
Взрывное гравирование используется для точного воспроиз-
ведения требуемого изображения на металлических поверхно-
стях. Такие операции выполняются при помощи фасонного за-
ряда или трафарета. При гравировании фасонным зарядом
требуемый узор, вырезается на одной стороне пластины с заря-
дом взрывчатого вещества, которым она накладывается на ме-
таллический лист. При детонации от взрыва узор воспроизводит-
ся на поверхности листа.
Второй метод заключается в том, что между поверхностью
взрывчатого вещества и листовым металлом прокладывается
трафарет. От силы взрыва, оказывающей более эффективное
воздействие на открытые участки трафарета, чем на сплошные,
воспроизводится требуемый узор на металлическом листе.
Взрывчатые вещества находят также применение и для ис-
пытания стальных сварных конструкций, определения внутрен-
ней структуры стальных слитков (посредством расщепления
этих слитков), определения сопротивляемости толстого листо-
вого металла излому, проверки эффективности операции снятия
внутренних напряжений, а также для проверки результатов
предварительного нагрева, состава электрода и определения
других данных, относящихся к сварке.
На фиг. 15 показана схема специализированного двухпорш-
невого пресса, приводимого в действие энергией пороха; он при-
меняется на одном испытательном полигоне Управления мор-
ского оружия (США) для прессования порошков кобальта,
титана, алмазов, окиси железа, керамических материалов, гра-
фита и серы. Образцы фасонных формующих поршней и изде-
лия, изготовленные на этом прессе из.порошка титана, показаны
на фиг. 16. Результаты проведенных испытаний показали, как
существенно изменяются физические свойства некоторых из
этих материалов.
Начиная с 1954 г. фирма «Нейшнл нортсерн» проводит
интенсивную научно-исследовательскую работу по освоению
процесса взрывной штамповки. За этот период фирма освоила
производство многих изделий для промышленности, которые до
этого невозможно было изготовлять обычными методами. Со-
вместно с «Уимен гордой инкорпорейтед» фирма разрабатывает
технологию взрывной ковки. Эта исследовательская работа суб-
сидируется технологическим отделом командования матери-
ально-технического обеспечения ВВС США. Кроме того, фирма
занимается исследованием технологии сварки однородных и
разнородных материалов, а также разрабатывает метод кон-
32 Ч. Уик
498
Глава 16
тактного соединения металлических поверхностей без расплав-
ления. Технологические методы сварки были разработаны после
случайного образования шва в процессе выполнения взрывной
штамповки. На фиг. 17 в качестве примера показан вкладыш
из алюминия марки 3003 Н-14 (толщина 1,57 мм), который
был вставлен в корпус (сталь марки AISI-1020) с внутренним
диаметром 50,8 мм и приварен к нему взрывным методом.
Контролируемые силы взрыва пластинчатого взрывчатого
вещества используются сейчас также и для упрочнения поверх-
ности и повышения износостойкости отливок, получаемых из
марганцовистой стали. При обработке так называемым методом
импульсной закалки под действием образующейся при взрыве
ударной волны мягкая вязкая аустенитная сталь деформируется
и в ней возникают внутренние напряжения. Энергию взрыва
можно использовать также и для поверхностного упрочнения
ответственных участков изделий, так как пластинчатое взрыв-
чатое вещество можно формовать вручную, придавая ему лю-
бую требуемую конфигурацию, разрезать на любые части и
наклеивать на любой участок изделия, предназначенного к
упрочнению. Правда, хотя многие изделия и можно упрочнять
взрывом, не искажая их формы, тем не менее некоторые изде-
лия после такого упрочнения требуют правки. Напряжения от
взрыва должны по возможности быть сжимающими, чтобы
устранить возможность возникновения остаточных растягиваю-
щих напряжений, которые могут разорвать упрочненное взры-
вом изделие. Для увеличения глубины твердости поверхност-
ного слоя пластинчатая взрывчатка накладывается стопой, а
для неглубокого упрочнения между обрабатываемым изделием
и взрывчатым веществом прокладывается различный материал
с целью регулирования эффекта взрыва. Чтобы повысить твер-
дость поверхности, можно производить повторные взрывы, не
увеличивая при этом глубины твердости.
ПРИМЕНЯЕМЫЕ ВЗРЫВЧАТЫЕ ВЕЩЕСТВА
По определению Рейнгарта и Пирсона, данному ими в книге
«Поведение металлов под действием ударных нагрузок», взрыв-
чатое вещество — это вещество или смесь веществ, которую
можно за короткий промежуток времени за счет тепла, давле-
ния или удара по мельчайшей частице этого вещества превра-
тить в другие более устойчивые, преимущественно газообраз-
ные вещества. Образующиеся при этом газообразные продукты
большого давления и высокой температуры способны при рас-
ширении производить механическую работу. Большое значение
при этом имеет скорость и форма возникающей при взрыве
Взрывные и другие импульсные методы штамповки 499
волны. Существуют два основных типа взрывчатых веществ:
взрывчатые вещества малой энергии и взрывчатые вещества
высокой энергии.
Взрывчатые вещества малой энергии (или быстро сгораю-
щие взрывчатые вещества) являются метательными вещества-
ми, содержащими кислород, необходимый для их сгорания.
Точнее — это не взрывающиеся вещества, а быстро воспламе-
няющиеся, в результате сгорания которых образуется газ,
который, расширяясь, оказывает давление. К взрывчатым ве-
ществам такого типа относятся различные пороха (черный^
бездымный и зернистый), применяемые для изготовления раз-
личных боеприпасов и отличающиеся один от другого скоростью
сгорания (от исключительно медленно сгорающего пороха и до
быстровоспламеняющихся бездымных пистолетных порохов).
Эти пороха можно применять в холостых патронах, в ружейных
гильзах и в других пространственно ограниченных емкостях,
допускающих сгорание.
Взрывчатые вещества высокой энергии (детонирующие или
бризантные взрывчатые вещества)—это вещества, которые не
сгорают, а мгновенно распадаются; реакция распада идет с
исключительно высокой скоростью при высоком давлении. Ве-
щества этого типа детонируют при взрыве первичного взрывча-
того вещества, расширяются значительно быстрее, чем взрывча-
тые вещества малой энергии, и воспроизводят значительно бо-
лее мощный удар на единицу веса вещества.
Взрывчатое вещество может состоять из одного химическо-
го соединения (подобного гремучей ртути) или может предста-
влять собой смесь горючего материала с окислителем. Два типа
существующих взрывчатых веществ высокой энергии состав-
ляются на основе нитроглицерина или тринитротолуола. Иногда
в качестве источника кислорода й газообразующего агента
используется азотнокислый аммоний. При детонации происхо-
дит экзотермическая химическая реакция. Энергия, отдаваемая
каждым граммом веса взрывчатого вещества, достигает при-
близительно 1000 кал, причем точная величина образующейся
энергии зависит от типа взрывчатого вещества. Взрывчатые
вещества классифицируются в соответствии с существующими
стандартами и различаются по ударным и теплостойким свой-
ствам.
Для взрывного формообразования металлов больше других
применяется взрывчатое вещество типа С-4, состоящее в основ-
ном из циклонита (RDX) и мягчителя. Это взрывчатое вещест-
во изготовляется в виде пасты; для направления энергии взры-.
ва из этой пасты можно вручную изготовлять цилиндры, кону-}
сы, шары, полушария и т. д. з
32*
500
Глава 16
Взрывчатое вещество типа С-4 довольно стойкое, и для его
детонации требуется подрывной капсюль или же электрическое
инициирование. Для детонации этого взрывчатого вещества в
пластинах толщиной менее 4,7 мм в дополнение к подрывному
капсюлю требуется еще промежуточный детонатор типа тет-
рил или примакорд. Скорость детонации — это скорость рас-
пространения фронта трансформации (в котором взрывчатое
вещество превращается в газообразные продукты детонации
большой плотности и высокого давления) во взрывчатом веще-
стве. Скорости детонации промышленных взрывчатых веществ
высокой энергии достигают величины порядка 4270—8235 м/сек
в зависимости от типа и плотности заряда. Минимальная ско-
рость детонации черного пороха составляет 387 м/сек. Эти ско-
рости детонации не определяют скорости импульсов, использу-
емых при взрывном формообразовании металлов, которые по
величине меньше и зависят от среды, передающей давление.
Скорость импульса давления в основном есть скорость звука в
Данной применяемой среде. Все промышленные взрывчатые ве-
щества обладают импульсом одинаковой скорости, и скорость
эта изменяется только незначительно в зависимости от плот-
ности и температуры воздуха.
’ РАЗЛИЧНЫЕ ФОРМЫ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ
Современные взрывчатые вещества высокой энергии изго-
товляются в виде зерен, порошков или студенистой массы. Не-
редко твердые взрывчатые вещества расплавляют и отливают
в виде стержней, трубок, шнуров, пластин, брусков или шариков
Или Же придают им любую требуемую в каждом отдельном слу-
чае форму. Пластические взрывчатые вещества, относящиеся к
типу твердых, состоят из достаточно большого количества воска
или другого какого-либо мягчителя, в определенной пропорции
смешанного с взрывчатым веществом. Однако такие взрывча-
тые вещества подчас дают.различные результаты.
Взрывчатое вещество типа примакорд изготовляется в виде
Гибкого шнура диаметром приблизительно 6,3 мм с определен-
йымс числом зерен на сантиметр длины, благодаря чему вели-
чину требуемой энергии можно дозировать, отрезая часть шну-
ра необходимой длины. Это взрывчатое вещество вполне
безопасно в обращении, и его можно резать без опасения обра-
бйГЫвать ударом, так как взрывается оно только при помощи
пбдрывнОго капсюля. Столь же безопасно в обращении пла-
сРйнйатое взрывчатое вещество. Для обеспечения плоского или
ф'асойнбго фронта детонации такое вещество' можно формовать,
обжимать и подвергать другим видам, обработки. Для создания
Взрывные и другие импульсные методы штамповки 501
необходимых условий распространения взрыва толщина пла-
стинчатого взрывчатого вещества должна быть, видимо, не ме-
нее 3 мм. Если пластина такой толщины создает чрезмерное
давление, добавляются пластические заполнители определен-
ной формы, снижающие давление. Пластинчатое взрывчатое
вещество можно резать на части любой формы ножом для рез-
ки линолеума на поверхности, не дающей искрения. Приготов-
ленный заряд требуемой формы приклеивают затем на обра-
батываемую поверхность металла.
Фиг. 18. Схематическое изображение
высокоскоростной кумулятивной струи
сжатой металлической массы, образу-
ющейся из конической металлической
оболочки кумулятивной выемки в за-
ряде.
1 — капсюль; 2 — взрывчатое вещество; 3 —
гильза; 4 — металлическая оболочка кумуля-
тивной выемки; 5 — оболочка кумулятивной
выемки в момент сжатия при , детона-
ции взрывчатого вещества; 6 — высокоскорост-
ная кумулятивная струя сжатой массы метал-
лической оболочки выемки.
Придавая соответствующую форму -взрывчатому веществу,
можно сосредоточивать энергию взрыва в определенной зоне.
Фасонный или кумулятивный заряд взрывчатого вещества,
применяемый для этой цели, состоит в основном из пустотелой
оболочки (из металла, талька, желатина, формующейся пласт-
массы или смолы) конической, полусферической или другой
формы, заполненной со стороны выпуклости взрывчатым веще-
ством. При детонации взрывчатого вещества оболочка кумуля-
тивной выемки сжимается, усиливая высокоскоростную куму-
лятивную струю из сжатого материала кумулятивной оболочки,
способную производить работу. На фиг. 18 показана схема.
502
Глава 16
образования высокоскоростной кумулятивной металлической
струи и создающейся ударной волны из металлической обо-
лочки конической формы.
Кумулятивные заряды, или заряды с выемкой, применяются
в нефтяной промышленности и в баллистике для концентрации
энергии взрыва в сосредоточенной зоне с целью пробивки или
раздробления. Однако при взрывном формообразовании метал-
' лов требуется как раз обратное — получение заряда, распре-
деляющего энергию взрыва по всей обрабатываемой заготовке.
Поскольку по взрывной металлообработке известно еще очень
мало данных, в этом направлении ведутся исследовательские
работы.
Детонирование зарядов обычно осуществляется при помощи
электродетонаторов. Фирма «Локхид», например, в своих экс-
периментальных работах использует для этой цели капсюли-
детонаторы и подрывные электрокапсюли. Капсюли-детонато-
ры начиняют взрывчатым веществом типа PETN (тетранитрат
пентаэритрита). При детонации температура достигает 5400° С
и создается давление порядка 262 500 кг/см2, которые затем
снижаются вследствие расширения продуктов взрыва. Хотя
возникающая при взрыве температура и очень велика, однако
продолжительность ее действия столь незначительна, что она не
успевает оказать существенного влияния на свойства обраба-
тываемого изделия. Тем не менее, как показывают результаты
испытаний, проведенных фирмой «Локхид», изделие все же на-
гревается примерно до 340° С, если в качестве передаточной
среды используется воздух.
Высокотемпературные продукты взрыва большого давления
распространяются со скоростью, равной примерно 7з скорости
детонации. При взрывной штамповке скорость движения ме-
талла редко бывает меньше 61 м!сек, но может достигать
и 610 м!сек.
НЕОБХОДИМЫЕ ДАННЫЕ О ВЗРЫВНЫХ ДАВЛЕНИЯХ
Процесс взрывной штамповки можно отнести к обычным
производственным процессам только в том случае, если можно
точно определять соотношение между количеством (г) любого
взрывчатого вещества и давлением, возникающим в результате
детонации данного количества взрывчатого вещества в опреде-
ленном пространстве. Например, известно, что при детонации
1,6 г взрывчатого вещества типа PETN в закрытом простран-
стве объемом 1 см3 возникает давление порядка 220 000 атм
(это соответствует тому, что каждые 65 мг пространственно
Ограниченного взрывчатого вещества типа PETN производят
Взрывные и, другие импульсные методы штамповки
503
давление величиной 45,5 кг/см2). Причем величины эти можно
считать точными в пределах ± 20%.
Расширение газообразных продуктов взрыва может произой-
ти по определенным направлениям в зависимости от геометри-
ческой формы детонирующего заряда. Фронт расширения про-
дуктов взрыва можно регулировать путем изменения формы
заряда. Так, ударная волна, возникающая от детонации просто-
го пространственно ограниченного заряда, будет всегда иметь
форму сферического сегмента, радиус которого будет изме-
няться в зависимости от типа и плотности взрывчатого веще-
ства и от расстояния между зарядом и обрабатываемым изде-
лием, называемого дистанцией установки. Продолжительность
приложения максимальной нагрузки измеряется обычно только
микросекундами в зависимости от размера заряда, простран-
ственного ограничения и других факторов.
Как распространение, так и продолжительность приложения
давления зависят от эффективности пространственного ограни-
чения, от количества взрывчатого вещества и конфигурации за-
ряда. При увеличении расстояния между зарядом взрывчатого
вещества и обрабатываемым металлом снижается величина
давления и увеличивается продолжительность его действия.
Для таблеток взрывчатых веществ типа RDX и PETN давление,
развиваемое при детонации, обратно пропорционально кубу
расстояния между зарядом и поверхностью заготовки. Давле-
ния, получаемые от взрывчатых шнуров высокой энергии или
цилиндрических зарядов, обратно пропорциональны квадрату
расстояния между обрабатываемым изделием и зарядом. Если
взрывчатое вещество пространственно отделяется от металла
только воздухом, то продолжительность действия высоких дав-
лений резко снижается. С этой точки зрени-я целесообразнее в
качестве разделяющей среды применять жидкости, способствую-
щие сглаживанию импульса давления. Жидкостная передающая
среда, снижая пиковое давление, увеличивает продолжитель-
ность действия давления. Резкое увеличение давления с после-
дующим быстрым его снижением вызывает раздробление обра-
батываемого металла. Для формообразования металла энергией
взрыва необходимы постепенное возрастание и постепенный спад
давления.
При взрывной штамповке листового металла . в открытой
матрице максимальное давление должно быть в нижней зоне.
Более высокие давления достигаются в том случае, если взрыв-
чатое вещество находится в непосредственном контакте с обра-
батываемой заготовкой. Для достижения оптимальных резуль-
татов при гравировании волна детонации должна нормально
касаться всей поверхности листового металла. Это достигается
504
Глава 16
с помощью заряда конической формы, составляемого из тонко-
го верхнего слоя высокоскоростного взрывчатого вещества и ос-
новного заряда взрывчатого вещества малой скорости. При
таком сочетании взрыв будет инициирован одновременно по
всей поверхности заряда, создавая плоскостную ударную волну,
отвечающую требованиям гравирования.
ДЕЙСТВИЕ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ
НА МЕТАЛЛ
Поскольку обработка металла давлением, образующимся
при взрыве, является сравнительно новым технологическим про-
цессом, пока еще нет исчерпывающих данных о влиянии сил
взрыва .на большинство металлов. Однако уже и сейчас прове-
дена довольно значительная научно-исследовательская работа
в этой области, в ходе которой установлено, что металлы реа-
гируют на динамические нагрузки не совсем так, как на обыч-
ные нагрузки. Это объясняется прежде всего тем, что сама на-
грузка при этом в значительной мере зависит от поведения
металла, и, кроме того, при взрывном формообразовании на-
блюдается неустановившееся и исключительно сосредоточенное
распределение напряжений. Под действием обычных нагрузок,
как известно, напряжения и остаточные деформации распреде-
ляются, как правило, по всей массе изделия. При динамических
нагрузках напряжения и деформации могут иметь место в од-
ной части изделия .независимо от того, что происходит (или уже
произошло) в других его частях.
Одно из основных расхождений в мнениях представителей
фирм, занимающихся освоением процесса взрывной штамповки,
относится к вопросу о поведении металла в процессе обработки
энергией взрыва. Одни из них утверждают, что при импульсной
штамповке металлы текут, как вязкие жидкости. Другие счи-
тают, что гидродинамическое поведение (подобно жидкостям)
свойственно металлам только во время формообразования при
очень высоких температурах, а не при формообразовании в хо-
лодном состоянии.
При детонации взрывчатого вещества, находящегося рядом
с заготовкой, происходит двоякое смещение металла: сначала
под действием взрывной энергии ударной волны происходит пе-
ремещение частиц, называемое «импульсом напряжения»; затем
образовавшиеся давления оказывают непосредственное воздей-
ствие на заготовку. Если расстояние между металлом и зарядом
достаточное, то произойдет почти полное деформирование заго-
товки под действием давления газов, так как в виде импульса
Взрывные и другие импульсные методы штамповки 505
напряжения в металл передается сравнительно небольшая
энергия. При детонации взрывчатого вещества в непосредствен-
ном контакте с металлом движение частиц будет уже более
значительным. Если при этом заряд будет симметричным и од-
нородным и если детонация произойдет в центре заряда, взрыв-
чатое вещество превращается полностью в газ еще до начала
расширения.
КРИТИЧЕСКАЯ СКОРОСТЬ ПРИ УДАРЕ
Как известно, все металлы имеют свою критическую ско-
рость в момент удара в условиях одноосного растяжения, при
которой металл из вязкого становится почти хрупким и показа-
тель относительного удлинения его внезапно снижается почти
Фиг. 19. Зависимость между скоростью при ударе
и относительным удлинением для закаленной в ма-
сле и сфероидизированной стали SAE-1045.
до ничтожной величины. Показатели степени критической ско-
рости при ударе различны и изменяются в пределах от 30,5 до
152,5 м/сек .-в зависимости от 'свойств материала и технологи-
ческих условий формообразования. Превышение этих показателей
скорости при ударе приводит к разрушению. Так, например,
малоуглеродистая отожженная сталь обладает низким показа-
телем критической скорости при ударе. На фиг. 19 приведен
составленный по данным фирмы «Кларк энд Вуд» график зави-
симости скорости при ударе от степени удлинения для закален-
ной и обработанной до состояния зернистого перлита сферои-
дизированной стали марки SAE-1045.
506
Глава 16
Однако о скоростях, достигаемых при взрывной штамповке,
нельзя судить непосредственно по показателю критической ско-
рости при ударе данного материала. В действительности для
большинства операций взрывной штамповки листового металла
нельзя считать показатель критической скорости при ударе не-
посредственным пределом скорости штамповки. Предельная ско-
рость штамповки будет зависеть также от геометрической фор-
мы изделия, и поэтому ее необходимо определять для каждого
частного случая. Кроме того, обрабатываемое изделие может
разрушиться еще до того, как будет достигнута предельная
скорость формообразования, вследствие чрезмерной пластиче-
ской деформации, относительного утонения различных частей
изделия, от деформационного упрочнения материала или же в
результате сосредоточенных динамических напряжений.
Для равномерного деформирования обрабатываемой заго-
товки скорость ударной волны должна быть значительно мень-
ше скорости детонации применяемого взрывчатого вещества.
Это может быть достигнуто путем изменения формы и величины
заряда, расстояния заряда от обрабатываемого материала, а
также применения в качестве передаточной среды какого-либо
вещества вместо воздуха.
Волны давления можно рассматривать как расширяющиеся
шары. Отклонение от сферической формы будет при этом оди-
наковым независимо от материала, через который проходят
волны. Однако, если ударная волна движется в воде или в дру-
гой какой-либо среде, пиковое давление будет меньшим, чем
в среде воздушной, вследствие потери энергии на преодоление
трения, на нагрев и на молекулярное разобщение более тяже-
лой промежуточной среды.
При взрывной штамповке под водой высокоскоростная удар-
ная волна, уменьшаясь по амплитуде, быстро замедляется и
достигает наконец звуковой скорости. Вслед за ударной волной
образовавшийся газ начинает расширяться и давить на воду.
При этом чем глубже погружен в воду заряд, тем эффективнее
будет воздействие на обрабатываемый металл.
Инерция движущейся воды, выдавливаемой наружу, вызы-
вает чрезмерное расширение газового пузыря, который начинает
разрываться и снова расширяться. Это действие может повто-
ряться несколькими циклами. Первоначальная ударная волч
на внезапно сообщает обрабатываемому изделию ускорение, пос-
ле этого следует удар, возникающий в результате сжатия и после-
дующего расширения газового пузыря. Отражения, вызываемые
чрезмерным расширением, разрывом и новым последующим
расширением газового пузыря, производят постепенно ослабева-
ющие удары по обрабатываемому изделию.
Взрывные и другие импульсные методы штамповки 507
Пластичность при обработке металла взрывом зависит от
состояния материала и его физических свойств. Для различных
материалов пластичность будет разной ввиду различия их ме-
ханических свойств. Пока еще очень мало или вернее почти нет
проверенных данных, подтверждающих предположение о том,
что в результате импульсного приложения растягивающего
усилия можно непосредственно получать повышенную пла-
стичность.
Величина деформации определенного материала зависит в
первую очередь от степени относительного удлинения, свойст-
венной данному металлу, и в меньшей мере от предела текуче-
сти материала и от степени его механического упрочнения. Из
всего этого следует, что все величины должны быть изменены
для импульсного приложения растягивающих усилий, свойст-
венных процессу взрывного формообразования.
ЗАВИСИМОСТЬ ФОРМООБРАЗОВАНИЯ
ОТ СТЕПЕНИ УДЛИНЕНИЯ
Как показывают данные, полученные в результате серии
экспериментальных работ, проведенных фирмой «Нейшнл норт-
серн», степень податливости данного металла взрывному фор-
моизменению находится в прямой зависимости от относительно-
го удлинения (%), свойственного данному металлу до обработ-
ки его взрывом. Другие факторы и в том числе температура
металла, среда, применяемая для передачи давления, и тип
взрывчатого вещества также влияют на степень пластичности,
но если эти факторы принимать за неизменные и постоянные,
тогда взаимозависимость можно выразить как
Р =
где Р — максимальная возможная пластичность, %; С—посто-
янная для определенной группы металлов, полученная экспери-
ментально; 8 — относительное удлинение данного металла до
формообразования, % •
Сохраняя в условиях испытаний неизменными температуру,
взрывчатое вещество и среду (вода), установили, что постоян-
ная величина С для различных металлов имеет следующие
значения:
для нержавеющей стали................ . . 1,1
для титана ............................... 1,5
для простых углеродистых сталей........... 2,3
для алюминиевых сплавов................... 2,5
508
Глава 16
Различия в характере протекания процесса, распространении
и преобладании микроскопических деформаций зависят в основ-
ном от условий размещения заряда и физических свойств обра-
батываемого материала. Наиболее выраженные структурные
искажения наблюдаются, как правило, в местах, близких к
зоне приложения нагрузки и сосредоточенных напряжений. На-
грузка, возникающая от взрыва заряда, отличается большой не-
равномерностью и особенно в смысле продолжительности
воздействия в определенной точке на поверхности обрабатывае-
мого металла.
УПРОЧНЕНИЕ МЕТАЛЛОВ ПРИ ВЗРЫВНОЙ ШТАМПОВКЕ
При взрывной штамповке часть энергии поглощается метал-
лом, при этом часть этой поглощенной энергии идет на механи-
ческое упрочнение металла. Степень упрочнения зависит от
величины деформации, и подчас в одном и том же изделии
проявляются механические упрочнения различных степеней.
При одном испытании заряд взрывчатого вещества типа РЕТЫ
весом 0,58 г взрывался на расстоянии 101 мм от поверхности
листа нержавеющей стали сплошной закалки, с твердостью
72 RB. В результате взрыва образовалась вдавленность диа-
метром 50,8 мм и глубиной 12,7 мм. В гнезде углубления твер-
дость металла повысилась до 74 RB, т. е. всего только на 2 еди-
ницы. В то же время, как показали результаты других испыта-
ний, степень упрочнения меди и железа при обработке ударными
волнами взрыва значительно превышает степень упрочнения,
получаемую после редуцирования при 95%-ном обжатии. Фирма
«Нейшнл нортсерн» осваивает такую технологию взрывной
штамповки, при которой твердость некоторых стальных изде-
лий, изготовляемых этим процессом, повышается на 30 RB,
а некоторых изделий из легированных сталей — на 20 RC.
Любопытно при. этом отметить, что, в то время как твер-
дость большинства металлов, подвергавшихся обработке взры-
вом, более или менее равномерно снижается в зависимости от
расстояния заряда от поверхности заготовки, твердость малоуг-
леродистых сталей резко снижается вблизи нагруженной по-
верхности, причем на различном расстоянии от нагруженной
поверхности образуются очаги постоянной твердости.
Разрушения от действия взрывных нагрузок отличаются от
разрушений, вызываемых статическими нагрузками. Четко вы-
раженные и легко обнаруживаемые изломы образуются в пер-
вом случае в направлении, перпендикулярном к направлению
действия напряжения. Разрывы под действием импульсных
нагрузок могут происходить по нескольким причинам. Волны*
Взрывные и другие импульсные методы штамповки 509
отраженные от граничных поверхностей обрабатываемой заго-
товки, могут вызывать многочисленные ударные волны, кото-
рые, взаимодействуя между собой во время движения сквозь
металл, создают зоны высоких сосредоточенных местных на-
пряжений. Разрушение может произойти также и ® результате
расширения изделия в момент прекращения давления на него.
Задача устранения возможного разрушения особенно услож-
няется при взрывной штамповке толстостенных пустотелых ци-
линдров, когда заряд детонируется внутри изделия.
При взрывной штамповке изделия зона и степень деформации
зачастую определяются геометрической формой изделия и со-
противлениями (препятствиями), действующими в момент фор-
мообразования. Поскольку в данном случае под действием им-
пульсной нагрузки не происходит уменьшения объема, материал
должен иметь пространство для деформирования. Изменение
конфигурации, как правило, должно начинаться на свободной
поверхности.
Практически взрывное формообразование оказывает хоро-
шее влияние почти на все металлы. Если применяются точно
рассчитанный заряд и соответствующая инструментальная ос-
настка, даже самые трудно деформируемые металлы становят-
ся более пластичными. Сейчас разработана технология обра-
ботки энергией взрыва даже таких трудно поддающихся обра-
ботке давлением металлов, как молибден, магниево-ториевые
сплавы,, нержавеющая сталь, сплав инконель, хромистая 5%-ная
инструментальная сталь, твердый сплав хастеллой, а также
титан в отожженном виде и после термической обработки. Фир-
ма «Конвэр» проводит испытания самых различных металлов,
начиная от фольги толщиной 0,038 мм и кончая листовой нер-
жавеющей сталью типа 17/7 толщиной до 12,7 мм и алюминие-
выми сплавами. Как показали испытания, пластичность и сте-
пень относительного удлинения стали марки AISI-4130 и нер-
жавеющей стали 347 после обработки взрывом повышается.
При помощи взрыва возможно увеличивать диаметр бесшовных
труб в два раза.
ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ ВЗРЫВНОЙ ШТАМПОВКИ
В настоящее время для взрывной штамповки металлов при-
меняются инструменты, изготовляемые из самых различных
материалов, включая бумагу, глину, бетон, гипс, чугун, пласт-
массы, дерево и инструментальную сталь. Выбор материала для
изготовления штампов зависит от типа применяемого взрывча-
того вещества, от обрабатываемого металла, промежуточной
среды, передающей давление, и от количества изготовляемых
510
Глава 16
изделий. Так, например для гравирования взрывом применяют-
ся бумажные трафареты. Глина и гипс пригодны для однократ-
ного взрыва, тогда как чугун и бетон годны для многократного-
использования, а пластмасса в некоторых случаях может слу-
жить даже неограниченное время. Некоторые операции взрыв-
ной штамповки выполняются совсем без инструментов.
Фиг. 20. Бочкообразное изделие (справа), изготовленное взрывным
методом из сваренного цилиндра, показанного слева.
Взрывное формообразование такого изделия производится в разъемном штампе,
устанавливаемом в массивном кольце из сплава кирксайт.
Фирма «Конвэр» получает хорошие результаты, применяя
для инструментальной оснастки процесса под названием Дайна-
форм штампы из малоуглеродистой стали, из сплава кирксайт,.
а также из алюминиевых сплавов. Штампы из закаленной ста-
ли применяются обычно для заготовок -со сварными швами или
другими какими-либо неровностями на поверхности, которые
могут оставлять следы на штампах. В то же время чрезмерно
твердые штамповые материалы при детонации могут разру-
шаться. Иногда -сравнительно вязкие сплавы подвергаются об-
работке взрывом в штампах, изготовленных из более мягких
материалов. При взрывной штамповке серьезное значение при-
обретает чистота отделки поверхности штампов, так как малей-
ший изъян в поверхности штампа воспроизводится на готовых
деталях.
Взрывные и другие импульсные методы штамповки 511
Фирма «Риан аэронаутикл» использует для взрывной штам-
повки обычные штампы -из сплава типа кирксайт, применявшие-
ся до этого на падающих молотах, только с дополнительной
облицовкой из эпоксидной смолы. Для изготовления цилиндри-
ческих изделий с закруглениями или сложной конфигурации
применяются разъемные штампы, из которых легче удалять
Фиг. 21. Экспериментальный контей-
нер для штампа, сконструированный
фирмой «Локхид».
Контейнер с внутренним диаметром
50,8 мм снабжен подпружиненными при-
жимными плитами.
готовые фасонные изделия. На фиг. 20 показан такой разъем-
ный штамп, применяемый фирмой для изготовления взрывом
бочкообразных изделий (справа) из цилиндрической заготовки
со сварным швом (слева). Материал заготовок — нержавеющая
сталь или сплав хейнес 25 толщиной 1,6 мм. Такой разъемный
штамп монтируется в массивном кольце из сплава кирксайт
со стальной плитой, снабженной сверху рымболтами, облегчаю-
щими работу по установке заготовок и удалению готовых изде-
512
Глава 16
лий. Высота готовых изделий составляет 381 мм, максимальный
диаметр 381 и диаметр по торцам 305 мм.
На фиг. 21 показан экспериментальный корпус для штампа,
сконструированный и изготовляемый фирмой «Локхид». Диа-
метр внутренней полости этого корпуса 50,8 мм, диаметр верх-
него отверстия для заряда 12,7 мм. Обрабатываемая заготовка
Прижимная
плита
Вода
Вставка из
пористого
металла
Взрывная
камера
Заготовка
Матрица
Резиновая
прокладка
Прижимная
плита
Заряд
взрывчатого ’
вещества
Формообразующая
полость
Отверстие для
вакуума
Фиг. 22. Вид в разрезе оснастки, показанной на фиг. 21.
из листового металла накладывается на матрицу и прикры-
вается прижимной плитой с резиновым уплотнением толщиной
0,79 мм (фиг. 22). После установки взрывной камеры и второй
прижимной плиты поверх изолирующей прокладки плиты за-
крепляются на месте болтами и камера заполняется частично
водой. К подрывному капсюлю присоединяются провода, и через
отверстия в верхней прижимной плите и во взрывной камере
капсюль опускается и частично погружается в поду.
Как показали первоначальные опыты применения подрывных
капсюлей вместо зарядов вода служит хорошей передаточной
Взрывные и другие импульсные методы штамповки 513
средой, частично предохраняющей к тому же обрабатываемое
изделие от медных частиц, разлетающихся при взрыве капсю-
ля. Если заготовка накладывается на открытую матрицу и при-
жимается по краям подпружиненной удерживающей плитой,
как показано на фиг. 21, формообразование ограничивается
только растяжением по контуру открытой части матрицы. При
этом не наблюдается ни вытяжка, ни уменьшение диаметра за-
готовки. Это указывает на то, что между скоростями деформи-
рования и скоростью взрывного формообразования существует
какой-то момент, за пределами которого процесс вытяжки не-
возможен. Однако это сказывается на размере заготовки, и в
матрице сквозного типа этого может не произойти.
Для получения более высоких рабочих нагрузок, необходи-
мых при взрывной штамповке изделий из высокопрочных мате-
риалов, на подрывные капсюли наклеивали дополнительно ку-
сочки взрывчатого вещества PETN, отрезаемые от пластичной
взрывчатки типа примакорд. Фирма «Локхид» изготовила так-
же специальную полусферическую матрицу с полированной по-
лостью диаметром 152,4 мм из стали AIS 1-4340, термически
обработанной до предела прочности при растяжении, равного
141 кг!мм2. Такие матрицы фирма приспособила для устранения
коробления и окалины с заготовок из различных материалов
после сварки и термической обработки. Штамповка производи-
лась зарядом взрывчатого вещества типа С-4 весом приблизи-
тельно 8 г.
Фирма «Локхид эйркрафт корпорейшн» провела также эк-
спериментальное опробование стальных штампов с эпоксидной
облицовкой. Для этих штампов использовали сталь AISI-4130,
обработанную термически до предела прочности при растяжении
126 кг!мм2. Облицовка производилась фурановой эпоксидной
смолой типа ПВ с добавлением достаточного количества мягчи-
теля для эластичности.
По мере дальнейшего развития процесса обработки металла
взрывом предстоит разрешить еще много новых проблем в об-
ласти разработки более совершенного инструмента и техноло-
гии изготовления инструментальной оснастки с особым упором
на применение литейных материалов, пригодных для штампов-
ки крупногабаритных изделий. Вполне возможно, что типовые
штампы будут изготовлять с оболочкой из. эпоксидной смолы,
упрочняемой слоистым стекловолокном, заливаемым в армиро-
ванный корпус с основанием. Так как стоимость штампов, вы-
держивающих многократные давления, может быть слишком
высокой, возможно, что вместо этого будут применять более
дешевые необратимые контейнеры или корпуса, когда требует-
ся изготовить ограниченное количество,, изделий. Для. уменьше-,
33 Ч. Уик
514
Глава 16
ния степени упругой деформации при взрыве постоянные штам-
пы должны монтироваться в мощных корпусах и обладать, как
правило, высокими Противоударными свойствами.
ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ ПРОЦЕССА
ВЗРЫВНОЙ ШТАМПОВКИ
Мнбгие металлообрабатывающие фирмы осваивают или уже
применяют в производстве процесс взрывной штамповки. Обра-
ботка'металлов взрывом находит применение преимущественно в
авиационной промышленности и ракетостроении' для обработ-
ки в холодном ' состоянии- новейших высокопрочных и жаро-
стойких материалов, с трудом поддающихся обработке обычны-
ми методами. ”
Так, например, фирма «Боинг эйрплейн» применяет этот про-
цесс для изготовления сосудов для горючего управляемых
реактивных снарядов Бомарк. Эти сосуды представляют-собой
сварные конструкции из высокопрочного стального сплава, под-
вергающиеся перед взрывной штамповкой предварительно тер-
мической обработке.
При изготовлении баков взрывным способом получаются бо-
лее точные по размеру и гладкие изделия, так как в результате
взрывного формообразования полностью устраняются коробле-
ния, остающиеся на заготовках после сварки и термической об-
работки. Полуготовые баки длиной 4755—4880 мм вставляют в
двухсекционный калибровочный штамп, показанный на фиг. 23,
и заполняют водой. В обрабатываемую заготовку, заполнен-
ную водой, опускается заряд и детонируется при помощи элек-
трического детонатора. При этой операции первоначальный диа-
метр бака (915 мм) увеличивается приблизительно на 12,7 мм.
После взрыва воду из бака сливают и штамп открывают.
Чтобы не было амортизации силы взрыва и бак не коробился,
воздух, находящийся в пространстве между матрицей и стен-
ками заготовки бака, до взрыва выкачивается через специаль-
ную вакуумную систему. При таком методе изготовления баки
получаются с более точными допусками и значительно сокра-
щается время их изготовления.
Фирма «Аэроджет дженерал корпорейшн» разработала
технологию обработки металла взрывом под условным назва-
нием «Аэроформ». Экспериментальная работа фирмы была на-
правлена в основном на разработку наиболее эффективного
метода изготовления взрывом полусферических камер сжатия,
применяемых в управляемых снарядах. Металлическая заготов-
ка размещается над большой сменной чашеобразной литейной
формой, закрепленной в бетоне. Для образования частичного
Взрывные и другие импульсные методы штамповки 515
вакуума воздух из формы выкачивается и над заготовкой под-
вешивается заряд. Затем весь этот блок погружают в контейнер
с водой (фиг. 24) и производят взрыв. Давление, передаваемое
через воду, деформирует заготовку по форме штампа. На фиг.
25 показан момент извлечения из формы гладкого готового ча-
шеобразного изделия.
Ф и г. 23. Двухсекционный штамп для взрывного
формообразования деталей бака для горючего
управляемых снарядов типа Бомарк.
Фирма «Конвэр» также продолжает работу по усовершенст-
вованию фирменного патентованного метода обработки металла
взрывом, известного под названием «Дайнаформинг». Несколь-
ко примеров промышленного применения процесса формообра-
зования металла взрывом по методу этой фирмы были приве-
дены выше.
Интенсивая работа по исследованию методов взрывной
штамповки проводится фирмой «Локхид» по заданию техноло-
гического отдела командования по материальному снабжению
34 Ч. Уик
Фиг. 24. Переносная чашеобразная прессформа в .бетонированном колодце,
применяемая фирмой «Аэроджет дженерал» для взрывной штамповки
изделий.
Фиг. 25. Гладкое куполообразное изделие, изготовленное взрывом
в оснастке, показанной на фиг. 24.
Взрывные и другие импульсные методы штамповки 517
ВВС США. Некоторые экспериментальные работы, в том
числе несколько работ, описанных выше, выполняются в бетон-
ном бомбоубежище, оставшемся после второй мировой войны,
тогда как другие работы производятся на испытательной базе
командования ракетной артиллерией в Санта-Крус. Один из
штампов, применяемых для раздачи и формообразования труб-
чатых изделий из нержавеющей стали 347, стали AISI-4130 и
других металлов, показан на фиг. 26. В этом штампе давление
газов, направляемое на внутренние поверхности труб, изменяет
форму изделия изнутри.
ВЗРЫВНАЯ ШТАМПОВКА ПОЛЫХ НАПРАВЛЯЮЩИХ
ЛОПАТОК ГАЗОТУРБИННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
На заводе фирмы «Эйркрафт энжин» , взрывная штам-
повка применяется для чистовой формовки входных направ-
ляющих лопаток газотурбинных двигателей J-57 и J-75. Ранее
эти направляющие лопатки изготовляли из технически чистого
титана толщиной 1,01 мм. Подготовленные плоские заготовки
сгибали в гибочном штампе с электроподогревом, работающем
не до упора, и затем сваривали вдоль задних кромок методом
сопротивления. Для устранения растягивающих напряжений,
возникающих при первой операции, полые лопатки подверга-
лись взрывному калиброванию по методу, разработанному фир-
мой «Пратт энд уитни эйркрафт» и усовершенствованному фир-
мой «Олин метисон кемикл корпорейшн». Штамп для взрывного
калибрования по этому методу показан на фиг. 27.
Для раздачи металла до требуемой формы в этом штампе,
смонтированном в стандартном пневматическом зажимном уст-
ройстве, используется обычный патрон дробового ружья. Дета-
ли пуансона и матрицы нагреваются электричеством до темпе-
ратуры приблизительно 480°С при помощи элементов сопротив-
ления типа нимоник, вставленных в отверстия, имеющиеся в
деталях штампа. Согнутая и сваренная лопатка вкладывается
в нижнюю часть штампа (слева), имеющую поверхность требуе-
мой аэродинамической конфигурации, полученную механической
обработкой. После того как пуансон с контуром, обработанным
механически по конфигурации противоположной стороны лопат-
ки, установлен в рабочую позицию, весь штамповый блок в те-
чение 30—40 сек выдерживается при высокой температуре для
равномерного нагрева всего штампа до необходимой темпера-
туры.
В задний торец скользящего затвора камеры сгорания встав-
ляется патрон дробового ружья 8 калибра, обеспечивающий
34*
Фиг. 26. Штамп фирмы «Локхид» для фасонной разда-
чи и штамповки трубчатых деталей, изготовляемых из
нержавеющей стали и других металлов.
Фиг. 27. Штамп для взрывной штамповки входных полых направляющих
лопаток для турбореактивных двигателей J-57 и J-75.
Фиг. 28» Момент взведения бойка пружинного спускового механизма
для привода в действие фасонного штампа, показанного на фиг. 27.
Фиг. 29. Трубы шумоглушителей из нержавеющей стали для реактив-
ных лайнеров «Боинг 707» и трубчатые заготовки, из которых изготов-
лены эти шумоглушители взрывным методом.
520
Глава 16
при детонации расчетное давление 7 к,г!мм2, необходимое для
формообразования лопатки данного размера. Чтобы патрон
не нагревался до выстрела, в затворе циркулирует вода. Когда
взрывная камера вдвигается между блоками штампа, шнур,
как показано на фиг. 28, натягивается и взводит боек ударника
пружинного спускового механизма. Образующееся при выстре-
ле давление газа, устремляясь из камеры сгорания через отвер-
стие аэродинамического профиля в одном торце штампа, раз-
дает изнутри стенки до требуемой формы.
Фирма «Винчестер-вестерн» изготовляет из нержавеющей
стали методом взрыва трубы шумоглушителей для реактивных
двигателей воздушных лайнеров «Боинг 707». Эта фирма на-
ладила массовое производство труб шумоглушителей четырех
типоразмеров длиной 275—787 мм и диаметрами от 101 до
158 мм. Две детали этого типа и трубчатые заготовки, из кото-
рых получаются эти детали методом взрывной штамповки, по-
казаны на фиг. 29. Эти трубы изготовляются из нержавеющей
стали 321.
Обычно такие шумоглушители изготовляли за тринадцать
различных операций, куда входили резка ножницами, четыре
операции формообразования (с одним межоперационным от-
жигом и травлением), снятие заусениц, сварка, три различные
калибровочные операции (с одним межоперационным отжигом),
отбортовка и зачистка. При использовании взрывной штампов-
ки такие детали изготовляют только за шесть операций, при-
чем детали получаются с более точными допусками при мини-
мальном отходе материала.
Перед взрывной штамповкой заготовки раскраивают и при-
дают им цилиндрическую форму, затем сваривают, отжигают,
подвергают травлению, выбраковывают и испытывают. После
этого трубчатую заготовку закладывают в штамп, заполняю-
щийся жидкостью, передающей давление, и снабжают силовым
зарядом (который состоит из воспламенителя и бездымного
пороха с необходимой скоростью сгорания). Этот штамп уста-
навливают на гидравлический пресс таким образом, чтобы мож-
но было открывать разъемные секции штампа для съема гото-
вых изделий и загрузки новых заготовок. Смонтированный на
прессе штамп с заготовкой закрывается и укрепляется в рабо-
чей позиции. После этого удаляют воздух из пространства меж-
ду секциями штампа и обрабатываемой закупоренной с обеих
сторон трубкой. Затем после инициирования заряда готовое
изделие удаляют из штампа, зачищают, проверяют и выбрако-
вывают. На фиг. 30 указаны размеры и физические свойства
шумоглушителя одного типоразмера до и после взрывной штам-
повки.
Взрывные и другие импульсные методы штамповки
521
Готовое изделие
А — внутренний диаметр 90,17±0,25 мм; В — внутренний диаметр 86,62±0,25 мм; С — на-
ружный диаметр 101,60±0,76 мм.
Подготовка заготовки: отрезка ножницами, предварительная загибка, сварка и за-
чистка шва.
Размеры заготовки, мм Наружный диаметр 88,89±0,76 Длина 504,84±3,17 Толщина (стандартная) 0,63 Размеры заготовки после штамповки (по 25 изделиям), мм
Участок Средний Макси- мальный Мини- мальный
А (вн. д.) 89,25 90 ,42 90,02
В (вн. д.) 87,81 86,94 86,61
С (нар. д.) 101 , 19 101,35 101,04
После отжига
Предел прочности при растяжении 59,15 — 60,20 кг!мм2
Предел текучести 18,20 — 19,25 кг/мм2.
Удлинение на 50,8 мм\ 46 — 48%.
Твердость 71 — 75 RB.
Толщина участка наибольшей раздачи
Средняя, мм Максимальная, мм Минимальная, мм
0,53 0,58 0,43
Свойства после обработки
Участок Предел прочности при растяжении, кг!мм2 Предел текучести кг! мм- Удлинение, о/ /о Твердость, RB
X 66,79 32,34 43 86
Y 69,60 39,37 37 91
Z 77,34 51,32 25 96
Фиг. 30. Размеры и физические свойства шумоглушителей и трубчатых за-
готовок, из которых 'производятся эти шумоглушители.
На фиг. 31 показаны еще несколько изделий, изготовляемых
также методом взрывной штамповки. Верхнее изделие — про-
ходная труба ротора, изготовленная одним зарядом из усечен-
ного конуса из нержавеющей стали типа 321. В центре — изде-
лие с двойной выпуклостью, изготовленное из цилиндрической
Ф|иг. 31. Деталь несущего винта, изготовленная
из нержавеющей стали (сверху); цилиндрическая
труба после фасонной раздачи (в центре). Полый
цилиндр, сформированный в бочкообразную
деталь (внизу).
Взрывные и другие импульсные методы штамповки
523
Средние размеры после штамповки
Участок Наружный диаметр, мм
А и В' 184,66
В и А' 202,42
С 212,99
Необработанный пустотелый цилиндр, имеющий сварной шов А, мм
Средний наружный диаметр . . 169,07
Длина..........................152,40
Толщина стенки ................ 7,52
Средняя длина до раздела . . . 152,40
Средняя длина после раздела . . 137,67
Среднее уменьшение длины . . . 14,73
Утонение стенки, мм
Участок Средняя толщина до раздела со "Эа К J(!) Чя ч « Ф о Ч йО С Щ О НК Ч Утонение
А и В' В и А' С 7,52 7,52 7,52 7,06 6,55 6,25 0,4 6 0,97 1 ,27
Свойства после обработки
Участок Предел проч- ности при растяжении, кг!ммА Предел теку- чести, кг) мм2 Удлинение, % Твердость, RB
Первоначальный 38,67 22,50 29,0 62
А и В' 41,48 27,07 23,5 67
В и А' 43,94 31 ,29 19,0 73
С 49,91 39,72 9,0 84
Фиг. 32. Размеры и физические свойства бочкообразного изделия и цилин-
дрической заготовки, из которой оно получается.
трубы длиной 73,02 мм, наружным диаметром 15,87 мм и со
стенкой толщиной 0,89 мм. Материал — нержавеющая сталь
304 или 310. После взрывной штамповки такое изделие разре-
зается на два отдельных изделия требуемой конфигурации.
Внизу показано бочкообразное изделие, полученное взрывным
методом из полого сварного цилиндра (сталь AISI-1015 тол-
щиной 6,35 мм). Размеры и физические свойства бочкообразно-
го изделия до и после взрывной штамповки указаны на фиг. 32.
524
Глава 16
ПРАВКА И РАЗДАЧА КОРПУСОВ РАКЕТНЫХ
УСКОРИТЕЛЕЙ
Фирма «Пропеллекс» освоила процесс взрывной правки и
раздачи корпусов ракетных ускорителей длиной 3355 мм и
диаметром 457 мм. Заряд представляет собой твердое ракетное
топливо', называемое пропеллекс; передающая удар среда
(обычно вода) и обрабатываемая деталь помещаются в ограни-
чивающий штамп весом приблизительно 6300 кг. Под действием
сил взрыва металл приобретает конфигурацию полости матри-
цы, при этом прочность его повышается на 30%. При взрыв-
ном формообразовании допуски выдерживаются с точностью до
±0,51 мм. Время, затрачиваемое на изготовление одного изделия,
сократилось с 1,66 до 0,13 человеко-часа, а стоимость инстру-
мента для взрывной штамповки снизилась до 1650 долл, по
сравнению с 8675 долл., затрачивавшихся ранее на обычную
инструментальную оснастку. До этого изделия такого типа изго-
товлялись из двух отдельных половинок, отштампованных
на падающем молоте, которые затем сваривались. После этого
требовались еще две операции калибрования с межоперацион-
ным отжигом, травление, выглаживание, зачистка и снятие
заусениц. Теперь при помощи взрыва изделие раздают за одну
операцию.
Большую работу по освоению взрывной штамповки метал-
лов проводит фирма «Нейшнл нортсерн», на предприятии ко-
торой уже изготовляются взрывным методом сопла морских
ракет из бесшовных стальных труб (сталь AISI-1020) с наруж-
ным диаметром 254 мм при толщине стенки 6,35 мм за две опе-
рации в литом штампе, показанном на фиг. 33. При этом растя-
жение металла составляет 70% по сравнению с максимальным
42%. Взрывной штамповкой изготовляются из стального сплава
турбинные крыльчатки. Стандартные бочкообразные изделия
диаметром 915 мм и длиной 1525 мм с толщиной стенки 88,9 мм
изготовляются из цилиндрической заготовки из нержавеющей
стали при помощи взрывчатого вещества высокой энергии, об-
щим весом 45,4 кг. На фиг. 34 показан наружный корпус реак-
тивного двигателя, который формируется взрывом до точного
размера из сварной гильзы и сложного сплава хейнес малтимет
толщиной 0,63 мм.
На фиг. 35 показано типовое изделие (слева), изготовленное
взрывным методом из усеченного конуса (справа) (фирма «Ри-
ан аэронаутикл»). Для взрывной штамповки металлических из-
делий фирма использует специальный заполняющийся водой
бетонированный резервуар диаметром 3,05 м и глубиной 2,44 м
(фиг. 36). Для подъема и установки штампов применяется
Фиг. 33. Сопло ракеты (справа), отштампованное
взрывным методом из стальной бесшовной трубы
(слева) в литом штампе, показанном в центре.
Фиг. 34. Наружный корпус ракетного двигателя, изго-
товленный взрывным методом из сварной гильзы из фир-
менного сплава типа хейнес малтимет толщиной 0,63 мм.
526
Глава 16
передвижной кран с пневматической лебедкой грузоподъемно-
стью 5 т. С помощью неопреновой или резиновой прокладки
между изделием и поверхностями штампа создается вакуум
менее 0,1 мм рт. ст.
ИМПУЛЬСНАЯ ШТАМПОВКА НА «ДАИНАПАКЕ»
Фирма «Конвэр» применяет другой метод импульсной штам-
повки трудно деформируемых металлов с использованием вме-
сто взрывчатых веществ газа высокого давления. Сконструиро-
ванные специально для этой цели машины HYGE, использую-
щие в качестве энергоносителя азот, сжатый под давлением
140 кг)см2, значительно превосходят по своей мощности сило-
вые агрегаты типа HYGE, применяемые фирмой в установках
для испытаний на удар. Силовой агрегат типа HYGE представ-
ляет собой свободно перемещающийся под давлением газа ци-
линдр, мгновенно сообщающий подвижному поршню со штоком
давление газа. Движущийся по горизонтали поршень можно
использовать как подвижный ударный инструмент, оказываю-
щий силовое воздействие на обрабатываемое изделие, который
перемещается со скоростью до 122 м/сек. Хотя получаемые при
этом скорости и значительно ниже скоростей, развиваемых при
детонации взрывчатых веществ, тем не менее скорость силового
воздействия, развиваемая в машинах «Дайнапак», более чем
достаточна для пластического деформирования .многих трудно-
деформируемых металлов. К тому же такой процесс высоко-
энергетической обработки металлов более безопасен и его можно
точно контролировать для достижения более устойчивых резуль-
татов. Скорость на этих машинах можно выдерживать с точно-
стью ±15 см/сек.
Эти машины можно применять для операций выдавливания,
объемной штамповки, листовой штамповки, прессования кера-
мических и порошковых металлов, резки и вырубки. Имеется
три стандартных типоразмера таких машин. Диаметр рабочего
цилиндра машины наименьшего типоразмера составляет 152 мм,
длина хода поршня 305, а диаметр рабочей плиты стола 254 мм.
Энергия удара машины этого типоразмера составляет 5530 кгм
при скоростях, превышающих 61 м/сек. Диаметр рабочего ци-
линдра машины среднего типоразмера составляет 305 мм, дли-
на хода поршня 305 и диаметр рабочей плиты стола 508 мм.
Энергия удара на машинах этого типоразмера 22 130 кгм. Диа-
метр рабочего цилиндра машины максимального типоразмера
457 мм, длина хода поршня 305 и диаметр рабочей плиты стола
914 мм. Энергия удара этой машины составляет 49 788 кгм. Для
получения более высоких энергий можно изготовить машины
Фиг. 35. Изделие (слева), изготовленное взрывным
методом на предприятии фирмы «Риан аэронаутикл»
из заготовки, расположенной справа.
Фиг. 36. Забетонированная цистерна с
водой диаметром 3,0 м и глубиной 2,44 м,
используемая для взрывной штамповки
металлических деталей.
528
Глава 16
больших габаритов. Так, например, машины «Дайнапак» с диа-
метром рабочего цилиндра 914 мм может развивать энергию
удара до 207 450 кем при величине хода поршня до 914 мм и
максимальной скорости 127 м/сек.
Фиг. 37. Машина типа «Дайнапак» для импуль-
сной штамповки металлов, в1 которой в качестве
энергоносителя используется сжатый азот.,
Машины типа «Дайнапак» компактны, их можно устанавли-
вать при помощи только четырех болтов на любом полу. Стан-
дартная машина «Дайнапак» наименьшего типоразмера показана
на фиг. 37, ее габариты 710X2745X710 мм. Стандартная маши-
на наибольшего типоразмера занимает общую площадь 18,6 м2.
Габариты этой машины 1220X4270X1220 мм. Массивная штам-
повая плита, смонтированная на трех стяжных колоннах (на
переднем плане фиг. 37), несет матрицу, взаимодействующую
с пуансоном, укрепляемым на поршне со штоком. Машина снаб-
жена пультом управления.
На фиг. 38 приведена принципиальная схема действия ма-
шины типа «Дайнапак», работающей на старой, но часто при-
Взрывные и другие импульсные методы штамповки
529
меняемой замкнутой пневмогидравлической системе. Основной
силовой привод этой машины представляет собой цилиндр, раз-
деленный стенкой в центре на две камеры А и В. Свободно пе-
ремещающийся в камере В поршень соединен со штоком, ока-
зывающим непосредственно на обрабатываемое изделие силовое
Фиг. 38. Силовой агрегат машины «Дайнапак», состоящий из цилин-
дра, разделенного на две камеры диафрагмой с отверстием.
1 — корпус рабочего цилиндра; 2 — разделительная диафрагма с отверстием;
3 — буферный поршень; 4 — уплотнительное кольцо; 5 — скользящее уплотнение;
6 — поршень со штоком; 7 — камера А; 8 — упорная плита; 9 — передняя крыш-
ка цилиндра; 10 — стяжные болты; И— камера С; 12 — жидкость; 13 — тормоз-
ное устройство; 14 — камера D; 15 — камера В; 16 — подштамповая плита.
воздействие. Камера А представляет собой емкость, в которой
содержится сжатый азот под давлением 140 кг/см2. Газ, нахо-
дящийся в камере В под небольшим давлением, прижимает
поршень к разделительной стенке с отверстием, благодаря чему
кольцеобразное уплотнение на торце поршня закрывает всю
поверхность поршня от газа высокого давления, кроме неболь-
шого участка внутри уплотнения.
До тех пор пока высокое давление действует на меньшую
площадь, а низкое — на большую площадь задней части порш-
ня, камеры В и А остаются разделенными и машина приведена
в рабочую готовность. При небольшом увеличении давления
через разделительную стенку с отверстием, где встроен солено-
идный спусковой клапан, поршень начинает отжиматься вправо,
кольцеобразный уплотнительный затвор отделяется от раздели-
тельной стенки и открывает доступ газу высокого давления
на всю торцевую поверхность поршня. Высокое давление пре-
530
Глава 16
одолевает низкое давление правой камеры, и поршень с боль-
шой силой разгоняется до скорости, достигающей 762 м/сек.
Фактическая скорость разгона поршня зависит от размера ци-
линдра и от величины давлений в обеих камерах. Полный ход
поршня завершается в несколько миллисекунд.
ДИНАМИЧЕСКИ УРАВНОВЕШЕННАЯ СТАНИНА (РАМА)
МАШИНЫ «ДАИНАПАК»
Станина машины «Дайнапак» снабжена подштамповой пли-
той, воспринимающей нагрузку удара. Она скреплена тремя
стяжными колоннами с массивной опорной плитой задней части
силового агрегата. При разгоне поршень и шток составляют
вместе движущуюся с большой скоростью вправо массу, а од-
новременно с этим станина, состоящая из подштамповой плигы,
стяжных колонн, задней упорной плиты и корпуса силового при-
вода, образует разгоняющуюся массу, движущуюся влево. При
этом станина необязательно должна быть очень тяжелой. Ста-
нина рамного типа весом 159 кг может выдерживать нагрузку
величиной около 900 г. .К тому же большая доля энергии удара
поглощается обрабатываемым изделием.
Таким образом, небольшая масса, разгоняющаяся с боль-
шой скоростью вправо, сталкивается с относительно тяжелой
массой, движущейся с небольшой скоростью влево. При ударе
энергия штока поршня передается на болстерную плиту, кото-
рая должна быть сначала остановлена, а затем начать двигать-
ся вправо, причем в этот момент стяжные колонны испытывают
максимальное напряжение, которое передается на заднюю упор-
ную плиту, соединенную с буферным поршнем, движущимся в
камере высокого давления А (фиг. 38).
Рамная станина машины соединяется с основанием при по-
мощи только одного комбинированного пневмогидравлического
тормозного устройства, состоящего в основном из двух порш-
ней, посаженных на нижних стяжных колоннах станины и дви-
жущихся внутри цилиндра. В камеры С и D цилиндра нагне-
тается газ низкого давления. При сдвиге рамной станины впра-
во давление в камере С понижается, а в камере D повышается.
Небольшая сила, аккумулированная при сжатии, давит влево,
стремясь вернуть рамную станину в исходное положение. Рабо-
чая жидкость между двумя поршнями служит амортизирующей
средой, гасящей колебания машины при ее нейтральном по-
ложении.
Для возврата поршня камеры В до контакта торцевого
кольцеобразного уплотнения с разделительной стенкой авто-
матически включается высокоскоростной насос (для машины
Взрывные и другие импульсные методы штамповки
531
наименьшего типоразмера мощностью 7,36 кет и для машины
наибольшего типоразмера — 55,2 кет), подающий рабочую
жидкость в камеру этого поршня. В результате поршень при-
жимается к разделительной стенке с отверстием и газ в акку-
мулирующей камере цилиндра вновь сжимается до первона-
чального давления 140 кг/см2, за исключением незначительной
утечки азота при возвращении поршня в первоначальное поло-
жение. После того как поршень возвратится в исходное поло-
жение и его кольцеобразное уплотнение закроет отверстие раз-
делительной стенки, рабочая жидкость, все еще находящаяся в
камере В, будет вытесняться оттуда давлением газа. Рабочий
цикл машины наименьшего типоразмера составляет 30 сек, а
машины наибольшего типоразмера — 60 сек. Для уменьшения
скорости хода без снижения величины удара, необходимого для
обработки изделия, можно применять вставные диски различ-
ной толщины. При этом величина хода не изменяется даже при
максимальном дополнительном увеличении веса ударного
штока.
Регулировку разгона можно осуществлять при помощи кон-
трольного или дозирующего штифта, установленного на торце
поршня и выступающего из отверстия разделительной стенки.
Форма штифта в данном положении будет определять скорость,
с которой оказывается давление на поршень. Скорость разгона
можно регулировать также и при помощи дозирующего отвер-
стия со штифтом на противоположной стороне поршня. Кроме
того, в качестве усовершенствования можно добавить самоуста-
навливающуюся диафрагму под разделительной стенкой с ра-
бочей жидкостью как промежуточной среды.
ОБРАЗЦЫ ИЗДЕЛИИ, ИЗГОТАВЛИВАЕМЫХ
НА МАШИНАХ «ДАЙНАПАК» г
На фиг. 39 показаны стальные изделия, изготовленные вы-
давливанием и ковкой на машинах «Дайнапак». Все эти изде-
лия после изготовления дополнительной механической обработ-
ке не подвергались. Весьма необычными являются изделия с
тонкими ребрами, которые до этого почти невозможно было по-
лучить методом выдавливания. Не менее примечательными
являются также и две поковки, показанные внизу в центре,
которые были изготовлены без штамповочных уклонов и с угла-
ми с минимальным радиусом скругления. Получаемая при этом
чистота поверхности нисколько не уступает чистоте поверхности
изделий, изготовляемых на штамповочных молотах. Более точ-
но, чем при обычных методах выдавливания и ковки, выдержи-
ваются также и размерные допуски.
34*
532,
Глава 16
В условиях высокого давления и большой скорости дефор-
мирования металл легко и полностью заполняет как тонкие,
так и толстые сечения штампа. Сейчас этим методом изготов-
ляют изделия с тонкими и толстыми сечениями при соотноше-
ниях толщин до 20: 1 при минимальной толщине 0,89 мм.
Фиг. 39. Образцы стальных изделий, полученные выдавливанием
и ковкой на машине типа «Дайнапак».
Вполне доступно также изготовление несимметричных изделий
с резкими изменениями в профиле. Способом выдавливания на
этих машинах изготовляют также и пустотелые изделия с
внутренними и наружными ребрами. На этих машинах можно
обрабатывать заготовки из стали различных марок, вольфрама,
колумбия, спеченного сплава на основе никеля, порошкового
сплава на основе никеля, циркония и титана. Стальные заго-
товки диаметром 25,4 мм можно выдавливать в пруток диамет-
ром 0,50 мм за один ход.
При изготовлении изделий на машинах «Дайнапак» полу-
чается значительная экономия на материале. Так, например,
при выдавливании изделия с минимальной толщиной стенки
1,27 мм обычными методами потери' металла в виде отходов
при последующей механической обработке достигали 50%.
Взрывные и другие импульсные методы штамповки 533
Изделие такого же типа может быть изготовлено на машине
«Дайнапак» точно по заданному размеру без отходов.
Весьма экономична эта машина и в работе. Одного балло-
на сжатого азота достаточно для выполнения большой работы,
так как на 150 рабочих ходов расходуется всего только 1% от
Фиг. 40. Фасонная раздача металлической трубы
методом электрического подводного разряда. Де-
таль приобретает требуемую форму по выемке в
штампе.
1 — коаксиальный электрод; 2 — металлическая труба;
3 — штамп; 4 — вода; 5 — отверстие для выхода воздуха;
6 — стол; 7 — пластмассовая или резиновая пробка.
объема газа. При освоении машины было затрачено много
труда на решение задачи по 'разработке способа торможения
выдавливаемых изделий, которые вылетают из штампа подобно
снарядам. Эта конструктивная задача была решена за счет
разгрузочных клапанов цилиндра, а также путем регулировки
интервалов цикла или прекращения движения поршня до мо-
мента окончательного завершения выдавливания. После этого
наибольшая остающаяся часть заготовки по инерции протас-
кивается через матрицу, в результате чего скорость выдавли-
вания замедляется.
35 ч. Уик
534
Глава 16
ПРОЦЕСС ШТАМПОВКИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ РАЗРЯДОМ
В настоящее время многие фирмы и в том числе фирма
«Репаблик авиэйшн корпорейшн» проводят интенсивную работу
по освоению еще одного нового процесса формообразования
при помощи импульсных нагрузок от подводного электрическо-
го разряда. Новый высокоэнергетический процесс электрораз-
рядного формообразования получил условное название метал-
лообработки методом Гидроспарк. В этом процессе так назы-
ваемая искровая бомба создает мощную ударную волну,
формирующую металлические изделия за 0,25 • 10~7 сек. Электри-
ческая энергия накапливается и подается от батарей конденса-
торов. При отдаче энергий разряд, движущийся с высокой ско-
ростью сквозь водяной заслон между двумя электродами, соз-
дает мощную ударную волну, которая мгновенно деформирует
металлическую заготовку, заложенную в штампе, окружающем
электроды. Типовая инструментальная оснастка для штампов-
ки цилиндрического изделия с выпуклостями в центре показана
на фиг. 40.
Преимущества процесса штамповки металлических изделий
при помощи мощного электрического разряда под водой, нахо-
дящегося пока еще в стадии освоения, заключаются в том, что
расходуемую при этом энергию можно легко и точно рассчи-
тывать и нормировать. Новый метод электроразрядного фор-
мообразования металлических изделий можно совершенно без-
опасно применять почти в любых заводских условиях. Для это-
го требуется только одна матрица простейшей конструкции по
типу тех, что применяются для взрывной штамповки. При де-
формировании металлов мощным ударом электрического раз-
ряда под водой серьезное значение имеет контур конца элек-
тродов и расстояние между ними.
Л ИТЕРАТУРА
ГЛАВА 2
Boas W., An Introduction to the Physics of Metals and Alloys, John Wi-
ley & Sons, New York, 1948.
Bridgman P. W., Studies in Large Plastic Flow and Fracture, McGraw-
Hill Book Co., New York, 1952.
Cold Working of Metals, American Society for Metals, Cleveland, 1949.
Crane E. V., Plastic Working of Metals and Non-Metallic Materials in
Presses, John Wiley & Sons, New York, 1944.
Doan, Gilbert E., The Principles of Physical Metallurgy, McGraw-Hill
Book Co., New York, 1953.
Ebert L. J., A Handbook on the Properties of Cold Worked Steels, United
States Department of Commerce, Office of Technical Services, Report
PB 121662, 1955,
Feldmann H. D., «Investigation of the Force and Amount of Work Re-
quired when Cold Pressing Various Steels», Stahl and Eisen (January 29,
1953).
Fischer H., «The Cold Extrusion of Steel», Sheet Metal Industries (June
1953).
Gardner A. G., «The Effects of Alloying Additions on the Properties of
Carbon Steels», Machinery (London) (November 11, 1955).
Hill R., «The Mathematical Theory of Plasticity», Clarendon Press, Oxford,
England, 1950.
Hoffman Oscar, Sachs, George, Introduction to the Theory of
Plasticity for Engineers, McGraw-Hill Book Co., New York, 1953.
Johnson Carl G., Metallurgy, American Technical Society, Chicago, Ill.,
1958.
L e e E. H., «The Theoretical Analysis of Metal Forming Problems in Plane
Strain», Journal of Applied Mechanics, Transactions ASME, Volume 19, pa-
ges 97—103 (1952).
Metals Handbook, American Society for Metals, Cleveland,- 1948.
N a d a i A., Theory of Flow and Fracture of Solids, McGraw-Hill Book Co.,
New York, 1950'.
Pearson, ClaudeE., The Extrusion of Metals, John-Wiley & Sons, New-
York, 1944.
35*
536
Литература
Rinehart John S., Pearson John, Behavior of Metals Under
Impulsive Loads, American Society for Metals, Cleveland, 1954.
Sachs, G., Fundamentals of the Working of Metals, Interscience Publi-
shers, New York, 1954.
Schmid E., Boas W., Plasticity of Crystals with Special Reference to
Metals, F. A. Hughes & Co., London, 1950.
Si eb el E., «Plastic Working of Metals», Steel (October 16, 1933 — May 7,
1934).
Sieber K., «Development in Cold-Flow Pressing and Extrusion of Steel»,
Machinery (London) (May 22 and 29, 1952).
W u 1 f f, J о h n, T а у 1 о г, H о w a r d F., S h a 1 e r, Amos J., Metallurgy for
Engineers, John Wiley & Sons, New York, 1952.
ГЛАВА 3
Baldwin, Jr., W. M. Beiser C. A., «Why Stainless Is Hard to Cold
Head», Iron Age (January 13, 1955).
«Cold Heading Branches Out», Steel (January 14, 1957).
Designing Parts for Cold and Hot Heading, Industrial Fasteners Institute,
Cleveland, Ohio, 1953.
Friedman J. H., «Modern Cold Forging Practice», Iron Age (November
11, 1948).
L i n s 1 e у H. E., «Fundamentals of Cold Heading», American Machinist
(April 8, 1948).
Lovisek Louis J. «The Design and Function of a Sliding Cone Punch»,
The Tool Engineer (April 1948).
O’Keefe, Philip, «Cold Headed Parts», Materials & Methods (November
1951).
S m i th, Theodore B., «What the Designer Should Know- About Cold-
Heading», Machinery (April 1957).
Ty son S. E,, i«Cold Headed Parts from Austenitic Stainless Steels», Ma-
terials & Metods (October 1956).
«Warm Heading Tackles Tough Metals», Steel (July 21, 1958).
ГЛАВА 4
«Achievements in Precision Thread- and Spline-Rolling», Machinery (May 1955).
Appleton, Clifford T., «Threard and Form Rolling», Mechanical Engine-
ering (October 1955).
Batchelder J. W., «Thread Rolling — Theory and Practice», Iron Age (De-
cember 19 and 26, 1946; January 19, 1947).
Ekdd z, '!R о ge r e: Wl, '«Production Processes — Their Influence on Design —
Thread and From Rolling», Machine Design (August 1947).
Engineering Data on Thread and Form Rolling, Reed Rolled Thread Die
Co., Worcester, Mass.
Литература
537
Horton, Holbrook L., «Precision Thread Rolling With Flat and Cylin-
drical Dies», Machinery (March 1944).
Oliver, Frank J., «An Appraisal of Precision Thread Rolling Practice»,
Iron Age (November 2, 9 and 16, 1944).
Seymour D. H., Lomas F. M., «Tread and Form Rolling», Machinery
(London) (September 17, 1958).
Spiotta, Raymond H., «Thread Rolling May Be for You», Machinery
(November 1957).
Taylor, William T., «Rolled Threads — Materials and Blank Diemeter
Calculations», Metals and Alloys (June 1945).
ГЛАВА 5
«Cold Forming Gears and Splines», American Machinist (June 21, 1954).
E t z e 1, Miles, Kopp С. E., «Splines Formed Ten Times Faster by Cold-
Rolling», Machinery (August 1957).
Hildreth R. S., «Role of Recearch and Development in Gear and Spline
Production Equipment, Paper presented at the 26-th Annual Meeting of
the American Society of Tool Engineers, Philadelphia, Pa., May 1—8^
1958.
«Machine Roll Forms Gear Teeth», The Tool Engineer (February 1960).
Pelphrey, Harry, «Rolled Flow Forming of Toothed Parts», Paper pre-
sented at the 23rd Annual Meeting of the American Society of Tool
Engineers, Los Angeles, Calif., March 14—18, 1955.
«Chipless Forming of Toothed Parts by Rolling», Paper 59-Prod-12 pre-
sented at the Production Engineering Conference of the American So-
ciety of Mechanical Engineers, Detroit, Mich., May 12—14, 1959.
Wick, Charles H., «Buick Cold-Forms Serrations on Hardened Shafts»,
Machinery (January 1956).
ГЛАВА 6
В a r 11 e E. W., «Cutting Material and Machining Costs with Power Roll
Forming», The Tool Engineer (November 1957).
В e r. g m a n J. W., «Power Roll Forming Cuts Production Costs», The Tool
Engineer (March 1957)
С о 1 d i n g B. N., «Shear Spinning», Paper 59-Prod-2 presented at the ASME
Production Engineering Conference, Detroit, May 12, 1959.
Court L. W., «Power Spinning Eliminates Annealing and Descaling», Ame-
rican Machinist (December 25, 1950).
Ernestus A. W., «Roll Extrusion — A New Metal-Forfning Technique»,
American Machinist (June 29, 1959).
«Floturn—‘A New Method of Forming Metals», Machinery (April 1954).
«Explorer Spotlights Roll Forming», American Machinist (March 24, 1954).
Genis L, Maliindine W., «Rotary Extrusion Reduces Costs and Saves
Materials», Machinery (April 1958).
538
Литература
Heater, John N., «The Challenging Future of Power Spinning», Paper 171
presented at the 26th ASTE Semi-Annual Meeting, Los Angeles, Calf.,
September 29 — October 3, 1958.
Merry A. A., C a m p b e 1 1 J. G., «Weight Savings in the Manufacture of
Aircraft Engine und Missile Parts by Cold Roll Forming from Thick to
Thin Materials», Paper No. 51 presented at the Twenty — Sixth Annual
Meeting of the ASTE, Philadelphia, Pa., May 1—8, 1958.
Parker W. N., «Rolled Extrusion of Thin-Walled Parts», Paper 22 T1 pre-
sented at the Twenty-Second Annual Meeting of the ASTE, Philadelphia,
Pa., April 26—30, 1954.
«Power Spinning Conical and Tubular Parts», Product Engineering (August,
1956).
«Spinning Keeps Pace with New Technology», Steel (September 2, 1957).
Spin-Forging, Booklet prepared by the Manufacturing Research Laboratory,
Marquardt Aircraft Co., Van Nuys, Calif., September 1958.
Sporck C. L. and Busch Wm. H., «Floturn — A Production Process as
Well as a Development», Paper 57 — SA — 98 presented at the ASME
Semi-Annual Meeting, San Francisco, Calif., June 9—13, 1957.
Stalker K. W., «Roll Forming — Chipless Production», Paper 57 — A — 271
presented at the ASME Annual Meeting, N. J., December 1—6, 1957.
Stalker, Kenneth W. and Moore, Kenneth W., «Cold Power Spinning
Saves Material, Cuts Costs», American Machinist (May 9, 1955).
Taylor A. T., «Uniskan Roll-Reduces in One Pass», American Machinist
(August 1, 1955).
ГЛАВА 7
Ashburn, Anderson, «How and When to Swage», American Machinist
. о .(April 22, 1948).
Bolz, Roger W., «Production Processes — Their Influence on Design —
Part 28 — Rotary Impact Swaging», Machine Design (October 1947).
Egan E. J., J r., «Modern Swaging Packs Surprises as a Production Techni-
que», Iron Age (March 28, 1957).
Mueller, John, «Dies for Swaging Operations», The Tool Engineer
(April 1949).
Rylander, Andrew E., «Cost Cutting with Rotary Swaging», The Tool
Engineer (October 1948).
Rylander A. E., «New Techniques and Equipment Permit Broader Applica-
tions of Rotary Swaging», Western Machinery and Steel World (December
1956).
«Swagers Point, Form, and Assemble», Steel (December 9, 1957).
ГЛАВА 8
«Cold Extrude Stainless Shafts», Iron Age (January 21, 1960).
«Cold Extrusion Saves Time, Cuts Waste», Iron Age (October 17, 1957).
Литература
539
«Hot and Cold Forging of Gun Barrels on G.F.M. Machines», Machinery
(London) (November 15, 1957).
Murphy, John F., «Hot Precision Forgings and Extrusions», Paper 36—C
presented at the SAE National Production Meeting and Forum, Chicago,
Ill., March 31 — April 2, 1958.
«Preform Blanks from Bar Stock to Cut Machining Costs», Iron Age (August
14, 1958). ,
«Rotary Forging Turns Profits Up», Steel (November 10, 1958).
Seiffert, Harold C., «Cold — Forming of Multiple-Diameter Shafts»,
Machinery (June 1959). <
ГЛАВА 9
Battelle Memorial Institute, «Shaping of Steel by Extrusion Methods», A sur-
vey report prepared by M. J. Wahll, M. Goldman, S. L. Case, M. C. Udy
and Boulger F. W., for the Frankford, Arsenal under Contract DA—36—
038—ORD—10681, July 31, 1954, PB 123002.
«Cold Shaping of Steel», Steel, 4 .and 5 (1949).
Crane E. V., «The Cold' Extrusion of Steel and the Use of Hydraulic Pres-
ses», Sheet Metal Industries (June 1953).
Davis M. H., «Cold Extrusion of Steel», Ordnance (July — August 1950).
Everhart J. L., «Impact (Cold) Extruded Parts», Materials in Design
Engineering (August 1955).
Fischer H., «The Cold Extrusion of• Steel», Sheet Metal Industries (June
1953). .
Galbreath W. W., «Cold Extrusion Process» (Neumeyer, Nurnberg,
Germany), Preliminary report prepared by Heintz Mfg. Co., Philadelphia,
Pa. Revised edition of PB 20808 FIAT Report 445 VI, PB 39371, August
1946.
Heintz Mfg. Co., «Cold Shaping of Steel», Report PB 96704, 1949.
Kaul B., «Cold Extrusion of Steel», Machinery (August 1957);
Lehman, Gilbert M., «An Analysis of Cold Extrusion of Steel»; Thesis
submitted to Graduate School of Illinois Institute of Technology, Janua-
ry, 1957. (Sponsored by LaSalle Steel Co., Hammond, Ind.).
L e 1 a n d J. F., «Compression Working of Metals», Talk presented before Pro-
duction Engineering Section of the American Society of Mechanical
Engineers,,N. Y., December 5, 1957.
Lloyd T., К о p e с к i E., «Cold Extrusion of Steel», Iron Age (August 4,
1949).
M e i n e 1 W. J., «Cold Extrusion of Steel», Ordnance (September October,
1953).
Pearson С. E., «Extrusion of Metals», John Wiley and Sons, New York,
1944.
Perry J., «Cold Extrusion», Tool and Die Journal, № 6, (1947).
Perry J., «ABC of Cold Extrusion of Steel», Canadian Mining and Metallur-
gical Bulletin, 503 (1954).
540
Литература
ГЛАВА 10
Brown D. I., «Design of ’Steel -Parts for Cold Extrusion», Machinery (Lon-
don) (August 27, 1954).
Everhart, John L., «Impact (Cold) Extruded Parts», Materials in De-
sign Engineering (August 1955).
Gardner, Robert W., «Techniques and Materials for Cold Extrusion»,
Paper 36A presented at the SAE National Production Meeting, Chicago,
Ill., March 31, 1958.
Heintz Cold Extrusion Data Book, Heintz Division, Kelsey — Hayes Co, Phi-
ladelphia, Pa.
Low J. R., Jr., «How Plastic Deformation Influences Design and Forming of
Metal Parts», Materials in Design Engineering (November and Decem-
ber 1949).
May O., «Cold Extrusion and Deep Drawing», Machinery (London) (Februa-
ry 22, 1957).
Parina J., «Steels for Cold Extrusion», Metal Progress (August 1953).
Wilson D. V., «Metallurgical Requirements of Steels for Cold Extrusion»,
Sheet Metal Industries (June 1953).
ГЛАВА 11
«Bearing Cups Cold Formed», Steel (February 23, 1959).
Brown D. L, «Cold Exstrusion of 105-millimeter Shells Saves Steel», Iron
Age (October 19, 1950).
Crane E. V., «The Cold Extrusion of Steel and the Use of Hydraulic Pres-
ses», Sheet Metal Industries (June 1953).
«Danly Side Ram Extrusion Press for Gudgeon Pins», Machinery (London)
(April 12, 1957).
Davis D. J., «Cold Working of Metals», Talk presented at Detroit Chapter, '
Society of Automotive Engineers (February 17, 1958).
De Groat, George H., «Cold Extrusion Improves Small Parts», Ame-
rican Machinist (May 7, 1956).
Eshelman R. H., «Cold Extrusion Chows one way to Diversity wtih Profit»,
Iron Age (February, 12, 1959).
Geschelin, Joseph, «Cold Extrusion saves Time and Material in Making
Rocket Elements», Automotive Industries (January 1, 1953).
H г о n H. G., «Huge Mechanical Press Speeds Production of Cartridge Ca-
ses», Machinery (January 1953).
Kaul Ben, «Cold Extruded Shells for the Field Artillery», Machinery
(January 1951).
Kaul Ben, «Cold Extrusion of Steel», Machinery (August 1957).
Kessler R. L., Fletcher W. А., В о w m a n W. P., «How Delco-Remy
Cold Forms Metal», American Machinist (July 20, 1953).
Литература
541
MacConochie, Dr. Arthur F., «Shell Forming: Some Like It Hot, Some
Like It Cold», Steel (February 27, 1956).
Patton W. G., «Switch to Cold Forming Cuts Production Costs», Iron Age
(November 17, 1955).
Wick, Charles H., «Ford Speeds Output of Needle Bearings», Machinery
(December, 1957).
ГЛАВА 1.2
Braun A., «Cold Flow Machninig», Talk presented before Machine Design,
and Production Engineering Group, Detroit Section A.S.M.E., May 26,
1958.
«Cold Extrusion and Deep Drawing», Machinery (London), (February 22,
1957).
Kaul Ben, «Cold Extrusion of Steel», Machinery (August 1957).
Leland J. F., H e 1 m s J. W., «The Influence of Proper Lubrication on the
Design of Cold-Extruded Components», Paper No 266 presented at the
S.A.E. National Passenger Car Body and Materials Meeting, Detroit,
Mich., March 2, 1954.
P e s s 1 H. J., H a u 11 m a n n H. H., «Early Experiments in Cold Extrusion
of Steel», Metal Progress (July, August, 1953).
Turner C. A., Jr., «Short Cycle Anneal Restores Ductility in Cold Extru-
sions», The Iron Age (March 10, 1955).
.ГЛАВА 13
Ayres R. F., «The Basic Types of Phosiphate Coatings and Where to Use
Them», Materials and Methods (October 1951).
Bastian E. L., «Metalworking Lubricants», McGraw-Hill Book Co, New
York, 1951.
Battelle Memorial Institute, «Shaping of Steel by Extrusion Methods», A sur-
vey report prepared by Wahll M. J., Goldman M., Case S; L., Udy M. C.
and Boulger F. W. for the Frankford Arsenal under Contract Da—36—
038—ORD—10681, July 31, 1954, PB 123002.
Bishop, Tom, «Tools, Lubricants, and Steels for Cold Extrusion», Metal
Progress (August 1953).
В r e g m a n A. P., «Surface Treatment for Cold Extrusion», Metal Progress
(December 1951). 1
Gehman, Hugh, «Granodraw — Aid to Cold Forming», Industrial Sheet
Metal (December 1950).
Gilbert L. O., Eisler S. L., D о s s J., McHenry W. D., «Phosphate
Coating Retention During Cold Extrusion of Artillery Shells», Metal Fi-
nishing (April 1955).
Heintz Division, Kelsey — Hayes Co, «Cold Shaping of Steel», Summary
Report, Department of Commerce, PB96704, 1949.
542
Литература
Holden Н. А., «А .Review of Phosphate Coatings for Assisting Cold Extru-
sion», Sheet Metal Industries (June 1953).
Leland J. F., «Tooling for Cold Steel Extrusion», Machinery (July 1955).
L e 1 a n d J. F., H e 1 m s J. W., «The Influence of Proper Lubrication on the
Design of Cold Extruded Components», A paper presented at the S.A.E.
National Passenger Car Body and Materials Meeting, Detroit, Mich.,
March, Г954.
Pessl H. J., Hauttmann H. H., «Early Experiments in the Cold Extru-
sion of Steel», Metal Progress (July and August 1953).
Spring S., «Posphate Coatings as Lubricants in the Severe Forming of
Metals», Iron and Steel Engineer (May 1952).
Spring S., «Lubrication in Drawing of Steel Cartridge Cases», Frankford
Arsenal Report R—673, November, 1945.
ГЛАВАМ
Bishop Tom, «Tools, Lubricants, and Steels for Cold Extrusion», Metal
Progress (August 1953).
«Heavy-Duty Tooling for Cold Extrusion of Steel», Machinery (April 1954).
Johnson E., Bishop E., «Die Steels for СоЦ Extrusion», Sheet Metal
Industries (June 1953).
Leland J. F., «Tooling for Cold Steel Extrusion», Machinery (July, 1955).
Lloyd T. E., С о p e с к i E. S., «Cold Extrusion of Steel», Iron Age
(August 4, 1949).
PesaK Frank J., «Die Cuts Cost of Impact Extruding at North American»,
Machinery (July 1956).
Sieber K., «Developments in Cold—Flow Pressing and Extrusion of Steel»,
Machinery (London) (May 29, 1952).
Verson John, «How to Design Practical Tooling for Cold Extrusion»,
American Machinist (October 7, 1957).
ГЛАВА 15
Battelle Memorial Institute, «.Shaping of Steel by Extrusion Methods»,
A survey report prepared by Wahll M. J., Goldman M., Case S. L.,
Udy M. C., and Boulger F. W. for the Frankford Arsenal under Contract
DA—36—038—ORD—10681. July 31, 1954. PB123002.
Bliss Co, E. W., «Bliss Power Press Handbook», Toledo, Ohio, 1950.
«Computations for Metal — Working Presses», Canton, Ohio, 1953.
«Cold Extrusion of Steel», Machinery (London) (September 18, 1953).
Crane E. V., «Plastic Working of Metals and Power Press Operations»,
John Wiley and Sons, New York, 1944.
Crane E. V., «The Cold Extrusion of Steel and the Use of Hydraulic Pres-
ses», Sheet Metal Industries (June 1953).
Fischer H., «The Cold Extrusion of Steel», Sheet Metal Industries (June
1953).
Литература
543
Johansen Е. К., «Mechanical Press Equipment for the Cold Extrusion of
Steel», Sheet Metal Industries (June, 1953).
Leland J. F., «Tolling for Cold Steel Extrusion», Machinery (July 1955).
Massey T. F., «Relative Merits of Presses for the Cold,Extrusion of Steel»,
Sheet Metal Industries (June 1953).
Pearson С. E., «Extrusion of Metals», John Wiley and Sons, New York,
1944.
P e s s 1 H. J., HauttmannH. H., «Early Experiments in the Cold Extrusion
of Steel», Metal Progress (July 1953)'.
Sieber E., «Work of Deformation», Steel (November 13, 1933).
Sieber E., «Force Required for Extrusion», Steel (February 5 and 12, 1934).
Sieber K., «Developments in Cold — Flow Pressing and Extrusion of Steel»,
Machinery (London), (May 22 and 29, 1952).
Wilson D. V., «Metallurgical Requirements of Steels for Cold Extrusion»,
Sheet Metal Industries (June 1953).
ГЛАВА 1 6
Bridgman P. W., «Large Plastic Flow and Fracture», McGraw-Hill Book
Co, Inc., N. Y, 1952.
Cole D. W., «Explosives Press-Form Difficult Shapes», American Machinist
(April 21, 1958).
Cook M. A., «The Science of High Explosives», Reinhold Publishing Co.,
N. Y., 1958.
Dickinson, Thomas A., «Behavior of Metals Under High-Energy Loads»,
The Tool Engineer (March 1958).
D u M о n d T. C., «Forming Metals at High Velocities», Metal Progress (No-
vember 1958).
«Explosive Forming — How it Works, What it Does», American Machinist
(June 15, 1959).
«Explosives Form Space Age Shapes», Steel (August 25, 1958).
Feddersen E. W., «The Convair Dynaforming Concept of High Energy '
Release Rate Forming», Paper presented at the American Society for
Metals, National Metal Congress, Cleveland, Ohio, October 27, 1958. ।
«Forming with a Bang», Steel (June 10, 1957).
Harper W. A., «Controlled Explosive Blasts Hardness Into Steel», Pro-
duct Engineering (April 13, 1959).
He r b, C h a r 1 e s O., «Ryan’s Split-Second Explosive Forming», Machinery
(July 1959).
Lambert P. F., «Explosive-Forming Meets Space-Age Production Demands»,
Machinery (June 1959).
Parr J. F., «Hydrospark Forming Shapes Space Age Metals», The Toll
Engineer (March 1960).
Pearson, John, «Fundamental Considerations in the Explosive Forming
of Metals», Talk presented at the Eleventh Western Metal Congress, ASM,
Los Angeles, Calf., March 19, 1959.
544
Литература
Peters R. W., «Impact and High-Velocity Forming», The Tool Engineer,
(July 1957).
Pet er seii, Alered H., «High Energy Rate Metal Forming», Paper pre-
sented at the American Society for Metals, National Metal Congress Cle-
veland, Ohio, October 27, 1958.
Philipchuk, Vasil., «Explosive Forming of Metals at National Northern»,
Talk presented before the Pittsburgh Chapter of the American Society for
Metals, September 1958.
R a r i n, Glen N., «Explosives Fabricate Metal at Lockheed», American
Machinist (January 14, 1957).
Rinehart, John S., Philipchuk, Vasil; Pearson, John; «Why
Explosive Forming Works», Steel (January 19, 1959).
Rinehart, John, Pearson, John, «Behavior of Metals Under Impul-
sive Loads», The American Society for Metals, Cleveland, Ohio, 1954.
T a n g e r m a n E. J., «Shock Forming with Explosives», American Machi-
nist (January 14, 1957).
Tardif H. P., «Shape, Fasten Engrave, and Test Materials with Explosi-
ves», Materials in Design Engineering (February 1959).
Via, Robert, «Explosive Forming — A Report to Businessmen on its Ap-
plications, Economics, and Prospects», Hurox-Herf Associates, Dayton,
Ohio, 1959.
Wagner H. J., D u n 1 e a v у J. G., «Hydrospark Forming-Evolution of
the Process», The Tool Engineer (March 1960).
Wat t's A. F., R a r i n G. N., «High Energy Rate Metal Forming», Interim
Technical Engineering Report No. 5., Lockheed Aircraft Corporation
LR13873, Air Material Command, Aeronautical Systems Center, Contract
No. AF 33(600) 35543.
Wick, Charles H., «Titanium Formed at Ford by Heating, Rolling, and
Exploding», Machinery (July 1957).
Wolf, Paul J., «Superalloys Formed with Explosives», The Tool Engineer
(December 1958).
СПИСОК ДОПОЛНИТЕЛЬНОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
К главе 2.
Бочвар А. А., Металловедение, Металлургиздат, 1956.
Ш о ф м а н Л. А., Элементы теории холодной штамповки, Оборонгиз,
1952.
Геллер Ю. А., Инструментальные стали, Металлургиздат, 1955.
У иксов Е. П., Инженерные методы расчета при обработке металлов
давлением, Машгиз, 1955.
Ун к сов Е. П., Инженерная теория пластичности, М., Машгиз, 1959.
Сторож ев М. В., Попов Е. А., Теория обработки металлов давле-
нием, изд. 2, «Высшая .школа», М., 1963.
Литература
545
К главе 3.
Попов В. А., Холодная высадка металлов, Машгиз, 1955.
Гладких А. Н., Холодная высадка и выдавливание изделий, изда-
ние ЦИНТИАМ, серия ОМ-Ш, 11964.
Навроцкий Г. А., «Развитие производства крепежных и других
деталей на холодновысадочных прессах-автоматах, Кузнечно-штампо-
вочное производство, № '10 (1961).
Технологический справочник по ковке и объемной штамповке под ред.
М. В. Сторожева, Машгиз, 1959.
Навроцкий Г. А., Прессы-автоматы для холодной штамповки,
Машгиз, 1956.
Гладких А. Н., Автоматизация холодновысадочного производства,
Машгиз, 1963.
К главе 4.
Басов М. И., Высокопроизводительные способы изготовления резь-
бы, Машгиз, 1949.
Лисицын В. Д., «К теории холодного накатывания роликами фасон-
ных профилей», об. «Прогрессивная технология кузнечно-штамповочного
производства», Машгиз, 4952. Смирнов-Аляев Г. А., «Иссле-
дование напряженно-деформированного состояния материала загото-
вок и определение усилия формоизменения при накатывании трапе-
цеидальной резьбы», «Ленинградские кузнецы и штамповщики в борь-
бе за технический прогресс», Ленинградское газетно-журнальное и
книжное изд-во, 1952.
Губин А. П., «Теория накатывания резьбы роликами», Станки и
инструмент, № 5 (I960).
Басс Н. 3., Накатывание резьбы и новая геометрия накатного ин-
струмента, Машгиз, 1949.
Якушев А. И., «Влияние технологии изготовления и основных па-
раметров резьбы на.прочность резьбовых соединений», Государствен-
ное изд-во оборон, промышленности, Москва, 1956.
К главе 5,
Ильин М. Г., «Холодная накатка мелкомодульных зубчатых колес»,
Приборостроение, № 4 (1'956). .
Кузьмин А. Д., «Изготовление зубчатых колес методом горячей и
холодной прокатки». Сб. «Прогрессивная технология машиностроения»,
кн. 41, Машгиз, 1956.
К главе 6.
Лисицын В. Д., «К теории холодного накатывания роликами фасон-
ных профилей», сб. «Прогрессивная технология кузнечно-штамповоч-
ного производства», Лонитомаш, 1952.
546
Литература
К главам 7, 8.
Любвин В. И., «Обработка деталей ротационным обжатием», Маш-
гиз, 1959.
Радюченко Ю. С., «Ротационная ковка. Обработка деталей на
ротационно- и радиально-отжимных машинах», Машгиз, 1962.
Л” главам 9—15.
Холодное выдавливание. (Библиографический указатель литературы)^
Ленинград, 1962.
Пономарев В. И., «Факторы, влияющие на процесс холодного вы-
давливания», М., 1959 (филиал ВИНИТИ. Передовой научно-технич.
и произв. опыт, тема 6, № 59—290, 13).
Романовский В. П., Справочник по холодной штамповке, М.—Л.,.
Машгиз, 1959.
Кузнецов Д. П., «Совершенствование технологии изготовления по-
лых цилиндрических деталей с фланцем», Кузнечно-штамповочное про-
изводство, № 111 (1961).
Михайленко Н. А., Булевский В. Б., Б амок А. К., «Хо-
лодное выдавливание стальных деталей», Технология машиностроения,.
Научно-техн. сб. (ЦИНТИМАШ), № 10, 1960.
Резников А. Г., «Изготовление стальных и дур алюминиевых за-
готовок холодным выдавливанием», М., 1961, вил. (ЦИТЕАН), Пере-
довой научно-техн, и производствен, опыт. Тема 5, № М61-61/4. Орга-
низация процессов холодной обработки металлов давлением. Выпуск 4.
Филимонов Ю. Ф., «Опыт холодного выдавливания стальных де-
талей», Кузнечно-штамповочное производство, № 12 (I960).
Д е о р д и е в Н. Т., Обработка деталей редуцированием, Машгиз^
1960.
Воробейчик Ю. Г., Митькин А. Н., «Установка для испыта-
ния на стойкость инструмента при* выдавливании», Автомобильная
промышленность, № 3 (1961).
Б а р н о в с к и й М. А., Б у л ь х В. Н., «Выбор смазок при обратном*
холодном выдавливании стали», сб. «Машиностроитель Белоруссии»,,
вып. 6, Минск, 1959.
Карлович Б. И., «Исследование эффективности смазок для холод-
ного выдавливания алюминия», об. «Машиностроитель Белоруссии»,,
вып. 5, Минск, 1958.
Синицына Т. В., Михайлова 3. В., «Режим фосфатирования
и опыливания заготовок колец кардонных подшипников перед холод-
ным выдавливанием», труды ин-та (Научно-исслед. эксперимент, ин-
ститут подшипниковой промышленности), 1960, вып. 1.
Фельдман, «Холодное выдавливание стальных деталей», Машгиз^
1962.
Шухов Ю. В., Кузьмин Л. П., «Холодная объемная штамповка
прессованием», ЦИНТИАМ, серия ОМ-Ш, 1964.
Глава 3
547
К главе 13.
Бутузов Е. А., «Специальные виды штамповки», изд. «Высшая шко-
ла», 1963.
Глушков В. Н., Бойченко А. П., «Машины высокой энергии»,.
Кузнечно-штамповочное производство, № 2 (11963).
«Новое в кузнечно-штамповочном производстве», под ред. Н. Т. Деор-
даева, изд. «Машиностроение», 1964.
Пихтовников Р. В., Завьялова В. И., «Штамповка листового-
металла взрывом», М., изд. «Машиностроение», .1’964.
Согришин Ю. П., Протопопов О. В., Оборудование для высоко-
скоростной штамповки, Кузнечно-штамповочное производство, № 2
(1963).
Т о к а р с к и й А. П., Развитие молотов с гашением ударных сил внутри
системы, Кузнечно-штамповочное производство, № 1 (1964).
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие редактора ......................................... 5
Предисловие автора ............................................ 8
Глава 1. Обработка металла без снятия стружки................ И
Глава 2. Физические основы пластического деформирования металлов 19
Глава 3. Холодная высадка..........'........................ 43
Глава 4. Накатка резбы ....................................... 82
Глава 5. Накатка зубцов, шлицев и шестерен................. 126
Глава 6. Ротационное выдавливание...........................158
Глава 7. Ротационная ковка..................................217
Глава 8. Внутреннее профилирование ротационной ковкой.......250
Глава 9. Холодное выдавливание стали........................280
Глава 10. Выбор материалов и конструирование изделий для холодного
выдавливания ................................................ 304 -
Глава 11. Применение холодного выдавливания...................321
Глава 12. Производство заготовок и вторичные операции.........363
Глава 13. Фосфатирование и смазка для холодного выдавливания . . 381
Глава 14. Конструкция штампов для холодного выдавливания стали 404
Глава 15. Выбор прессов для холодного выдавливания стальных изделий 448
Глава 16. Взрывные и другие импульсные методы штамповки .... 478
Литература . . . . .................................535
Список дополнительной литературы ............................ 544
Ч. Уик
обработка металлов без снятия стружки
Редактор Л. Троицкая.
Художник А. Шкловская. Художественный редактор Н. Фильчагина.
Технический редактор Ю. Экке. Корректор К. Г. Кривда.
Сдано в производство 29/Х 1964 г. Подписано к печати 3/VI 1965 г.
Бумага 60X90716= 17,13 бум. л. 34,25 печ. л. Уч.-изд. л. 33,03. Изд. № 20/1337
Цена 2 р. 51 к. Зак. 604
(темплан 1065 г. издательства «Мир», пор, № 187)
ИЗДАТЕЛЬСТВО «МИР»
Москва, 1-й Рижский пер., 2
Московская типография № 20 Главполиграфпрома Государственного комитета
Совета Министров СССР по печати. Москва, 1-й Рижский пер., 2
ОПЕЧАТКИ
Стра- ница Строка Напечатано х Следует читать
8 7 сверху литье штамповка
45 18 снизу гребни канавки
70 14 сверху разъемные составные
84 7 сверху Процесс можно использовать Поверхность
для накатки масляных
Зак. № 604