/
Author: Биллигман И. Ланский Е.Н.
Tags: машиностроение штамповка переводная литература справочное руководство
Year: 1960
Text
Stauchen und Pressen
Handbudi
fiir die bildsame Kalt- und Warmformgebung
von Stahlen und Niditeisenmetallen
in der Serien- und Massenfertigung
Von
Dipi.-Ing. J. Billigmann
И. БИЛЛИГМАН
Дипломир. инженер
G Ы
ВЫСАДКА
И, ДРУГИЕ МЕТОДЫ'
ОБЪЕМНОЙ ШТАМПОВКИ
СПРАВОЧНОЕ РУКОВОДСТВО
по штамповке сталей и цветных металлов
в холодном и горячем состоянии
при серийном и массовом производствах
Перевод с немецкого
канд. техн, наук Е. Н. ЛАНСКОГО
ГОСУДАРСТВЕННОЕ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО
МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
Москва 1960
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
iwj
Днепропе тровск ш
CO В JI I' 3
ТЕХНИЧЕСКАЯ
БИБЛ . i a A
Редактор д-р техн, наук проф. В. Т. Мещерин
Редакция литературы по тяжелому машиностроению
Зав. редакцией инж. С. Я. ГОЛОВИН
ПРЕДИСЛОВИЕ АВТОРА
В массовом и серийном производстве все большее значение приоб;
ретают методы объемной штамповки. В последнее время по этому
вопросу опубликовано много ценных практических сведений, которые
нашли свое отражение пока что лишь в отдельных статьях. До сего
времени отсутствует обобщающий, доступный широкому кругу чита-
телей обзор, посвященный этой области пластического деформирова-
ния в горячем и холодном состоянии.
Предлагаемая книга восполняет этот пробел. В ней рассматривают-
ся применение различных материалов, их обработка, основы и особен-
ности различных методов штамповки, особенности применяемого для
такой штамповки оборудования, а также инструмент и вспомогатель-
ные устройства. Наряду с этим даются указания по рациональному
внедрению различных методов штамповки, приводятся границы воз-
можного использования их, дается экономическое сравнение примене-
ния различных методов и машин. Цель книги — дать в форме справоч-
ника возможно полное представление о высадочно-штамповочной тех-
нологии в целом и показать современное состояние ее в ФРГ и за
рубежом. Вместе с тем книга имеет в виду молодое поколение техниче-
ских работников, у которых она должна пробудить интерес к высоко-
производительным методам пластического деформирования и показать
их широкие возможности.
Соответственно назначению книги в ней полностью исключено
изложение теоретических данных, но выводам и полезным для произ-
водства результатам уделено надлежащее внимание.
Автор благодарит своих давних сослуживцев и коллег по профес-
сии за помошь при подборе и обработке источников и просмотр ру-
кописи.
Признательность автор выражает также и всем фирмам, которые
представлением рисунков и чертежей содействовали созданию книги
в предлагаемом виде.'
И. Биллигман
Нюрнберг и Аахеп, 1953 г.
ВВЕДЕНИЕ
При определении различных методов холодного и горячего пласти*
ческого деформирования не всегда применяется строгая терминология.
Так, термины штамповка и осадка, а также ковка в обычной речи
употребляются часто для одинаковых процессов деформирования,
Фиг. 1. Классификация методов обработки металлов
без снятия стружки.
хотя в действительности каждый из них должен определять только
один конкретный метод. Точного разграничения этих понятий не соблю-
дают главным образом потому,' что весьма трудно разграничить их.
между собой.
Под осадкой или высадкой обычно понимают такой пластический
процесс формообразования, при котором усилие действует вдоль оси
детали независимо от скорости и метода приложения этой силы. При
штамповке направление действия сил может быть любым: силы могут
действовать вдоль оси или поперек, или, наконец, наклонно к ней.
Если этот процесс осуществляется с динамическим нагружением, то
говорят о штамповке ударами.
На фиг. 1 сделана попытка определить место процессов высадки
и штамповки среди других методов формообразования. В этом смысле
в данной книге излагается главным образом изготовление мелких
и средних деталей в серийном и массовом производстве. Но по неко-
торым описываемым вопросам не удалось полностью избежать попут-
ного описания методов горячей ковки и листовой штамповки.
I. ИСХОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Для штамповки и высадки можно применять все материалы, имею-
щие достаточную пластичность в горячем или холодном состоянии.
Наибольшее значение при этом имеют различные стали. Из цветных
металлов шире всего применяется латунь, за ней следуют другие мед-
ные сплавы, а затем легкие сплавы. Для некоторых специальных
целей приходится обрабатывать никелевые и цинковые сплавы и го-
раздо реже — сплавы олова и свинца. В особых случаях обрабаты-
вают и драгоценные металлы — серебро, золото и платину. Выбор
материала определяется условиями работы детали, т. е. свойствами,
требуемыми при работе готового изделия, а также и способом обработ-
ки. Далеко не всегда высококачественный и дорогой материал является
единственно пригодным. Уже из экономических соображений следует
отказаться от необязательных требований к качеству. Нужно ска-
зать, что по возможности следует применять только стандартные
марки и профили материалов, поскольку все специальные материалы
требуют дополнительной затраты труда в производстве, и это увеличи-
вает их цену. По всем вопросам подбора материалов, особенно для тя-
желых формообразующих операций или других специальных целей,
целесообразна совместная работа и взаимосвязь потребителей и по-
ставщиков.
А. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА МАТЕРИАЛОВ
1. ВИДЫ ПРОФИЛЕЙ МАТЕРИАЛА
Материал бывает круглого и некруглого сечения. Для штамповки
и высадки применяют, как правило, круглый материал. Прокат мно-
гоугольного сечения и полосу применяют для изготовления гаек
и других фасонных деталей.
2. РАЗМЕРЫ СЕЧЕНИЙ
Наибольшие диаметры или стороны квадратов, которые применя-
ются при холодной высадке, составляют 20—25 мм. За границей также
за этот предел выходят лишь в отдельных случаях. При обработке
изделий на узкоспециальных машинах диаметр может доходить до
5 мм и более. При холодной объемной штамповке и калибровке,
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА МАТЕРИАЛОВ <)
конечно, возможны и значительно большие размеры. Минимальный
диаметр проволоки, высаживаемой на специальных машинах, состав-
ляет 0,6 мм.
При деформировании в горячем состоянии верхняя граница раз-
меров сечений значительно выше указанных и даже практически не
ограничена. Нижнюю границу также нельзя точно установить. Однако-
высадка в горячем состоянии материала диаметром менее 8 мм встре-
чается весьма редко.
3. ВЕС И ФОРМА ПОСТАВЛЯЕМЫХ МАТЕРИАЛОВ
Материал может поставляться на машиностроительные заводы
как в форме бунтов, так и в форме прутков или полос. При холодной
высадке на автоматах проволока в бунтах применяется до 12—16 мм,
при больших диаметрах используют прутки.
В отдельных случаях может быть целесообразным применение
прутков также и при высадке малых размеров, например, когда отно-
шение длины стержня к его диаметру велико, или если при последу-
ющей термообработке необходимо обеспечить прямолинейность стерж-
ня. В последнем случае применение проволоки в мотках нерациональ-
но, так как после ее правки остаются внутренние напряжения, вызы-
вающие искривление стержня. Поставка материала в прутках может
быть принята и в других случаях, когда требуются заготовки в виде
стержней. Металл, предназначаемый для горячей обработки дав-
лением и при малых размерах сечения чаще выбирают в виде прут-
ков. Лишь при наличии специальных машин с автоматическим циклом
работы целесообразно применение бунтов проволоки (малых размеров
сечения), чтобы облегчить возможности непрерывной работы.
Диаметр бунта составляет 600—800 мм, вес нормального бунта
стальной проволоки (или других тяжелых сплавов) колеблется в пре-
делах 40—60 кг и лишь редко превосходит 80 кг, так как большой вес
при отсутствии подъемных механизмов затрудняет оперирование с
бунтом. В последнее время в США появились более тяжелые бунты,
вес которых доходит до 300 кг. В Германии также производятся бун-
ты весом до 200 кг. Иногда большие бунты получаются путем сварки
встык относительно небольших бунтов. Для легких сплавов вес бун-
та составляет примерно 30 кг. Увеличение веса бунта способствует
увеличению производительности, так как сокращаются потери вре-
мени на заправку материала.
Для металла, поставляемого в виде прутков, длину и вес их сле-
дует ограничить, так как очень длинный пруток нетранспортабелен,
и его трудно разместить в производственных помещениях. Поэтому
прутки больших сечений имеют длину, не превышающую 7 м, а прут-
ки малых сечений имеют значительно меньшую длину. Длинные
прутки при погрузке легко деформируются, и это затрудняет их даль-
нейшее использование.
10
ИСХОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Б. СПОСОБЫ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛА И ТРЕБОВАНИЯ
К ТОЧНОСТИ ЕГО РАЗМЕРОВ
1. СОСТОЯНИЕ ПОСТАВКИ
Обычно материал поставляется в следующем виде:
а) горячекатаный (при больших размерах кованый; для цветных
металлов прессованный без дальнейшей отделки);
б) катаный с последующей отделкой (травлением и известкованием
поверхности);
в) холоднотянутый и неотожженный;
г) отожженный и холоднотянутый;
д) холоднотянутый и отожженный;
е) холоднотянутый, отожженный и вновь подвергнутый волочению.
Состояние поставки необходимо оговорить при заказе. Указания
по выбору состояния поставки даны ниже. Однако следует помнить,
что с точки зрения стоимости рекомендуется широкое применение ка-
таного материала во всех случаях, когда допуски на прокат удовле-
творяют требованиям производства. При массовом производстве не-
точных деталей, размер сечения которых выше 8 мм, применяют ка-
таную проволоку. При диаметре менее 7—8 мм достижение требуемой
точности при прокатке затруднено, и поэтому следует, как правило
применять тянутый материал.
2. РАЗМЕРЫ
При установлении размеров сечения исходного материала следует
отличать изготовление деталей стержневого типа от деталей другой
формы.
а) Размеры для деталей со стержнем
Детали, имеющие стержень с высаженной головкой или пояском,
изготовляются обычно холодной или горячей высадкой прутка, номи-
нальный размер которого (как правило, наибольший) должен быть
несколько меньше, чем диаметр отверстия высадочной матрицы, что-
бы обеспечить свободное заталкивание материала. Так как при высад-
ке размер сечения материала несколько увеличивается, то диаметр
исходного материала должен быть всегда несколько меньше диаметра
стержня изделия.
Для обработки на современных холодновысадочных автоматах
проволока или пруток, наоборот, должны иметь больший размер,
чем стержень изделия. Например, исходный размер диаметра при изго-
товлении болта методом двойного редуцирования или на автоматах-
комбайнах берется на 10—15% (иногда до 18%) больше диаметра стерж-
ня. При выдавливании стержня в Целях достижения равного упррч-
СПОСОБЫ ОБРАБОТКИ И ТРЕБОВАНИЯ К ТОЧНОСТИ I 1
нения головки и стержня исходный материал берется на 30—35%
больше.
При выдавливании детали с цилиндрической головкой диаметр
исходного сечения составляет примерно
А = VDd,
где D — диаметр головки, a d — диаметр стержня.
б) Размер исходного материала для деталей без стержневой части
Оптимальное сечение заготовки для штампуемых деталей, не
имеющих стержня, установить трудно. При горячей штамповке оно
зависит от рационального отношения длины к диаметру заготовки.
Это отношение влияет на заполняемость полости ручья. При увели-
чении отношения ручей заполняется лучше, и уменьшаются потери
металла в заусенец. Для деталей, получаемых за счет раздачи заго-
товки, требуется меньшее отношение. Диаметр заготовки следует
рассчитывать исходя из заданного объема, выбирая отношение длины
к диаметру в пределах 0,5—1,5.
в) Размеры исходного материала для гаек
При вырубке гаек толщина полосы берется приблизительно рав-
ной высоте изготовляемой гайки, а ширина зависит от положения,
в котором штампуется гайка.
Если шестигранник гайки образуется за счет последующей обсеч-
ки, то ширина полосы берется равной размеру между вершинами ше-
стигранника; при штамповке в положении «под ключ» размеры полосы
принимаются приблизительно равными этому размеру.
Исходное сечение прутка или проволоки при холодной штамповке
гаек устанавливается также по размеру «под ключ». Для штамповки
на прессах Вотербери исходный диаметр составлял ранее около 80%,
а теперь на новых автоматах 88—90% от размера «под ключ». Штам-
повка по методу Мальмеди производится из проволоки диаметра,
равного 65% от того же размера. Для автоматов, основанных на штам-
повке методом Гатебур, диаметр тянутого шестигранного прутка
составляет 90—95% размера «под ключ».
При горячей штамповке гаек из полосы важны прежде всего раз-
меры ее поперечного сечения; для автоматов, оснащенных приспособле-
нием для надсечки, ширина берется меньше, чем на автоматах более
старой конструкции. Современные методы малоотходной штамповки
гаек из прутка допускают выбор размеров исходного материала
в сравнительно широких пределах. Так, благодаря соответствующему
изменению длины отрезаемой заготовки, при одном диаметре можно
изготовлять гайки трех размеров.
12
ИСХОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
3. ДОПУСКИ НА ТОЧНОСТЬ РАЗМЕРА МАТЕРИАЛА
Допускаемые отклонения размеров основных материалов регла-
ментированы соответствующими стандартами. Наряду с этим при
изготовлении высококачественных изделий допуски могут задаваться
более жесткими по согласованию с поставщиками.
На фиг. 2 приведены допуски для стальных тянутых или катаных
прутков различного диаметра. Как правило, отклонения устанавли-
Фиг. 2. Допуски на катаные и тянутые стали согласно
различным стандартам.
ваются односторонними, направленными «в тело» (минусовыми). Для
полос, используемых при вырубке гаек, отклонения по ширине уста-
новлены также отрицательными, а полосы для горячей штамповки
гаек имеют симметричное отклонение по ширине.
Так как при прочих равных условиях стоимость материала воз-
растает с повышением точности, не следует по экономическим сообра-
жениям завышать требования в отношении точности. Вопрос о том,
с какими допусками на сечение следует приобретать материал, реша-
ется отчасти в зависимости от применяемого оборудования и инстру-
мента, но основным критерием является точность готовой детали.
Так, допуски на детали, штампуемые без заусенца, должны быть
жестче, чем у деталей с заусенцем.
В. РАСХОД МАТЕРИАЛА
Норма расхода обычно определяется путем прибавления к весу
готовых деталей неизбежных при данном технологическом процессе
отходов. Таким образом, определение величины отхода является
отправным пунктом для установления расхода материалов. Отход
может выражаться дополнением к весу готовых деталей и определен-
ным процентом от нормы расхода. Обе величины взаимозависимы,
и их легко определить по кривой, изображенной на фиг. 3.
РАСХОД МАТЕРИАЛА
13
Величина отхода зависит от фор-
мы, диаметра и длины детали. Сю-
да включаются концевые отходы
(отход из-за некратности длины
бунта), отходы на заусенец (отход
имеет место у детален, которые после
штамповки обрезаются), потери на
угар и на окалину (для деталей, обра-
батываемых в нагретом состоя-
нии), потери на производственный
брак. Для деталей, окончательно
обрабатываемых резанием (например,
нарезанием резьбы), получается еще
один источник потерь.
1. КОНЦЕВЫЕ ОТХОДЫ
Для пруткового материала про.
цент концевого отхода можно опре-
делить, разделив длину отхода на
длину прутка. При обработке из
бунта расчет отхода базируется на
данных о длине, диаметре проволоки
и среднем весе бунта.
Вычет от черного Веса
Фиг. 3. Вес отхода в % к чис-
тому весу (весу детали) или к
черному весу. Пример: прибав-
ка 14% к чистому весу соот-
ветствует вычету 12,3% от чер-
ного веса.
Фиг. 4. Номограмма для определения концевых отходов:
А — длина отхода бунта или прутка в лш, R — средний вес буита или прутка в кг.
Пример: при диаметре проволоки 7,7 мм концевые отходы составляют 650 мм, что рав-
няется 0,6% от веса буита при среднем весе его 40 кг,
’’На фиг. 4 приведена номограмма для определения концевых
отходов для диаметров до 20 мм.
14
ИСХОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
2. ОТХОДЫ НА ЗАУСЕНЕЦ
Как правило, холодной высадкой стремятся изготовить детали
без заусенцев. Однако это удается не во всех случаях, и тогда отштам-
пованная головка или поясок должны еще обрезаться. Отход, получаю-
щийся при этом, довольно значителен — его величина зависит от
формы и размеров высаживаемой детали.
Точное определение этого отхода хотя и возможно, но расчет слиш-
ком длителен и сложен. Предпочтительнее пользоваться номограммой
(фиг. 5), которая позволяет определить отходы на заусенец с доста-
точной для практики точностью. По приведенному на фигуре примеру
порядок определения очевиден.
Для горячей штамповки деталей соотношения приблизительно
аналогичны, поэтому можно данные по номограмме использовать
как отправные значения. Вообще говоря, для разнородных по форме
деталей точных численных данных указать нельзя.
При холодной и горячей штамповке гаек отход на обрезку граней
и пробивку отверстия в большей степени зависит от выбранного метода
Фиг. 5, Номограмма для определения величины отходов на обрезку заусенца
при холодной высадке деталей:
а—детали с малой головкой и небольшим заусенцем; b — детали со средней величиной голов-
ки и небольшим заусенцем; с — детали с большой головкой и небольшим заусенцем; d — де-
тали с большим заусенцем или припуском под обсечку; е — детали с наибольшим заусенцем
или припуском на обсечку.
Кривые относятся к следующим стандартным крепежным деталям: а— винту с конической по-
тайной головкой, высаживаемой с заусенцем (DIN 606); b — виитам с цилиндрической потай-
ной головкой и полукруглой головкой (DIN 604, 607, 608), высаживаемым с заусенцем; с —
виитам с полупотайной круглой головкой (DIN 603 и 605), высаживаемым с заусенцем; d —
шестигранным болтам (DIN 558, 601, 931 н 933); е —винтам с квадратной головкой.
Пример: для шестигранного болта М8х40 отход на заусенец составляет 10,4% от чистого ве-
са нли 9,4% от черного веса.
СТАЛИ для объемной штамповки
15
изготовления. При изготовлении шестигранных гаек вырубкой из
полосы отход составляет приблизительно 50% нормы расхода, при хо-
лодной штамповке современными методами в зависимости от формы
и размеров отход составляет 8—14%. При горячей штамповке гаек
устаревшими методами следует рассчитывать на 35% отхода, а по
новейшим способам в благоприятных случаях потери с учетом угара
концевых отходов и брака можно снизить до 15%. Приближенные
данные по этому вопросу приведены в сответствующих разделах.
3. УГАР
Общепринятых данных, касающихся определения потерь металла
на угар и окалину при нагреве, нет, так как отсутствуют точные све-
дения о влиянии конструкции печи, ее отопления и атмосферы, вида
нагреваемого материала и размеров нагреваемого участка. Для при-
близительных расчетов можно принимать потери для стали в среднем
2—3% при местном нагреве концов прутков и около 5% при нагреве
заготовок целиком. При повышении температуры угар больше; при
штамповке гаек и аналогичных с ними деталей потери на угар следует
считать до 7%.
4. УЧЕТ ПРОИЗВОДСТВЕННОГО БРАКА
Отход на покрытие брака составляет до 3%; именно эта величина
принимается для калькуляции при расчете стоимости различных стан-
дартных деталей.. Сюда включаются бракованные детали, получаемые
при наладке автоматического оборудования, а также неизбежный при
массовом производстве брак. При очень малой величине изготовляе-
мой партии деталей процент потерь, образующихся при наладке, ко-
нечно гораздо больше, чем при большом масштабе производства.
При горячей штамповке следует отход на брак принимать до 8%.
Г. СТАЛИ ДЛЯ ОБЪЕМНОЙ ШТАМПОВКИ
I. СТАЛИ для ХОЛОДНОЙ ВЫСАДКИ
Стали, применяемые для холодного пластического деформирования,
классифицируются по способу выплавки их на металлургическом
заводе. Различают томасовскую сталь, мартеновскую сталь и электро-
стали, выплавленные в электропечах. Различные сорта сталей с точки
зрения холодного деформирования характеризуются содержанием
в них азота, которого в мартеновской стали 0,002—0,010%, в томасов-
ской стали 0,010—0,030%, в электростали 0,008—0,016%.
Для холодной высадки чаще всего применяется мартеновская
сталь, имеющая хорошую пластичность в холодном состоянии.Тома-
совская сталь имеет значительно худшую деформируемость, так как
высокое содержание азота и фосфора уже при малых степенях дефор-
мации обусловливает повышение твердости и резкое падение вязкости.
Поэтому томасовскую сталь применяют редко для холодной высадки,
главным образом при малых степенях деформации. Правда, несколько
кэ
Низкоуглеродистые стали
Материал Обозначение по стандарту DIN 17006 № материала пп стандарту DIN 17007 4.1CXV1KI Химический состав в % Ранее применяв- шиеся обозйаче- ния по «Перечню сталей и черных
с Si Мп Р не более S не более
Томасовская сталь St' 00 Только для второстепенных це- лей Томасовская сталь St 37, St 38. 1
TStOO 0135 <0,15 <0,25 <0,35 0,120 0,080 Т12
Для изделий с минимальны- ми степенями деформаций . TSt37 TS138 0115 0,05-0,12 Следы 0,2—0,4 0,080 0,060 Ти8
1 омасовская сталь St34, Мяг- кая. Для изделий с малыми степенями деформации .... Томасовская сталь, очень 0105 <0,08 Следы 0,18—0,35 0,080 0,060
TSt34 Тиб
мягкая тз 0103 <0,06 Следы <0,22 0,060 0,050 ТЗ
Мартеновская сталь StOO Для изделий с минимальны- ми степенями деформации . . г.Д91пДщая мартеновская сталь MStOO 0435 <0,25 <0,25 <0.35 0,120
0,080 М20
St37, St38 для изделий со сред- MSt37
ней степенью деформации . . . Успокоенная мартеновская MSt38 0415 0,08—0,18 Следы 0,2—0,4 0,060 0,060 Ми 13
сталь St37, St38 для изделий со средней степенью дёформа- MRSt37
ЦИН Мартеновская сталь, мягкая, MRSt38 0414 0,08—0,18 0,1—0,25 0,20-0,45 0,060 0,060 МЫЗ
для изделий со сравнительно большими степенями деформа- •
ции ...,о M8 0543 <0,12 Следы 0,18—0,32 0,050 0,050 М8
о
Продолжение табл. \
о
53
«
&
Материал Обозначение ю стандарту DIN 17006 № материала по стандарту DIN 17007 с Химиче Si ский состав Мп в % Р не более S не более Ранее применяв- шиеся обозначе- ния по сПеречню с 1 алей и черных металлов* (SEL)
Мартеновская сталь St34 мягкая, для изделий со сравни- тельно большими степенями де- формации MU7 0405 <0,10 Следы 0,18—0,35 0,060 0,050 Ми7
Мартеновская холодновыса- дочная сталь для изделий с вы- сокими степенями деформации MLK7 0512 <0,10 0,25—0,40 0,040 0,040 Мик7
Очень мягкая мартеновская сталь М3 0513 <0,05 > <0,28 0,040 0,040 М3
Цементируемая сталь (ранее обозначалась StClO-61). . • СЮ 0536 0,06—0,12 0,15—0,35 0,25—0,5 0,045 0,045 СЮ
Цементируемая сталь, для из- делий с высокими степенями деформации СК10 1121 0,06—0,12 0,15—0,35 0,25—0,5 0,035 0,035 СкЮ
Цементируемая сталь (ранее обозначалась StC16-61). . . - С15 0561 0,12—0,18 0,15—0,35 0,25—0,5 0,045 0,045 С15
Цементируемая сталь, для изделий с высокими степенями деформации CQ15 0572 0,12—0,1? 0,15—0,35 0,25—0,5 0,040 0,040 Cql5
Цементируемая сталь, для изделий с высокими степенями деформации СК15 1141 0,12—0,11 п 1Л 0 0,035 0,035 СкЮ
—
ИСХОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ СТАЛИ ДЛЯ ОБЪЕМНОЙ ШТАМПОВКИ
18
ИСХОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
лет назад начали изготовлять так называемые продутые стали-замени-
тели, которые благодаря специальным мерам обладают хорошей
деформируемостью в холодном состоянии. Как показано на фиг. 6, при
содержании азота ниже 0,006 томасовская улучшенная сталь обнару-
живает такое же увеличение сопротивления деформации, как и мар-
теновские стали. Поэтому в технических условиях на материал не
обязательно указывать способ приготовления стали, но обязательно
Фиг. 6. Влияние содержания азота на упрочнение при холодном
деформировании мягких кипящих сталей.
следует оговорить требования в отношении холодной деформируе-
мости. Применение для холодной высадки электросталей ограничивает-
ся некоторыми марками легированных сталей.
Выбор сталей, предназначенных для холодной высадки, обуслов-
ливается, с одной стороны, деформируемостью, а с другой химическим
составом стали, определяемым требованиями к готовой детали.
Кроме того, штампуемые стали разделяются на легированные и не-
легированные. Среди нелегированных — низкоуглеродистые мягкие
стали и высокоуглеродистые твердые. Легированные стали классифи-
цируются в зависимости от легирующих элементов или применяемых
целей.
а) Нелегированные стали
Эти стали по объему применения для холодной высадки стоят на
первом месте. В табл. 1 и 2 дан обзор мягких сталей, ранее называемых
«железом». Конечно, не все эти стали следует применять для холодной
высадки; некоторые из них применяются только для вспомогательных
целей, при высадке с малыми степенями деформации или при комби-
нированных процессах — холодной предварительной высадке с окон-
СТАЛИ ДЛЯ ОБЪЕМНОЙ штамповки
19
Таблица 2
Механические свойства низкоуглсродистых сталей
Материал Предел теку» чести as не менее в кГ/м* Предел проч- ности на раз- рыв сг^ в кГ/мм* Удлинение 6е не менее в % Удлинение б10 не менее В % Твердость по Вринслю 30 (Р - 30-D*)
--— stoo (34—50) (22) (18) 95—140
S134 19 34—42 30 25 95—115
St37 37—45 25 20 100—125
St38 38—45 25 20 105—125
СЮ Cl 5 <130 <140
Приведенные цифры относятся только к горячекатаным или кованым сталям в отожжен-
ном состоянии. Приближенно можно принять это для тянутых и отожженных сталей.
чательной штамповкой в нагретом состоянии. Наиболее распростра-
нены и экономически выгодны для изготовления деталей в массовом
масштабе марки MV7 (ранее St 34.13) и MUK7, обладающие высокой
деформируемостью.
В то время как высококачественные стали для холодной высадки,
как и цементуемые стали, разливаются успокоенными, обычные мало-
Фиг. 7. Вид зоны ликвации и распределение твердости у
стали. Поперечный шлиф, протравленный. X 1,5
° сталь, разлитая в кипящем состоянии; b — сталь, разлитая в
низкоуглеродистой
раза.
СПОКОЙНОМ СОСТОЯНИИ.
Углеродистые стали применяются только при разливке их кипящими.
Это обусловливает большое различие в твердости зоны ликвации и по-
верхностного слоя (фиг. 7, а). Сравнение с фиг. 7,6 показывает, что
2*
20
ИСХОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
в успокоенной малоуглеродистой стали такой разницы нет. Однако
характерная для кипящей стали разнородность твердости по сечению
отнюдь не исключает ее хорошей деформируемости в холодном состоя-
нии. Наоборот, затвердевание слитков в изложнице и небольшое
загрязнение шлаками мягкой внешней поверхности должно способ-
ствовать, судя по многочисленным исследованиям, хорошей деформи-
руемости, и это делает сталь пригодной даже для тяжелых высадочных
процессов. Следует обращать внимание на величину и очертание зоны
ликвации; необходимо, чтобы она лежала по середине сечения, так
как ликвация с выходом на по-
Фиг. 8. Влияние содержания углеро-
да на прочностные свойства стали
(схематически).
верхность в исходном сечении мо-
жет вызвать затруднения при хо-
лодной высадке.
Так как большое содержание
углерода ухудшает деформируе-
мость стали, оно редко превосходит
0,5%, хотя для особых целей мож-
но высаживать стали с высоким
содержанием углерода (до 1,1%).
Для деталей, которые должны
иметь высокие механические пока-
затели, используют в качестве ис-
ходного материала, как правило,
стали, характерные низкими меха-
ническими свойствами и хорошей
деформируемостью в отожженном
состоянии. Желаемые прочностные
характеристики достигаются уже после деформирования за счет терми-
ческой обработки — улучшения. В какой степени это возможно для
различных углеродистых сталей, показано на фиг. 8. Нижняя кривая
показывает прочность отожженной стали в зависимости от содержания
углерода, верхняя соответствует тому же показателю для закаленной
стали. Кривые ограничивают поле улучшения; любое значение проч-
ности в пределах поля может быть достигнуто соответствующей термо-
обработкой. Следует иметь в виду, что наряду с прочностью важны
и другие качественные характеристики, в частности удлинение; поэтому
практическое значение имеет только нижняя треть заштрихованного
поля.
В табл. 3 приведены ряд марок и химический состав применяемых
для холодной высадки нелегированных улучшаемых сталей,стандарти-
зованных согласно DIN 17200 (раньше 1661 и 1667). В табл. 4 сделан
обзор их прочностных свойств в нормализованном состоянии. Стали
для холодной высадки марок CQ22 до CQ45 по DIN 1654 отличаются
от обычных улучшаемых сталей большей однородностью, чистотой
по неметаллическим включениям и лучшим качеством поверхности.
У этих сталей по техническим условиям более низкое содержание фос-:
фора и серы.
СТАЛИ ДЛЯ ОБЪЕМНОЙ ШТАМПОВКИ
21
Таблица 3
Нелегированные улучшаемые стали для холодной высадки
Материал Обозначения по стандарту DIN 17006 № материала по стандарту DIN 17007 Химический состав в % |енявшиеся я по <Пе тей и чер* лов» (SEL)
С SI Мп Р не более S не более
Ранее прии Я ж К gs« я Я я "0 Н w о # S зил э cxtc
Улучшаемая сталь (ранее StC25-61). . . С22 0611 0,18—0,25 0,15—0,35 0,30—0,60 0,045 0,045 С22
Улучшаемая сталь для изде- лий с высокой степенью де- формации (сталь для холодной высадки болтов 5D) CQ22 0612 0,18—0,25 0,15—0,35 0,30—0,60 0,040 0,040 Cq22
Улучшаемая сталь (ранее S1C35-61) . . . С35 0651 0,32—0,40 0,25—0,50 0,40—0,70 0,045 0,045 335
Улучшаемая сталь для изде- лий с высокой степенью дефор- мации (сталь для холодной высадки болтов 5D и 8G) . . . CQ35 0652 0,32—0,40 0,15-0,35 0,40—0,70 0,040 0,040 Cq35
Улучшаемая сталь (ранее StC45-61) . . . С45 0721 0,42—0,50 0,25—0,50 0,50—0,80 0,045 0,045 С45
Улучшаемая сталь для изде- лий с высокой степенью дефор- мации (сталь для ХОЛОДНОЙ высадки болтов 8G) CQ45 0722 0,42—0.50 0,15—0,ЗЕ 0,50—0,80 0,040 0,040 Cq45
Таблица 4
Механические свойства иелегированных улучшаемых сталей
Материал Предел текучести ag в кГ/мм* не менее Предел прочности на разрыв в кГ/мм* Удлинение S5 в % не менее Твердость по Бринелю 30 Р«г30.0’ не более
С22 24 42—50 27 155
С35 28 50—60 22 172
С45 34 60—72 18 206
Приведенные цифры относятся только к катаным или кованым сталям в отожженном
состоянии.
Для тянутых с последующим отжигом сталей могут быть приняты как приближенные.
22
ИСХОДНЫЕ МАТ ЕР ИЛЛЫ
б) Легированные стали
Сообразно цели применения высаженных деталей в особых случаях
применяют и легированные стали, так как добавка соответствующих
легирующих элементов может значительно повлиять на свойства ста-
лей и, следовательно, изготовленных из них деталей. ।
Известно, что высокое содержание марганца и кремния способ-
ствует лучшей прокаливаемое™. Естественно, что эти стали приме-
няют лишь для деталей, которые должны иметь высокие механические
показатели, особенно при больших размерах деталей.
Применяемые марки сталей такого рода и их химический состав
приведены в табл. 5.
Следует учитывать отпускную хрупкость улучшаемых деталей с
высоким содержанием марганца. Этого можно избежать путем интен-
сивного охлаждения ее от температуры отпуска.
Небольшие присадки ванадия или хрома (менее десятой доли про-
цента) также способствуют высокой прокаливаемости стали. Аналогич-
ным образом используется благоприятное влияние малых присадок
хрома и молибдена на улучшаемость сталей для высадки. Вязкость
хромомолибденовых сталей аналогична вязкости марганцевована-
диевых сталей при равной прокаливаемости. Благодаря молибдену
можно избежать отпускной хрупкости. Некоторые наиболее употре-
бительные для высадки марки сталей этой легированной группы при-
ведены в табл. 6. Эти цементируемые и улучшаемые стали стандар-
тизованы согласно DIN 17200 (раньше 1667 и соответственно 1663)
и DIN 17210 (раньше 1666), а также частично и в DIN 1654.
В случае необходимости при невысоких требованиях к качеству
и малых деформациях можно использовать и другие марки сталей
(табл. 12—14).
Можно высаживать и тщательно отожженные подшипниковые
стали с содержанием хрома до 1,8% и углерода до 1,1 %. Однако боль-
шие примеси хрома ухудшают пластичность в холодном состоянии и сни-
жают стойкость инструмента. В силу этого холодная высадка становится
экономически выгодной лишь при малом содержании углерода в высо-
кохромистых сталях. Для деталей, подвергающихся коррозионным
воздействиям, следует применять стали с присадкой меди, благодаря
чему стали становятся весьма устойчивыми против атмосферных воз-
действий. Даже малое содержание меди замедляет скорость ржавления
сталей, не снижая обрабатываемости.
Никелевые стали (табл. 15) с содержанием никеля до 1,5% еще могут
обрабатываться хорошо отожженными. Высоколегированные никелевые
стали для холодной высадки непригодны. Аналогичное можно
сказать и о хромоникелевых сталях. Недавно в США появились марки
аустенитных хромоникелевых сталей, которые в коррозионном отноше-
нии соответствуют известной марке St 18/8 — Ст — N1, но характерны
малой упрочняемостыо и поэтому могут обрабатываться холодной вы-
садкой. При содержании в стали 0,08% С, 16% Сг и 98% Ni она имеет
предел текучести 25 кПмм2, предел прочности 53 кГ/мм2 и высокое
СТАЛИ для объемной штамповки
23
Кремнемарганцовистые улучшаемые стали для холодной высадки
Л is * о &а<Чч в ° S о н ч я 217 217 217 217 1
ф Я? а с. 0,035 0,035 0,035 0,035
1 Р нс более ю СО О о 0,035 0,035 0,035
О1
1 О
0,07-
PJ
м ь LO —<' °7
1еский сое Мп 7 04 0,80—1 д 1,6—1 w
й 55 Ю СО 1 о 0,25—0,50 и—1*1 «о со о 1 iD О к металлов»
3
3 1D 5 и £Х£ Ф S °" К
о О о о S О
о 0,27- 1 CD СО О со со о СО СО о :талей ЭМ СОС1
№ материа- ла по стан- дарту DIN 17007 CD CD s ОО СО Q ID 5122 СО с4 С4 ID S к <и Я а> g м о 2 Я
Обозначе- ние по стандарту DIN 17006* suwoe 40Мп4 37MnSi5 42MnV7 * Эти обозначения соответствуют обозначены! *♦ Твердость по Бринелю относится к сталям
Материалы Улучшаемая сталь (ранее VM 125) Сталь для холодной высадки болтов ЮК Улучшаемая сталь (ранее VMS 135) для холодной высад- ки болтов 12К Сталь для холодной высадки болтов 12К
Таблица 6
Цементируемые и улучшаемые хромистые и молибденовые стали, пригодные для холодной высадки
Материалы Обозначе- ние по стандарту DIN 17006* № материа- ла по стан- дарту DIN 17007 Химический состав в % Твердость по Брине- лю Нр 30 не более**
с Si Мп Сг Мо V
Цементируемая сталь (ранее ЕС60) 15СгЗ 7015 0,12—0,18 0,15—0,35 0,40—0,60 0,50—0,80 —. 187
Цементируемая сталь (ранее ЕС80) 16МпСг5 7131 0,14—0,19 0,15—0,35 1,0-1,3 0,80—1,1 207
Цементируемая сталь (ранее ЕС100) 20МпСг5 7147 0,17—0,22 0,15—0,35 1,1—1,4 1,0—1,3 — — 217
Улучшаемая сталь (ранее VC135) 34Сг4 7033 0,30—0,37 0,15—0,35 0,50—0,80 0,90—1,2 — — 217
Улучшаемая сталь (для болтов ЮК и 12К) ЗбСгб 7059 0,32—0,40 0,15-0,35 0,30—0,60 1,4—1,7 217
Сталь для холодной высадки болтов ЮК 41Сг4 7035 0,38—0,44 0,15—0,35 0,60—0,80 0,90—1,2 — — 217
Улучшаемая сталь (ранее VCMO125) 1 25СгМо4 7218 0,22—0,29 9,15—0,35 0,50—0,80 0,90—1,2 0,15—0,25 — 217
/ Улучшаемая сталь (ранее VCMO135) (Сталь для холодной высадки болтов ЮК и 12К) • • • 34СгМо4 7220 0,30—0,37 0,15—0,35 0,50-0,80 0,90—1,2 0,15—0,25 217
Улучшаемая сталь (ранее СМо140) (Сталь для холодной вы- садки болтов 12К) 42СгМо4 7225 0,38—0,45 0,15-0,35 0,50—0,80 0,90—1,2 0,15—0,25 — 217
Улучшаемая сталь (для болтов 12К) 42CrV6 7561 0,38—0,46 0,15—0,35 0,50—0,80 1,4-1,7 — 0,07—0,12 217
Улучшаемая сталь (ранее VCV150) 50CrV4 8159 0,47—0,55 0,15—0,35 0,80—1,1 0,90—1,2 — 0,07—0,12 235
Подшипниковая сталь для хо- лодной высадки шариков и роли- ков подшипников качения а) диаметром < 10 мм 105Cr2 3501 1,0—1,1 0,15—0,35 0,25—0,40 0,40—0,60 — 207***
б) диаметром 10—17 мм . . . . 105Сг4 3503 1,0—1,1 0,15—0,35 0,25—0,40 0,90—1,15 — — 207***
в) все размеры ЮОСгб 3505 0,95—1,05 0,15—0,35 0,20—0,40 1,4—1,65 — 207***
* Эти обозначения соответствуют т ** Максимальные значения твердое! *** Для волоченой подшипниковой акже обозначениям по «Перечню сталей и черных металлов> (SEL), и по Бринелю относятся к сталям в отожженном состоянии, тали максимальная твердость по Бринелю составляет 229 п —
ИСХОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ М СТАЛИ ДЛЯ ОБЪЕМНОЙ ШТАМП ОРКИ
26
ИСХОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
относительное удлинение. При высадке из этой стали сложных форм,
например, болтов с потайной полукруглой головкой и квадратным
подголовком, процесс протекает легко, деталь характерна четким
заполнением кромок.
В общем следует учитывать, что обработка легированных сталей
всегда связана с некоторыми трудностями, в частности, со снижением
стойкости инструмента. По экономическим соображениям необходимо
довольствоваться лишь малыми присадками легирующих элементов.
Во многих случаях следует вместо легированных сталей применять
обычные стали с последующей обработкой поверхности готовых де-
талей. В этом смысле хорошо зарекомендовали себя способы антикор-
розионной защиты путем металлизации и фосфатирования. От окалино-
образования сталь можно защитить путем алитирования и другими
методами металлодиффузии. Твердая поверхность и высокая износо-
стойкость достигаются цементацией и нитрированием.
В этом направлении развитие методов улучшения сталей наблюдает-
ся и за границей; так же как и в Германии, легированные стали за-
меняются нелегированными. Французские марки сталей близки к не-
мецким, а в Англии лишь отдельные марки аналогичные немецкими.
В английских марках сталей для легирования шире используется
молибден и никель. Аналогично положение и в США; там некоторые
стали легируются тремя присадочными элементами.
С точки зрения деформируемости при высадке следует стремиться
употреблять только низколегированные сорта стали.
2. СТАЛИ ДЛЯ ХОЛОДНОЙ ШТАМПОВКИ ГАЕК
Для изготовления гаек вырубкой без нагрева, как правило, при-
меняется катаная или тянутая полоса из томасовской стали. Менее
пригодна мартеновская сталь. Так как вырубка обусловливает спе-
цифические нагрузки, для этого метода часто применяют сталь с вы-
соким содержанием серы. Наличие серы гарантирует получение чистой
поверхности граней при вырубке и зачистке, а также при нарезке
резьбы. При этом наблюдается лучшая стойкость метчиков. В табл. 7
приведены данные анализа основных марок сталей, в большинстве
случаев идущих на изготовление гаек. Прочность гаек достаточна
даже при применении высокопрочных болтов.
Для изготовления гаек современными способами объемной штам-
повки применяют катанку или проволоку, волоченую под шестигран-
ное сечение. Обычная томасовская сталь для этого непригодна.
Кроме уже упомянутых сталей, для холодной высадки хорошо заре-
комендовала себя приведенная в табл. 7 марка мартеновской стали
с высоким содержанием серы. Конечно, благодаря примеси серы ухуд-
шается деформируемость стали в холодном состоянии, поэтому в аме-
риканской практике даются более узкие пределы колебаний содержа-
ния различных элементов. Кипящая мартеновская сталь применяется
там со следующим химическим составом: 0,08% С, 0,50—0,60% Мп,
не более 0,030%Р и 0,075—0,100%S. Применение кипящих (нераски-
СТАЛИ ДЛЯ ОБЪЕМНОЙ ШТАМПОВКИ
27
Таблица 7
Стали для холодной штамповки гаек
Материал Обозначение по стандарту DIN 17006* материала по стандарту DIN 17007 Химический состав в %
С не более Si Мп Р не более S
Томасовская сталь для холод- ной штамповки гаек (полосовая). I Мартеновская сталь для холод- ной штамповки гаек (круглая). . 7S10 10S10 0803 0845 0,10 0,15 Следы » 0,40—0,60 0,30—0,50 0,090 0,060 0,08—0,12 0.08—0,12
* Эти обозначения соответствуют также обозначениям по «Перечню сталей и черных метал-
лов» (SEL).
сленных) сталей для этих целей ставит определенные требования
в отношении достаточно чистого поверхностного слоя и более рав-
номерной зоны ликвации. Это необходимо для обеспечения хорошей
обрабатываемости.
3. СТАЛИ ДЛЯ ГОРЯЧЕЙ ШТАМПОВКИ
В основном стали, штампуемые в холодном состоянии, могут
обрабатываться и горячей штамповкой. Целесообразно более широ-
ко применять томасовскую сталь, так как она при высокой темпе-
ратуре имеет лучшую деформируемость, чем мартеновская. Благо-
даря тому, что деформируемость сталей в горячем состоянии гораздо
выше, можно применять и другие материалы с более низкой стои-
мостью. Для сильно нагруженных деталей применяют специальные
марки.
а) Нелегированные стали
Различают три группы нелегированных сталей — с низким, сред-
ним и высоким содержанием углерода. В большинстве случаев для
горячей штамповки наиболее пригодны томасовские малоуглероди-
стые стали. Иногда применяют сварочные стали, которые харак-
терны нечувствительностью к перегреву. Фасонные детали, которые
после штамповки подвергаются обработке резанием, рационально
изготовлять из автоматной стали. Правда, при этол? следует при-
нимать предупредительные меры в отношении температуры обработ-
ки, так как эти стали из-за высокого содержания серы красноломки,
особенно еще и при малом содержании марганца. Эту опасность
можно предотвратить, избегая области критических температур от
700 до 1100°. Иначе говоря, температурный интервал штамповки
Для этих сталей должен быть гораздо уже, чем у подобных же
сталей с меньшим содержанием серы. У кипящих автоматных ста-
лей необходимо следить за тем, чтобы имелся достаточно толстый
28
ИСХОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
поверхностный слой, не затронутый ликвацией, иначе материал при
больших деформациях получит трещины. Детали, работающие при
высоких нагрузках, часто изготовляют из мартеновских сталей.
В табл. 8 дан обзор марок некоторых малоуглеродистых сталей,
применяемых при горячей штамповке. Для широкого потребления
наиболее пригодны St 37 и St 38.
Наиболее распространенные марки среднеуглеродистых сталей
с содержанием углерода от 0,2 до 0,6% приведены в табл. 9. Обычные
машиноподелочные стали могут быть томасовскими и мартеновскими,
а улучшаемые стали, стандартизированные согласно D1N 17200, вы-
плавляются только в мартеновских печах. Вместо качественных ста-
лей марок С 22 до С 60 для интенсивно нагруженных деталей при же-
лании применяют нелегированные высокосортные марки сталей СК 22
до СК 60, характерные пониженным содержанием примесей (фосфор
и сера не выше 0,035%). Аналогично этому имеются и улучшаемые
автоматные стали мартеновской плавки.
Обзор прочностных свойств нелегированных сталей с малыми сред-
ним содержанием углерода представлен в табл. 10. Данные относятся
к состоянию поставки, т. е. после нормализации. Аналогичные марки
для изготовления болтов горячей штамповкой применяют и в США;
при этом содержание фосфора составляет около 0,015%, а серы около
0,025%. Втабл. 11 дана выборка марок нелегированных высокоуглероди-
стых сталей, употребляемых в некоторых случаях для горячей штампов-
ки. Они хорошо деформируются при высокой температуре, однако необ-
ходимо помнить, что сопротивление деформации в обычном интервале
температур ковки растет при повышении содержания углерода.
Температуры горячего деформирования для малоуглеродистой
стали лежать пределах 1150—900°. Допустимая начальная температура
и соответственно температура выдачи из печи составляет 1300°. С ро-
стом содержания углерода температура обработки падает; максималь-
ная начальная температура при содержании углерода 1% составляет
1100°, а благоприятный интервал соответственно 1000—860°. Можно
принять за практическое правило, что наибольшие температуры ковки
лежат на 100—150° ниже линии солидуса по диаграмме состояния
железо — углерод. Данные по области температур ковки нелегирован-
ных сталей и допустимый интервал между началом и концом штамповки
следует брать согласно данным фиг. 9. Конечно, желательно не поль-
зоваться верхней областью заштрихованного поля, чтобы начальная
температура не переходила за штриховую кривую.
б) «Легированные стали
Для улучшаемых сталей стремятся получить равномерность свойств
по сечению, при этом высокая прочность при достаточной вязкости
достигается с помощью закалки и последующего отпуска. Таким обра-
зом, состав сталей, применяемых для крупных деталей, должен опре-
делять достаточную прокаливаемость при заданных размерах.
СТАЛИ ал я объемной штамповки
29
Низкоуглеродистые стали для горячей штамповки
30
ИСХОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
|j
l.i
Нелегированные среднеуглеродистые стали для горячей штамповки
СТАЛИ ДЛЯ ОБЪЕМНОЙ ШТАМПОВКИ
31
Таблица 10
Механические свойства нелегированных сталей для горячей штамповки
Материал Предел текучести Од в кГ/мм* не менее Предел прочности на разрыв в кГ/мм* Удлинение в % не менее
Рядовые ста- St 00 — (34—50) (22)
ЛИ St 34 19 34—42 30
St 37 —— 37—45 25
St 38 — 38—45 25
St 42 23 42—50 25
St 50 27 50—60 22
St 60 30 60—70 17
St 70 35 70—85 12
Улучшаемые C 22 24 42—50 27
стали C 35 28 50—60 22
C 45 34 60—72 18
C 60 39 70—85 15
Автоматные 9S201
стали 10520) (22) О 38) (25)
15S20J
22S20 (24) О 42) (25)
28S20 (26) О 46) (22)
35S20 (28) О 50) (20)
45S20 (34) О 60) (15)
60S20 (39) О 70) (12)
Таблица 11
Нелегированные высокоуглеродистые стали для горячей штамповки
Обозначение по стандарту DIN 17006* № материала по стандарту DIN 17007 Химический состав в % Твердость по Брине лю не более
С около Si Мп р не бо- лее S не бо- лее
С75 C75W3 C85W2 C90W3 C100W2 * Эти обозн таллов» (SEL). ** Максиыал стоянии. 0773 1750 1630 1760 1640 ачения соответс ьные значения 0,75 0,75 0,85 0,90 1,00 ТВ уют т твердое! 0,25—0,50 0,25—0,50 < 0,30 0,25—0,50 < 0,30 акже обозн и по Брине 0,60—0,80 0.60—0.80 < 0,35 0,40—0,60 < 0,35 ачениям по лю относят 0,045 0,035 0,030 0,035 0,030 «Перечь ся к ста 0,045 0,035 0,030 0,035 0,030 ю стаде лям в 240 240 190 240 200 й и черных ме- этожженно м со-
Для повышения качества сталей имеется большой выбор легиру-
ющих элементов. При средних прочностных свойствах следует приме-
нять марганцевые и кремнемарганцевые стали (табл. 12), а также
хромистые стали (табл. 13) для деталей с высокой прочностью— хро-
момолибденовые стали (табл. 14), при очень высоких требованиях к
прочности—хромоникелемолибденовые стали (табл. 15).
Марганцовистые и кремнистые стали для горячей штамповки
Материал Обозначе- ние по стандарту DIN 17006* № материала по стандарту DIN 17007 Химический состав в % 1 Твердость по Брииелю Н& 30 не более**
С Si Мп Р не более S не более
St 45 14Мп4 0915 0,10—0,18 0,30-0,50 0,90—1,2 0,050 0,050 217
Марганцовистая сталь для крупных
штампованных деталей 20Мп5 5053 0,17—0,23 0,45—0,65 1,1—1,3 0,035 0,035 217
Улучшаемая сталь (ранее VM125) . . Марганцовистая сталь для крупных 30Мп5 5066 0,27—0,34 0,15—0,35 1,2—1,5 0,035 0,035 217
штампованных деталей ЗЗМп5 5051 0,30—0,35 0,10—0,20 1,1—1,3 0,035 0,035 217
То же 36Мп5 5067 0,32—0,40 0,15—0,35 1,2—1,5 0,035 0,035 217
Улучшаемая сталь 40Мп4 5038 0,36—0,44 0,25—0,50 0,80—1,1 0,035 0,035 217
Сталь для износостойких деталей . . 75МпЗ 0909 0,70—0,80 0,15—0,35 0,70—0,90 0,060 0,060 217
St 52 17MnSi5 0924 0,14—0,20 0,30—0,60 0,90—1,4 0,060 0,050 217
Марганцовистокремнистая сталь для 38MnS14
крупных штампованных деталей .... 5120 0,34—0,42 0,70—0,90 0,90—1,2 0,035 0,035 217
Улучшаемая сталь (ранее VMS135). . Марганцовистокремнистая сталь для 37MnSi5 5122 0,33—0,41 1,1-1,4 1,1—1,4 0,035 0,035 217
крупных штампованных деталей .... 46MnSi4 5121 0,42—0,50 0,70—0,90 0,90—1,2 0,035 0,035 217
То же 53MnSi4 5141 0,50—0,57 0,70—0,90 0,90—1,2 0,035 0,035 217
Улучшаемая сталь 42MnV7 5223 0,38—0,45 0,15—0,35 1,6—1,9 0,035 0,035 217
* Эти обози ачения соответствуют обозначениям .Перечня сталей и черных металлов» (SEL}.
1вердость по ьринелю относится к сталям в отожженном состоянии.
вгп
Таблица 13
Хромистые и хромованадиевые стали для горячей штамповки
Материал Обозначе- ния по стандарту DIN 17006* № мааериа л а по < стандарту • DIN 17007 ' Химический состав в % л до * н £ со * <j Я 1> О Я га V 1^1 и о 2 (у Н С =3 я
С Si Мп Сг V
Цементируемая сталь (ранее ЕС60) 15СгЗ 7015 0,12—0,18 0,15—0,35 0,40-0,60 0,50—0,80 — 187
Цементируемая сталь (ранее ЕС80) 16МпСг5 7131 0,14—0,19 0,15—0,35 1,0—1,3 0,80—1,1 — 207
Цементируемая сталь (ранее ЕС100) 20МпСг5 7147 0,17—0,22 0,15—0,35 1,1 —1,4 1,0—1,3 — 217
Улучшаемая сталь (ранее VC135) Улучшаемая сталь 34Сг4 7033 0,30—0,37 0,15—0,35 0,50—0,80 0,90—1,2 — 217 217
Хоомистая улучшаемая сталь . ЗбСгб 7059 0,32—0,40 0,15—0,35 0,30—0,60 1,4—1,7 —
Хромованадневая сталь .... 41Сг4 31CrV3 7035 2208 0,38—0,44 0,28—0,35 0,15—0,35 0,25—0,40 0,60—0,80 0,40—0,60 0,90—1,2 0,50—0,70 0,07—0,12 217
42CrV6 7561 0,38—0,46 0,15—0,35 0,50—0,80 1,4—1,7 0,07—0,12 217
Улучшаемая сталь (ранее VCV150) Хромованадневая сталь .... 48CrV3 50CrV4 2231 8159 0,45—0,52 0,47—0,55 0,25—0,40 0,15—0,25 0,50—0,70 0,70—1,0 0,60—0,80 0,90—1,2 0,07—0,12 0,07—0,12 235
58CrV4 8161 0,55—0,62 0,15—0,25 0,8-1,1 0,90—1,2 0,07—0,12 —
Хромомарганцовистая улучшав- 27MnCrV4 8162 0,24—0,30 0,15—0,35 1,0—1,3 0,60—0,90 0,07—0,12 —
Хромомарганцовистая сталь . • 36MnCr5 7130 0,32—0,40 0,30—0,50 1,0—1,3 0,40—0,60 — —
Хромо кремнистая сталь (для клапанов) X45SiCr4 4704 0,40—0,50 3,8—4,2 0,30—0,50 2,5—2,8 — —
(45SiCrl6)
Подшипниковая сталь диаметром > 17 мм ЮОСгб 5305 0,95—1,05 0,15—0,35 0,25—0,4 1,4—1,65 — 207
Подшипниковая сталь диамет- ром 10—17 мм 105Cr4 3503 1,0—1,1 0,15—0,35 0,25—0,4 0,90—1,15 — 207
Подшипниковая сталь диамет- ром < 10 мм 105Cr2 3501 1,0—1,1 0,15—0,35 0,25-0,4 0,40—0,60 — 207
Подшипниковая сталь для не- ржавеющих подшипников .... • Эти обозначения соответствуют т *» Твердость по Бринелю относится 40Cr52 акже обозна к сталям в 1 4034 чениям отожже 0,38—0,43 «Перечня стале ином состоянии 0,30—0,50 й и черных мет 0,25—0,4 аллов» (SEL). 12,5-13,5 — —
5
5
g
§
§
sa
О
!Л
S
3
§
5l
Е=
Таблица 14
Хромомолибденовая сталь для
Материал Обозначения по стандар- ту DIN 17006* № материа- ла по стан- дарту DIN 17007 Химический состав в % Твердость по Брине- лю 7/„ 30 О не более**
С Si /Мп Сг Мо V
Хромомолибденовая сталь (ранее
аналогичная ЕСМо 80) . . Хромомолибденовая сталь * • . 16СгМо4 16СгМо44 7242 7337 0,13—0,20 0,13—0,20 0,15—0,35 0,15—0,35 0,50—0,80 0,50—0,80 0,90—1,20 0,90—1,2 0,20—0,25 0,40—0,50 — —
Улучшаемая сталь • . . 22СгМо4 7252 0,19—0,26 0.15—0,35 0,50—0,80 0,90—1,2 0,20—0,30
То же Улучшаемая сталь (ра- 22 Сг Мо44 7354 0,19—0,26 0,10—0,35 0,50—0,80 0,90—1,2 0,40—0,50 — —
нее VCMo 125) Улучшаемая сталь (ра- 25СгМо4 7218 0,22—0,29 0,15—0,35 0,50—0,80 0,90—1,2 0,15—0,25 — 217
нее VCMo 135) Улучшаемая сталь (ра- 34 Сг Мо4 7220 0,30—0,37 0,15—0,35 0,50—0,80 0,90—1,2 0,15—0,25 — 217
нее VCMo 140) 42 Сг Мо4 7225 0,38—0,45 0,15—0,35 0,50-0,80 0,90—1,2 0,15—0,25 217
Улучшаемая сталь . . . Хромомолибденовая сталь для 50 Сг Мо4 7228 0,46—0,54 0,15—0,35 0,70—1,0 0,90—1,2 0,15—0,25 — 235
жаропрочных деталей . . . 24 Сг Мо54 7354 0,20—0,28 0,15—0,35 0,40—0,70 1,1 —1,4 0,40—0,50
То же 24 Сг MoV55 7733 0,20—0,28 0,15—0,35 0,30—0,60 1,2 —1,5 0,50—0,6.0 0,15— —
44 Сг Мо5 0,25
» 7236 0,40—0,48 0,15—0,35 0,40—0,70 1,2 —1,5 0,15—0,25
ЛАарганцевомолибденовая сталь 24 МпМо5 5410 0,20—0,28 0,20—0,40 1,2 —1,5 0,10—0,15
Подшипниковая сталь для не-
ржавеющих подшипников . 90 Сг Мо72 4112 0,85—0,95 0,30—0,50 0,2 —0,40 17,5—18,5 1,0 —1,3 260
5
й
а:
S
* Эти обозначения соответствуют также обозначениям «Перечня сталей и черных металлов» (SEL).
•’Твердость по Бришлю относится к сталям в отожжгипим состоянии.
Таблица 15
Никелевые, хромоникелевые и хромоникелевые молибденовые стали
Обозначения по стандарту DIN 17006* № материала no стандарту DIN 17007 Химически?! состав с % Твердость по Бринелю "в 30 не более **
с Si Мп Cr Mo Ni
24 Ni 4 5613 0,20—0,28 0,15—0,35 0,60-0,80 <0,15 — 1,0—1,3 —
24 Ni 8 5633 0,20—0.28 0,15—0,35 0,60—0,80 <0,15 — 1,9—2,2 — о
34 Ni 5 5620 0,30—0,38 0,15—0,35 0,30—0,50 <0,60 — 1,2—1,5 — ь
15 Cr N i 6 5919 0,12—0,17 0,15—0,35 0,40—0.60 1,4—1,7 — 1,4—1,7 217 fcl
ISCrNi 8 5920 0,15—0,20 0,15—0,35 0,40—0,60 1,8—2,1 — 1,8—2,1 235 bi
30 Cr Ni 7 5904 0,27—0,32 0,15—0,25 0,20-0,40 1,5—1,9 — 0,60—0,90 —
45CrNi6 2710 0.40—0,50 0,15—0,35 0,60—0,80 1,2—1,5 — 1,1—1,4 tn
36 Ni Cr 4 5706 0,32—0,40 0,15—0,35 0,50-0,80 0,40-0,70 (0,10—0,15) 0,70—1,0 — nj
46NiCr4 5708 0,42—0,50 0,15—0,35 0,90—1,2 0,70—1,0 (0,10—0,15) 0,70— 1,0 — §
30 Cr Ni Mo 8 6590 0,26—0,34 0,15—0,35 0,30—0,60 1,8—2,1 0,25- 0,35 1,8-2,1 248 fa
34 Cr Ni Mo 6 6582 0,30—0,38 0,15—0,35 0,40—0,70 1,4—1,7 0,15—0,25 1,4— 1,7 23и
36 Cr N i Mo 4 6511 0,32—0,40 0,15-0,35 0,50—0,80 0,90—1,2 0,15—0,25 0,90—1,2 217 s
28NiCrMo 4 6513 0,24—0,32 0,15—0,35 0.30—0,50 1,0—1,3 0,20- 0,30 1,0—1,3 — о Qj
28NiCr Mo 44 6761 0,24—0,32 0,15—0,35 0,30—0,50 1,0—1,3 0,40- 0,50 1,0—1,3 — X' 5;
28 Ni Cr Mo 74 6592 0,24—0,32 0,15—0,25 0,30—0,50 1,1—1,4 0,30—0,40 1,8—2,1 —
36NiCrMo3 6506 0,32—0,40 0,15—0,35 0,50—0,80 0,40—0,70 0,10—0,15 0,70—1,0
* Эти обозначения соответствуют также обозначениям «Перечня сталей и черных металлов» (SEL). ш
** Твердость по Бринелю относится к сталям в отожженном состоянии.
36
ИСХОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Необходимо ограничиваться стандартными марками сталей согласно
новым стандартам DIN 17200 (раньше 1665, 1667 и соответственно
1662 и 1663).
Если нельзя воспользоваться высоколегированными сталями, то
можно перейти на применение низколегированных сталей или на стали-
заменители, хорошо оправдавшие себя в последние годы. Так, общеиз-
вестна замена хромоникелевых сталей хромомолибденовыми, молибден
Фиг. 9. Температура горячей штам-
повки нелегироваиных сталей в зави-
симости от содержания углерода
(схематически показана диаграмма
состояния железо—углерод).
хром — марганцем и марганец —
кремнием. По последним сведе-
ниям оказалось возможным дос-
тигнуть высоких прочностных
свойств и хорошей прокалива-
емости благодаря малым при-
садкам бора (0,002 — 0,008%);
при этом содержание хрома,
никеля и молибдена в конст-
рукционных сталях значитель-
но снижается, например, нике-
ля с 3,5 до 0,5%.
Наличие легирующих эле-
ментов при малом и среднем их
содержании не оказывает вред-
ного влиния на деформируе-
мость при высоких температу-
рах. При соблюдении правиль-
ного интервала температур
штамповка осуществляется без
затруднений. Температуры де-
формации и у легированных сталей зависят от содержания углерода,
малые добавки легирующих элементов не влекут за собой больших
изменений в области затвердевания.
Значения, приведенные на фиг. 9, сохраняют силу и для легиро-
ванных сталей. Однако для этих сталей выдерживают более узкие
границы интервала температур.
При нагревании легированных сталей особенно важно учитывать,
что увеличение легирования снижает теплопроводность и для этих
сталей необходимо более длительное время нагрева. Кроме того, для
таких сталей характерно возникновение большой разницы в темпера-
туре сердцевины и поверхности, что при больших сечениях может
вызвать вредные термические напряжения. Поэтому высоколегиро-
ванные стали должны сначала подогреваться и лишь затем нагревать-
ся до ковочных температур. Это в первую очередь касается жаропроч-
ных и нержавеющих сталей (табл. 16 и 17). Необходимо обратить
внимание, что интервал температур ковки и штамповки здесь значи-
тельно уже, чем у нелегированных и низколегированных сталей.
Деформируемость также невелика; аустенитные стали имеют большое
сопротивление деформации, что при штамповке сложных форм обус-
ловливает включение дополнительных переходов.
СТАЛИ ДЛЯ объемной штамповки
37
Жаропрочные и нержавеющие стали
88
ИСХОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Таблица 17
Маханические свойстга жаропрочных и окалиностойких сталей
Обозначение по стандарту 1 № матер и a - JI p еде л те- ла по стан- куч сети се Предел прочности на разрыв % в кГ/мм* не менее Удлинение о5 в % нс менее Применять на воздухе с темпера- турой до •С*
DIN 17006 дарту DIN 17007 в кГ^мм* не менее
Х10СгА17 4713 25 45—60 20 800
ХЮСгАНЗ 4724 30 50—65 15 950
Феррит- Х10СгА118 4742 30 50—65 12 1050
X10G-A124 4762 30 50—65 10 1200
лыс стали X10CrSi6 4712 40 60—75 18 900
X10CrSil3 4722 35 55—70 15 950
X10CrSil8 4741 35 55—70 15 1050
Аустенит- /X15CrNiSil99 4828 30 60—75 40 1050
X20CrNiSi254 4821 40 60-75 25 1100
ные ста- X12CrNiSiNb2014 4855 30 60—75 40 1100
.ПИ X15CrNiSi2419 4841 30 60—75 40 1200
* Приведенные наибольшие температуры применения на воздухе являются ориентиро- вочными, и при неблагоприятных условиях снижаются.
Жаропрочные и нержавеющие стали можно разделить на следую-
щие группы: ферритные или незакаливаемые хромистые стали, мар-
тенситные или закаливаемые хромистые стали и аустенитные хромо-
никелевые стали. Деформируемость их в горячем состоянии ухуд-
шается в такой же последовательности. В недавнее время в США
были проведены исследовательские работы, которые показали воз-
можность улучшения деформируемости высоколегированных сталей,
в первую очередь кислотоупорных хромоникелевых и аустенитных
сталей, за счет присадки лигатур, например, церия.
4. СТАЛИ ДЛЯ ГОРЯЧЕЙ ШТАМПОВКИ ГАЕК
Для горячей штамповки гаек и аналогичных с ними деталей,
как правило, используются'специальные стали. Наиболее распростра-
ненный их состав приведен в табл. 18. Эти стали характерны высоким
содержанием фосфора, значительно улучшающего пластичность, осо-
бенно при температурах порядка 1000°. Однако из-за этого повышается
хладноломкость стали, поэтому для деталей, работающих при интен-
сивном нагружении, содержание фосфора должно быть ограничено.
Это относится и к гайкам, подвергающимся испытанию путем раздачи
на оправке. В большинстве случаев содержание фосфора ограничивает-
ся максимумом 0,25%.
Качество гаек и других деталей зависит от величины зерна в стали,
которое не должно превосходить 30 000 мк2. В состоянии поставки
величина зерна редко бывает больше этого предела, но при обработке
в области критических температур 850—1050° и степеней деформации
5—Ю% легко может возникнуть крупнозернистая структура с зер-
СТАЛИ ДЛЯ ОБЪЕМНОЙ ШТАМПОВКИ
39
Стали для горячей штамповки гаек
Материалы Обозначения по стандарту DIN 17006 № мате- риала по стан- дарту DIN 17007 Химический состав в %
С не бо- лее Sf fie более Мп Р S не более
Сварочная сталь специ- ального ка- чества (для гаек) SS8 0874 0,10 0,25 <0,28 0,12—0,18 0,060
। Томасовская 6Р15 0832 0,09 Следы 0,18—0,35 0 12—0,20 0,050
’ или мартенов- 6Р20 0833 0,09 » 0,20—0,45 0,15-0,25 0,050
ска я сталь для i горячей штам- ' ловки гаек 1 6РЗО 0834 0,09 » 0,18—0,35 0,25—0,35 0,050
ном до 150 000 мк2. По изображенной нафиг. 10 диаграмме рекристал-
лизации стали для штамповки гаек видно, что температура штамповки
должна быть выше 1100°. Это необходимо еще и для обеспечения чет-
Фиг. 10. Диаграмма рекристаллизации для сталей с со-
держанием 0,34% Р, предназначенных под горячую
штамповку гаек.
кого заполнения- кромок и во избежание перегрузки машины. Как
правило, выбирают начальную температуру в диапазоне 1250—1300°.
Чтобы не было большого угара, температуру нужно ограничивать.
В этом отношении гораздо менее чувствительна свариваемая сталь,
также приведенная в табл. 18. Ее нужно нагревать до температуры,
при которой все шлаки становятся пластичными, поэтому такие стали
лучше всего обрабатывать при температурах «белого каления».
40
ИСХОДНЫЕ МАТЕР ИЛЛЫ
Для новейших, созданных за рубежом гаечных пресс-автоматов
применение специальных марок материала не обязательно; можно
использовать стали, марки которых перечислены в табл. 8.
Д. ЦВЕТНЫЕ МЕТАЛЛЫ
После стали наиболее широко обрабатывается медь и ее сплавы —
латунь, бронза и нейзильбер. Значительное применение их объяс-
няется удовлетворительными механическими свойствами и высокой
тепло- и электропроводностью. Их применяют и для антикоррозионных
деталей. Большое применение нашли фасонные латунные детали в при-
боростроении. Никель и его сплавы (монель-металл, инконель) харак-
терны антикоррозионностыо и жаропрочностью. Легкие металлы —
алюминий и магний, а также их сплавы (дуралюмин, электрон) от-
личаются малым весом и хорошей стойкостью против коррозии. Дру-
гие цветные металлы для рассматриваемой области обработки имеют
меньшее значение. В табл. 19 приведен обзор удельных весов наи-
более употребительных металлов и сплавов.
1. МЕДЬ И МЕДНЫЕ СПЛАВЫ
а) Медь
Медь отлично деформируется в холодном и горячем состоянии.
Благодаря малой твердости она может воспринимать большие пласти-
ческие деформации в холодном состоянии, а при горячей штам-
повке медь весьма нечувствительна к температурам обработки. Бла-
гоприятный интервал температур лежит в пределах 850—750°, но
допустима и большая область от 900 до 650°. Химический состав и ме-
ханические свойства нелегированной меди различной степени чистоты
приведены в табл. 20.
б) Латунь
Медноцинковые сплавы с преобладающим содержанием меди на-
зываются латунями; при содержании меди свыше 67% они называют-
ся еще томпаками. Минимальное содержание меди у пластичных спла-
вов составляет 56,5%, а в специальных латунях с примесью, кроме
меди и цинка, еще одного или нескольких элементов—54%. В табл. 21
дан обзор химического состава латунных сплавов, в табл. 22 приво-
дятся их механические показатели. Специальные марки латуней при-
меняются лишь в случаях, когда имеют место повышенные нагрузки.
Марки латуни Ms63 и Ms60 с примесью свинца хорошо обрабатыва-
ются резанием и наиболее пригодны при комбинировании такой обра-
ботки с обработкой давлением. Марки Ms63 и Ms63 Pb появились
вместо ранее применяемой марки Ms67 и могут частично заменить
марку Ms72, цинковую бронзу 6 (прокатная бронза) и нейзильбер.
f Деформируемость латуни, являющейся наиболее широко рас-
пространенным и дешевым сплавом меди, определяется главным об-
ЦВЕТНЫЕ МЕТАЛЛЫ
41
Удельный вес металлов и сплавов
Таблица 19
Стали Медь и медные сплавы 1 1 Цинк и цинко- , вые сплавы Прочие металлы Легкие металлы < - Материал Мягкая сталь нелегированная и слаболегированная Сварочная сталь Легированная сталь Среднелегированные стали .... Молибденовая сталь Среднелегированная вольфрамовая сталь Высоколегированная сталь .... Медь чистая Латуни и специальные латуни . • Латунь Ms56 Латунь Ms60 Латунь Ms72 с . . Бронзы Цинковая бронза SnBz6 Фосфористая бронза Алюминиевая бронза AlBz4 . . • Алюминиевая бронза AlBz5 . . • Алюминиевая бронза AlBz9 . . . Алюминиево-многокомпонентная бронза Манганин Константан (медноникелевый сплав 45) Нейзильбер Цинк Чистый цинковый деформируемый сплав Цинковый сплав ZnAllFe То же ZnA115 » ZnA!4Cul .... » ZnCul » ZnCu4Pb .... » ZnMnlPb .... Никель Металлургический никель .... Катодный никель Олово Свинец Чистый алюминий Нетермообрабатываемые алюмини- евые сплавы Деформируемый сплав А1Мп . . . То же AlMgMn, AlMg3Si » A!Mg3 » AlMg7 . Термообрабатываемые алюминиевые сплавы • - Деформируемый сплав AlMgSi . . То же AlCuMg; AlCuNi . . Магниевый деформируемый сплав . Удельный вес в г/ел’ 7,85 7,8 8,0—8,4 8,0 8,1 8,1 8,35 8,9 8,2-8,7 8,3 8,4 8,6 7,6—8,8 8,7 8,8 8,4 8,2 7,6 7,6 8,4 8,8 8,5-8,7 7,1 5,7—7,2 7,1 5,7 6,7 7,1 7,2 7,2 8,9 8,4 8,9 7,3 11,4 2,7 2,6—2,76 2,75 2,7 2,65 2,6 2,7—2,8 2,7 2,8 1,8
42
ИСХОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Таблица 20
Химический состав и механические свойства меди (чистой)
1 Ооозначение 1 по стандарту D1N 1708 соответствен- но 1726 Краткие обозна- чения Химический состав в % Механические свойства (отожженное состояние)
Си не бо- лее про- чие не более 1Iредел текучести °0,2 Б кГ/мм* Предел прочности % в кГ/мм* Удлине- ние 61и в % Твердость по Бри- не л ю ю (Р = 10D>)
| Медь 99,75 (D) Си 99,75 (D Си) 99,75 0,25 — — — —
1 Медь ! 99,5 (С) Си 99,5 (С Си) 99,5 0,5 — > 21 > 38 —
1 Медь i 99 (А) Си 99 (А Си) 99 1,0 > 4 > 23 > 38 —
! Бескисло- родная 1 медь (S) SfCu (S Си) — — — — —. —
1 Медь Е (электро- литическая медь) ЕСи 4—8 20—25 30—40 40—65
разом ее химическим составом. Различные сплавы имеют разную
пластичность: а—латунь с содержанием цинка менее 36% (Ms90—
Ms63) хорошо деформируется в холодном состоянии. Это один из
Содержание меди
Фиг. 11. Деформируемость при высо-
ких температурах медноцинковых
сплавов (деформируемость выраже-
на уменьшением высоты образца при
равных действующих усилиях).
температуры обработки попятно
немногих материалов, который
в холодном состоянии деформи-
руется лучше, чем при нагреве.
Деформируемость ее при высо-
ких температурах значительно
хуже чем у меди. Наоборот, р-
сплавы с содержанием цинка
от 36 до 45 % (Ms60—Ms56) хоро-
шо деформируются в горячем
состоянии, а у-латупи (с содер-
жанием цинка более 48%) име-
ют плохую пластичность при
любой температуре.
На фиг. 11 изображена за-
висимость деформируемости ла-
туни от температуры. Отсюда
ясно, что чистая медь при вы-
соких температурах деформиру-
ется лучше, чем а-латунь, но
хуже, чем р-латунь. Влияние
по ходу кривой.
Высокая температура обработки наиболее пригодна для р-лату-
ни; рациональная область темпепатур заключена в диапазоне
700—850".
ЦВЕТНЫЕ МЕТАЛЛЫ
43
Деформируемые латунные сплавы
44
ИСХОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Таблица 22
Механические свойства латунных сплавов
Краткое обозначе- ние материала по стандарту DIN 1726 и 1776 Состояние постановки Предел текучести “0,2 в кГ/мм* не менее Предел прочности на разрыв °Ь в кГ/мм* не менее Удлинение с10 в % не менее Твердость по Брине- ЛЮ НВ1О (Р -10 D*) не менее
Ms72 Отожженный ' 31 50
SoMs68F40 Слабо нагар- 12 36 20
тованный 80
SoMs64 Нагартованный — 80 10
Ms63w Отожженный Значения
Ms63h Нагартованный 1 не оговорены
Ms63F29 Отожженный 29—35 45
Ms63F35 Слабо нагар-
тованный — 35—43 25 80—120
Ms63F41 Нагартованный — 41—50 18(15) 105-135
Ms60p Прессованный Значения
Ms60h Нагартованный не оговорены
Ms60F34 Отожженный 34—42 30
Ms60F41 Слабо нагар-
тованный — 41—50 18
Ms60F45 Тянутый — 45 15
Ms60F48 Нагартованный — 48—58 10
SoMs59F50 Холодно- или 30 50 25 100*
горячепрессо- 25 45 20 100**
ванный 18 40 20 90***
Ms58p Ms58h Прессованный Нагартованный 1 1 Значения не оговор епы
Ms58F37 Отожженный 37—45 25 —
Ms58F44 Слабо нагар- — 44—54 10 —
тованный
Ms58F51 Нагартованный — 51—63 5 —
SoMs58Al 1 Холодно- или 18 45 15 90**
горячепрессо- ванный 15 40 15 80***
SoMs58A12 25 60 10 120**
22 52 10 ПО***
Ms56 — Значения не установлены
* Для размеров диаметра меньше I 6 мм
** Для размеров диаметра меньше 50 alm.
*•♦ Для размеров диаметра свыше 50 мм.
ЦВЕТНЫЕ МЕТАЛЛЫ
45
в) Бронза
, Сплав из двух составляющих—меди и цинка называется цинко-
вой бронзой, а при определенной примеси фосфора—фосфорной брон-
зой. Многокомпонентный сплав с преобладающим содержанием ме-
ди и заменой цинка частично или полностью одним или нескольки-
ми другими элементами называется соответственно алюминиевая,
бериллиевая, марганцовистая, кремнистая бронза и т. д. Деформи-
руемость бронзы в холодном состоянии хорошая, а при нагреве
хуже, чем у р-латуни^
Таблица 23
Бронзовые деформируемые сплавы
Обозначения по стандарту DIN 1714 и 1726 Краткие обозначе- ния Химический состав (остальное медь) в %
Sn Al Fe Si Мп «й о о № Ч Он'О Прочие
Оловяпистая бронза 4 SnBz4 3,5—4,5 0,4
Оловяпистая бронза 6 (катаная бронза) SnBz6 5-6,5 0,4
Оловяпистая бронза 8 SnBz8 7—8,5 — — — — 0,4
Алюминиевая бронза 4 AlBz4 3,5—5 <0,3
Алюминиевая бронза 5 AlBz5 — ~5 _ — <0,5
Алюминиевая бронза 9 AlBz9 — ~9 — — — — <0,5
Многокомпонент- ная бронза 10 AlMBzlO — 8—11 1,5-5 <1 <5 — <1
Кремнистая бронза 2 SiBz2 — — — 1,5-3,5 <1 —
Бериллиевая бронза 2 BeBz2 — — — — — — 1,5—2,5Ве
Манганин 12 MnMBzl2 — — — — ~]2 — 2N1
Медноникеле- вый сплав 45 (константан) CuN145 — — — — — — 42—46 N1
Температурный интервал обработки аналогичен соответствую.
Щим сортам латуни. Данные о химическом составе этих сплавов приве-
дены в табл. 23, а прочностные показатели—в табл. 24. Сплавы с вы-
соким содержанием меди (более 95%) и примесью алюминия, крем-
46
ИСХОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Таблица 24
Механические свойства бронзовых сплавов
Краткое обозначение для материалов по стандарту DIN 1714 и 1726 Состояние поставки Предел прочности па разрыв °Ь в кГ/мм* не менее Удлинение <й« в % не менее Т вердость по Брине- лю 11Q 10 (P-10D’) не менее
SnBz 4 Нагартованный Fie определено
SnBz 6F 56 » 56 5
SnBz 6F 65 » 65 150—170
SnBz 8 Не определено
AlBz 4 F 30 Отожженный 30—38 50 50
AlBz 4 F 36 Слабо иагартованпый 36—46 15 100
AlBz IF42 Нагартованный 42—60 8 130
AlBz 5 F 35 Отожженный 35—45 30 70
AlBz 5 F 42 Слабо нагартованный 42—54 15 ПО
AlBz 5 F 50 Нагартованный 50—63 8 150
AlBz 9 F 40 Отожженный 40—50 30 90
AlBz 9 F 50 Слабо нагартованный 50—60 12 130
AlBz 9 F 56 Нагартованный 56—70 5 160
AlMBzlO Прессованный вхолод- ную пли вгорячую 60 10 (130)
SiBz2F34 Отожженный 35 48
BeBz2 F95 Прессованный вхолодную 95 3
BeBz2F135 Прессованный вхолодную или закаленный 135 4
пия, марганца или других элементов имеют сравнительно вы-
сокую прочность и химически весьма устойчивы. Некоторые из
этих специальных сплавов, называемые купроДур, мандура и т. д.,
могут закаливаться.
г) Нейзильбер
Сплавы меди и никеля, называемые нейзильбером (табл. 25), обыч-
но применяют в тех случаях, если латунь, кислотоупорная сталь
или сталь с антикоррозионным покрытием не соответствует постав-
ленным требованиям. Этот сплав имеет очень хорошую пластичность
в холодном состоянии и хорошо деформируется при высоких темпе-
ратурах. Наиболее рациональная температура обработки лежит
в интервале 700—800°.
ЦВЕТНЫЕ МЕТАЛЛЫ
47
Таблица 25
Химический состав и механические свойства нейзильбера
Обозначе- ния по стандарту D1N 1726 Краткое обозна- чение Химический состав (остальное цинк) в % Состояние поставки Механические свойств а
Си NI РЬ предел прочности иа разрыв О£ в кГ/мм* но менее удлинение 610 в % вс менее
Ней- Мягкий 35 40
знльбер 65/12 Ns 65/12 64—66 11—13 Твердый 50 10
Ней- зильбер Мягкий 35 30
57/12 РЬ Ns57/12Pb 56—58 11 — 13 1,5—2 Твердый 52 8
2. НИКЕЛЬ И НИКЕЛЕВЫЕ СПЛАВЫ
Химический состав и механические свойства важнейших никеле-
вых сплавов, применяемых для деталей с высокими антикоррозион-
ными показателями, приведены в табл. 26 и 27 на основе американ-
ских данных. В связи с дефицитом никеля его чаще всего заменяют
хромом, марганцем, кремнием и медью.
Никель и его сплавы можно хорошо штамповать при высоких
температурах, и они находят применение для сложных штампуемых
деталей. Однако эти сплавы очень чувствительны при нагреве к окис-
ляющим газам и газам, содержащим серу; поэтому атмосфера печи
должна быть нейтральной. Необходимо обратить внимание на дос-
таточное время нагрева и правильную температуру нагрева. Зна-
чение температуры зависит и от размеров детали. Мелкие детали
штампуют при 1000—850°, а крупные—при 1200—1000°.
3. ЛЕГКИЕ МЕТАЛЛЫ
Применение широко известных алюминиевых и магниевых спла-
вов в последнее время приобретает все большее распространение,
особенно там, где имеет значение снижение веса. Большинство этих
сплавов устойчиво против коррозии. Закаливаемые сплавы отличают-
ся высокой прочностью. У незакаливаемых материалов термообра-
боткой невозможно повысить прочностные показатели. Поэтому
такие сплавы обрабатываются в нагартованном состоянии, чтобы до-
стигнуть по возможности более высоких механических свойств гото-
вых деталей путем холодного упрочнения. Для деталей, изготовле-
ние которых требует большой степени деформации, необходимо при-
менять мягкий, отожженный материал. При обработке с нагревом сле-
дует учитывать различную обрабатываемость разных марок легких
сплавов.
48
ИСХОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Никель и никелевые сплавы
ЦВЕТНЫЕ МЕТАЛЛЫ
49
Таблица 21
Механические свойства никеля и никелевых сплавов
Краткое обозначение материала по стандарту DIN 1727 Состояние поставки Предел проч- ности на раз- рыв в кГ'/мм* (ориентиро- вочные значе- ния) Удлинение н % (ори- енгировоч- ные зна- чения ) Твердость по Брине- лю Н#30 (Р -30 D*) (ориенти- ровочные значения)
№98 w Отожженный 40—45 30—45 80—90
№98 h Нагартованный 75 1 180-200
№Mn4 w Отожженный 45—55 35—45
№Mn4 h Нагартованный 80—90 2 —
NiBeTiw Отожженный 85 40 150
NiBeTi wa Закален из мягкого 140 1,5 440
состояния
NiBeTi h Нагартованный 165 1 360
NiBeTi ha Закаленный после 190 5 500
нагартовки
Ni67Cu w Отожженный 45—55 35—40
Ni67Cu h Нагартованный 70—80 5 —
№60FeMo 90—100 25—40
Ni60CrMoBe w Отожженный 88 30 195
NiOOCrMoBe wa Закален после отжига 23 320
NiGOCrMoBe h Нагартованный 150 2 350
NiGOCrMoBe ha Закален после нагар- 185 6 450
товки
а) Алюминий
Алюминий встречается с различной степенью чистоты (табл. 28).
Для широкого потребления наиболее пригодны марки Д198 и А199,
а для особо высоких требований—весьма чистые качественные марки
А199,5.и А199.8.
Алюминий (чистый алюминий)
Таблица 28
Обозначение по стандарту DIN 1712 Химический состав в %
Ai нс менее Si+Fe не более Ti не более Cu4-Zn не более
А 199,8 99,8 0,2 0,03 0,08
A19Q7 99,7 0,3 0,03 0,08
А 199,5 99,5 0,5 0,03 0,08
А199 99 1 0,03 0,1
AI98 98 2 0.05 0,2
1129
4
60
ИСХОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Из всех алюминиевых сплавов чистый алюминий отличается луч-
шей химической стойкостью, но меньшей прочностью. Поэтому его
применяют там, где при малых прочностных требованиях желатель-
на высокая устойчивость против атмосферных и химических воздей-
ствий. При увеличении примесей или загрязнений проявляется и
здесь характерное для большинства металлических сплавов влияние,
выражающееся в повышении предела прочности и падении удли-
нения (табл. 29); одновременно снижается устойчивость против кор-
розии.
Таблица 29
Механические свойства чистого пруткового алюминия
Краткое обо- значение ма- териала по стандарту DIN 1727 Состояние поставки Разме- ры (тол- щина) в мм Предел те- кучести °0,2 в кГ1мм* Предел прочности на разрыв в кГ/мм* Удлине- ние б10 в % Твердость по Брине- ЛЮ Нв
A199.7F7 Отожженный Все 1,5—2,5 7—8 22—30 18—22
Л 199,71-9 Отожженный < 25 1,5—2,5 9—10 6—14 26—28
А199,7F11 Слабонагартованный < 18 6—9 11—12 5—12 30—33
A199.7F13 Нагартованный < 10 9—12 13—14 3—6 35—38
A199.7F17 Нагартованный < з 13—15 17—20 2—4 до 4(1
A199.5F7 Отожженный Все 1,5—2,5 7—9 22—28 18—22
A199.5F9 Отожженный < 25 1,5—2,5 9-10 6—13 28—29
A199.5F11 Слабо нагартованный < 18 6—9 11—12 5-11 30—33
A199.5F13 Нагартованный < 10 10—12 13—15 3—6 35—38
А199,5Р17 » < з 13—16 17—20 2—4 ДО 42
A199F8 Отожженный Все 2—3 8—9 22—26 20—25
A199FI0 » < 30 4—6 10—11 5—12 28—31
A199F12 Слабо нагартованный < 18 7—10 12—13 4—9 32—35
A199F14 Нагартованный < ю 10—12 14—17 3—5 37—40
A199F18 » < з 13—17 18—21 2—3 до 44
Чистый алюминий имеет лучшую деформируемость в холодном со-
стоянии, чем другие легкие сплавы (табл. 32), и в мягком состоянии
допускает любые пластические деформации. Для деталей, деформи-
руемых незначительно, исходный материал может быть взят в нагар-
тованиом состоянии, особенно при высоких требованиях к прочно-
сти готовых деталей. Твердые и полутвердые материалы необходимо
перед обработкой отжигать.
При большой степени деформации может быть целесообразен про-
межуточный отжиг. Деформируемость чистого алюминия при высо-
ких температурах также очень значительна (табл. 33). Обычно тем-
пературы обработки составляют от 500° (начало) до 300° (конец).
б) Алюминиевые сплавы
Благодаря легированию алюминия медью, магнием, марганцем,
кремнием можно достигнуть более высокой прочности, чем у чистого
алюминия, и обеспечить другие требуемые свойства. Присадки вли-
яют на алюминий в значительно большей степени, чем на другие ме-
ЦВЕТНЫЕ МЕТАЛЛЫ
51
таииы- В табл. 30 дан обзор химического состава, а в табл. 31—проч-
ностных свойств наиболее употребительных сплавов алюминия. Эти
марки легких сплавов можно разделить на следующие две группы:
Таблица 30-
Алюминиевые деформируемые сплавы
Обозначения по стандарту DIN 1725 Химический состав (остальное алюминий в %)
Mg Си Мп Si Fe+(Ti) ие более Zn ие более Прочие не более
Ыетер- мооб- А1Мп < 0,3 < 0.1 1,0— 1,5 < 0,5 0,5 0,1 0,3 Сг
раба- AlMgMn 1,5—3,0 <0,1 0,5—1.5 <0,5 0,5 0,3 0,3 Сг
тывае- мые AlMg3 2,0—4,0 < 0,05 < 0,4 < 0,5 0,5 0,3 0,2 Sb 0,3 Сг
сила- AlMg5 4,0—5,5 < 0,05 < 0.8 < 0,5 0,5 0,3 0,3 Сг
вы AlMg7 5,5—7,5 < 0,05 < 0,8 < 0,5 0,5 0.3 0,3 Сг
AlMg3Si 2,0—4,0 < 0,1 0,3—0,8 0,5—0,8 0,5 0,2 —
Тер- AlMgSi 0,6—1,4 < 0,1 0,6—1,0 0,6—1,2 0,5 0,3 0,3 Сг
мооб- раба- AlCuMg 0,2—1,8 2,5—5,0 0,3—1,5 < 1,0 0,8 0.7 0,2 Ni 0,1 Pb
1 тыва- L AlCuNi 1,3—1,8 3,5—4,5 —- < 0,5 0,5 0,1 1,8—
емые спла- вы 2,2 Ni
1. Нагартовываемые, незакаливаемые сплавы, у которых повы-
шение прочности возможно лишь при холодном деформировании.
2. Закаливаемые сплавы, получающие свою высокую прочность
благодаря термообработке. Сверх того, прочность может быть повы-
шена благодаря холодному деформированию.
К нагартовываемым, наряду с чистым алюминием, относятся плас-
тичные сплавы типов AlMn, AlMgMn и AIMg. Алюминиевомарганце-
вые сплавы отличаются хорошей коррозионной устойчивостью; проч-
ностные показатели на 15—25% выше, чем у чистого алюминия.
Безмедистые алюминий-магний-марганцевые сплавы характерны вы-
сокой химической устойчивостью особенно от воздействий морской
воды и легких щелочных растворов. Эти сплавы имеют среднюю проч-
ность, которая не снижается при нагреве до 200°. Сплавы на алюми-
ниевомагниевой базе также имеют высокую коррозиоустойчивость.
Прочность повышается с увеличением содержания магния. Их приме-
няют, если необходимо иметь хорошую коррозионную стойкость (от
воздействия морской воды, воздуха, легких щелочных растворов)
и средние или повышенные прочностные свойства. Правда, допуска-
емая температура нагрева готовой детали при работе от увеличения
содержания Магния снижается, граница лежит в пределах 80—150°.
Среди закаливаемых алюминиевых сплавов наиболее распростра-
нен дуралюмин или дураль типа AlCuMg, закаливаются также спла-
4*
52
ИСХОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Таблица 31
Механические свойства алюминиевых деформируемых сплавов
Краткое обозначение материала по стандарту DIN 1747 и 1749 Состояние поставки Размеры (толщина) в мм Пр рдел теку- чести ffQ 2 в кГ/мм1 не менее Предел про- чности на разрыв в кГ/мм1 не менее Удлинение oto не менее В % Твердость по Бринелю НдЮ (P»10D«) (ориентировочл ные данные)
» сплавы AlMnzh AIMnF9 AlMnFlO AlMnF12 AlMnF15 Тянутый Отожженный Прессованный Слабо нагарто- ванный, тяну- тый Нагартован- ный, тянутый Все < 50 Все < 35 <25 Не о 4 5 10 12 говариваю 9 10 12 15 тся 15 12 5 3 25 25 35 45
^обрабатываемы; AlMgMnzh AlMgMnF17 AlMgMnF18 AlMgMnF22 Т янутый Отожженный Прессованный Слабо нагарто- ванный, тяну- тый Все < 50 Все < 35 Не о 7 8 14 "овариваю 17 18 22 гея 13 12 6 45 50 35
[вы Нетера AIMg3zh AlMg3F17 AlMg3F18 AlMg3F22 AlMg3F25 Т янутый Отожженный Прессованный Слабо нагарто- ванный, тя- нутый 11аг артован- ный, тянутый Все < 50 Все < 50 < 35 Не о 8 14 18 говариваю 17 18 22 25 тся 15 15 8 4 40 45 64 75
>брабатываемые сила AlMg5zh AlMg5F22 AlMg5F24 AlMg5F26 AlMg5F30 Тянутый Отожженный Прессованный Слабо нагар- тованный тя- нутый Нагартован- ный, тянутый Все < 50 Все < 50 < 35 Не о 9 10 14 20 говариваю 22 24 26 30 гея 15 10 6 3 50 55 70 80
и о ф X AlMg7F28 AlMg7F30 AlMg7F34 Отожженный Прессованный Слабо нагарто- ванный, ТЯ- НУТЫЙ < 50 < 80 < 35 12 14 20 28 30 34 15 13 8 60 65 '90
Термообрабаты-1 ваемые сплавы AlMgSizh AlMgSiFIl AlMgSiF13 Тянутый Отожженный Прессованный Все Все Все Не OI 9 'овариваю- 11 13 гея 14 10 35 40
ЦВЕТНЫЕ МЕТАЛЛЫ
53
Продолжение табл. 31
Краткое обозна- чение материала по стандарту DIN 1747 и 1749 Состояние поставки Размеры (толщина) в ям >1 ф и и Ф х Предел проч- кости на разрыв sfyB к Г/мм* не менее Удлинение 51п не менее в % Твердость по Бринелю Ид ° (P»10D«) (ориентиро- вочные дан- ные)
>атываемые сплавы AlMgSiF20 AlMgSiF28 AlMgSiF32 Закаленный вхолодную Закаленный вгорячую То же < 80 < 50 < 50 10 18 24 20 28 32 10 10 8 60 75 99
AlCuMgzq AlCuMgF18 AlCuMgF40 r " AiCuMgF35 ° ° Тянутый Прессованный Закаленный вхолодную То же Все » < 50 50 Не оговариваются Свыше 70 100 90
8 26 22 18 40 35 8 10 8
<х> О. \о о § о н AlCuMgF44 g g AlCuMgF42 og О ф 3 S Закаленный вхолодную Закаленный вхолодную < 50 > 50 28 25 44 42 8 6 110 100
AlCuNiF35 Закаленный вгорячую < 50 22 35 10 100
вы типа AlMgSi и AlCuNi. Пределы текучести и прочности этих
материалов могут быть значительно повышены с помощью термооб-
работки без снижения удлинения. Благодаря высоким прочностным
качествам все закаливаемые сплавы наиболее пригодны для изготов-
ления интенсивно нагружаемых деталей, в частности—для крепеж-
ных изделий. В массовом масштабе применяются эти материалы для
производства заклепок.
Сплавы типа Al-Mg-Si имеют среднюю и повышенную прочность
и хорошую химическую сопротивляемость; они сохраняют проч-
ность и при температурах до 150°. Известные марки дуралюмина
характерны высокими прочностными показателями, его прочность
близка к прочности стали. Данные марки сплавов употребляют для
интенсивно нагруженных деталей, когда важны высокая прочность,
малый вес и расход материала. Величина прочности остается посто-
янной до температуры порядка 100°. При температурах и интервале
180—270° появляется хрупкость.
Сплавы типа Al-Cu-Ni, известные также как «У»-сплавы, име-
ют в закаленном состоянии высокую прочность, весьма мало снижа-
ющуюся и при нагреве до 200°. Среди алюминиевых материалов
они считаются жаропрочными. Деформируемость в холодном состо-
янии отожженных алюминиевых сплавов хорошая. Будучи тверды-
ми или полутвердыми, а также закаленными, они мало пригодны дня
64
ИСХОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
холодного пластического формообразования. В табл. 32 перечисля-
ются отдельные алюминиевые сплавы, их различное состояние и
качества в отношении деформируемости вхолодную.
Таблица 32
Алюминиевые сплавы, деформируемые в холодном состоянии
Хорошо деформируемые Средне деформируемые Плохо деформируемые
Чистый алюминий Чистый алюминий (отожженный) А1Мп отожженный Чистый алюминий (слабо нагартованный) А1Мп слабо нагартован- ный AlMgSi отожженный AlMg3 отожженный AlCuMg (обычный сплав) отожженный AlMgSi закаленный вхо- лодную AlMg5 отожженный AlMgMn отожженный Чистый алюминий нагар- тованный AlMg3 слабо нагартован- ный AlMg7 отожженный AlCuMg (высокопрочный сплав) отожженный AlMgSi закаленный вго- рячую AlMgMn слабо нагарто- ванный AlMg5 слабо нагартован- ный AlCuMg (обычный сплав) закаленный AlMg7 слабо нагартован- ный AlCuMg (высокопрочный сплав) закаленный А1Мн нагартованный AlMgMn нагартованный
Деформируемость при высоких температурах благодаря легиру-
ющим примесям ухудшается. Минимальное влияние в этом отноше-
нии оказывают магниекремниевые добавки, большее—добавки меди
и сильнейшее—добавки кремния.
Малая примесь марганца значительно повышает сопротивление
деформации. В основном, присутствием примесей объясняется раз-
личное поведение легких сплавов и разные температуры обработки
при горячем деформировании. В табл. 33 важнейшие .марки алюми-
Таблица 33
Сопротивляемость пластическому деформированию в горячем состоянии алюмини-
евых сплавов (в сравнении со сталью)
Материал Коэффициент Материал Коэффициент '
Чистый алюминий 0,4 AlMgMn 1,2
AlMgSi 0,6 AlCuNi 1,3
Сталь 1 AlMg5 1,5
AlCuMg 1,1 AlMg7 1,6
ниевых сплавов перечислены в порядке их деформируемости при вы-
соких температурах. Для иллюстрации дано сравнение со сталью.
ЦВЕТНЫЕ МЕТАЛЛЫ
55
Ясно, что большинство алюминиевых сплавов в горячем состоянии
деформируется гораздо хуже сталей, особенно при больших скоро-
стях.
Поэтому формоизменение алюминиевых сплавов в горячем состо-
янии производится только на тихоходных прессах. Необходимо иметь
в виду, что несмотря на сравнительно низкую прочность, для их де-
формирования требуется значительно большее усилие, чем для обыч-
ных сталей.
Во многих случаях употребляется быстрый нагрев алюминиевых
материалов до 100—200°. Таким образом, получается как бы про-
межуточная ступень между холодной и горячей обработкой, и воз-
можности деформирования большинства сплавов значительно улуч-
шаются.
Вообще необходимо учитывать, что при горячей обработке имею-
щееся в материале холодное упрочнение снимается и затем для на-
гартуемых материалов эту прочность восстановить не удается никакой
термообработкой. Этим ограничивается применимость горячего де-
формирования. Закаливаемые сплавы после горячей обработки долж-
ны вновь закаливаться.
в) Магниевые сплавы
Чистый магний не применяется. Для штамповки применяют лишь
пластичные сплавы, характеристики которых приведены в табл. 34
и 35. Следует отметить, что сплавы магния не должны содержать меди
Таблица 34
Магниевые деформируемые сплавы
Обозначения по стандарту DIN 1729 Химический состав (остальное магний) в %
Мп А1 Zn Si ие более Си не более
MgMn 1,4—2,3 < 0,3 < 0,3 0,2 0,05
MgA16 0,05—0,4 6,5-6,5 0,5—1,5 0,2 0,1
MgA17 0,05—0,4 6,5—8,0 0,5—2,0 0,2 0,1
Таблица 35
Механические свойства магниевых деформируемых сплавов
Краткое обовначение матерналов по стандарту DIN 9715 Состояние поставки Предел теку- чести в кГ/мм* ие менее Предел проч- ности на разрыв cfj в кГ/мм* не менее Удлинение “10 не менее в % Твердость по Бринелю нвю (Р - 10D») (ориентиро- вочные зна- чения)
MgMnF21 Прессован- ные или тянутые 15(14) 21 1,5 40 )
56
ИСХОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Продолжение табл. 35
Краткое обозначение материалов по стандарту DIN 9715 Состояние поставки Предел теку- чести 00,2 в кГ/мм* не менее Предел проч- ности на разрыв в кГ/мм* ие менее Удлинение не менее в % Твердость по Бри нолю Ив10 (P=ioD>) (ориентировоч- ные значения)
MgA16F28 Прессован- ные или тянутые 20(18) 28 10(6) 55
M£>A17F28 Прессован- 20 28 6 60
M6A17F30 ные или тянутые 21 30 8 60
MgA17F32 Термообра- ботапные 23 32 6 75
и железа, так как медь уже в малых количествах значительно снижа-
ет антикоррозионную стойкость, а железо значительно увеличивает
сопротивление деформации.
Магниевые сплавы штампуют лишь в горячем состоянии. Дефор-
мируемость их меньше, чем многих других металлов. Особенно труд-
но деформируются сплавы с высоким содержанием алюминия и при-
месями марганца и цинка. Пластичность увеличивается лишь при
температуре выше 225°, так что температура штамповки должна быть
выше этого уровня. Температура начала обработки для электрона
(MgAI6) составляет около 300°. Для этих сплавов недопустимы высокие
скорости при деформировании, так как они могут вызвать разрушение,
особенно при штамповке сложных деталей. Из-за невозможности перей-
ти через определенные критические скорости используют только ти-
хоходные прессы. Замедление процесса деформации возможно и за
счет разделения всего процесса деформирования на несколько рабо-
чих операций.
4. ОСТАЛЬНЫЕ ЦВЕТНЫЕ МЕТАЛЛ Ы
Среди остальных цветных металлов наибольшее значение имеют
цинковые сплавы, которые могут применяться для некоторых целей
вместо меди, латуни и бронзы (табл. 36 и 37). Так, например, чисто
Таблица 36
Обозначе- ние мате- риала по ст андартУ DIN 1724 Химический состав (остальное цннк) в % ।
А1 Си Mg Fe не более Мп РЬ Cd Sn не более
ZnAllFe ZnAH5 ZnAUCul 1,0—1,4 0,1—0.3 0,005—0,015 0,3—0,6 0,15—0,35 <0,011 Л).00!
1.4—1,6 3,5-4,3 0.6—1,0 0.02—0,05 0.02—0,05 0,075 0,075 — <0.008 <0.011 0.001 0,001
ZnCul ZnCu4Pb ZnCu4Pb1 <0.2 0,05-0,15 0.05-0,2 0,6—1,2 3.5-4,5 3.5—4,5 <0,005 <0.005 <0,005 <0,05 0,10 0,10 <0,5 <0, 0.25—0,5 1,0—1,4 Ml <0,018 <0,018 0,001 0.003 0.003
ZnMnlPb 0,1—0,4 <0,3 <0.003 0,10 0,4—0.7 0,5—1,5 0.05—0,15 0,005
ЦВЕТНЫЕ МЕТАЛЛЫ
57
Таблица 37
Механические свойства цинковых деформируемых сплавов
Обозначение по стандарту DIN 1724 Состояние поставки Предел проч- ности на разрыв не менее Удлинение не менее в % Твердость 1 по Брипелю НВ1О (Р - 10D*) не менее
ZnAllFe Пр ессованный 27 2 75
Прессованный и тянутый 25 5 75
ZnA115 1 Прессованный 32 5 ео
ZnA14Culf и тянутый 30 5 80
ZnCul Прессованный и тянутый 20 20 50
ZnCu4Pb Прессованный 27 5 70
ZnCu4Pbl Прессованный и тянутый 27 5 70
ZnMnlPb Прессованный и тянутый 24 5 45
цинковый пластичный сплав ZnCul применяется для заклепок и дру-
гих аналогичных деталей. Для штамповки деталей применяют и спла-
вы ZnAUFe Zn AllCui. Деформируемость этих сплавов в горячем'
состоянии не столь велика, как у большинства других металлов. Рацио-
нальная температура обработки лежит в пределах 200—250°. Де-
формируемость в холодном состоянии также, как правило, хуже,
хотя упрочнение несколько меньше. При малых скоростях деформа-
ции эти материалы достаточно хорошо деформируются.
Другие цветные металлы, как свинец и олово (D1N 1728) обычно
не штампуют. Но драгоценные металлы типа серебра, золота и плати-
ны применяются для холодной высадки малых деталей, например,
для мельчайших контактов электрических устройств. Е.
Е. ПОДГОТОВКА ИСХОДНОГО МАТЕРИАЛА
1. ПОДГОТОВКА наружной поверхности
Стальные прутки после горячей прокатки имеют на поверхности
окисную пленку, которая образуется по-разному в зависимости от
вида материала, конца температуры прокатки и конструкции прокат-
ной линии. Эта окалина при штамповке деталей широкого потребле-
ния, не имеющих высокой точности, не оказывает заметного влияния,
и в таких случаях материал можно пускать в производство без под-
готовки. При изготовлении высококачественных деталей, особенно
холодной объемной штамповкой, окалина Должна быть предвари-
тельно полностью удалена, чтобы получить чистую и блестящую
поверхность детали и избежать преждевременного износа инструмента.
S8
ИСХОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Во многих случаях материал необходимо предварительно воло-
чить с тем, чтобы обеспечить лучшее качество поверхности и боль-
шую точность размеров. Особое значение это имеет для высококаче-
ственных деталей, так как существует непосредственная взаимосвязь
между состоянием поверхности и Допусками на размер исходного ма-
териала и качеством готовой детали. Для малых сечений применение
тянутых материалов необходимо потому, что точность катанки не-
велика и не отвечает требованиям применяемого автоматического обо-
рудования.
Предварительная подготовка поверхности должна проводиться
а в тех случаях, когда на исходный материал наносятся специальные
Продолжительность травления
Фиг. 12. Зависимость продолжительно-
сти травления от процентного содержа-
ния свободной кислоты.
следует предпочесть, решается в
покрытия, предназначенные для
облегчения последующей обра-
ботки.
а) Удаление окалины
Наиболее распространено
удаление окалины травлением
В качестве травящих средств
применяют главным образом со-
ляную и серную кислоты, а для
легированных сталей азотную и
фосс]юрную кислоты илй смесь
различных кислот. Вопрос, что
зависимости от стоимости
кисло-
ты. Продолжительность травления зависит в большей степени от со-
держания в ванне свобод-
ной кислоты (фиг. 12). При
травлении в соляной кис-
лоте концентрация состав-
ляет 10 — 20%, травление
•серной кислотой обычно
производится в 10—15%-
ном растворе. Вообще при-
меняют и меньшие кон-
центрации кислот (до 2%).
Эффективность травле-
ния определяется и тем-
пературой ванны. Соляная
кислота применяется, как
правило, при комнатных
Продолжительность травления
Фиг. 13. Влияние температуры травильной
ванны и содержания свободной кислоты на
температурах, серная кис-
лота требует более высо-
продолжительность травления.
кой температуры, и в этом случае не удается избежать нагрева
(фиг. 13). Чтобы предотвратить или сократить растворение стали в
кислоте и проникновение водорода в металл и вызываемой этим
хрупкости, в травильную ванну добавляют защитные материалы в
ПОДГОТОВКА ИСХОДНОГО МАТЕРИАЛА
Б9
Фиг. 14. Современная конструкция
травильного крюка из кислотостой-
кой специальной стали. Несущая
способность 2500 кг.
пределах 0,05 до 0,5%. На растворимость окалины это не влияет, но,
цак правило, увеличивает время травления.
Стали с высоким содержанием серы (автоматные стали) во избежание
появления хрупкости должны травиться особенно осторожно. Для
нержавеющих и жаропрочных сталей для никелевых сплавов и дру-
гих цветных металлов также необходимо принимать соответствующие
меры.
Другими методами химической очистки, которые за границей в
последнее время начали внедряться, являются электролитическое
травление, травление в расплав-
ленной соляной ванне и газо-
вое травление.
При электролитическом травле-
нии очищаемый материал подклю-
чается в качестве катода или ано-
да, электролитом чаще всего служит
серная кислота, а в последнее вре-
мя и сульфат железа. Можно тра-
вить и в растворе едкого натра
или соды. Продолжительность трав-
ления колеблется от нескольких
секунд до 15 мин.
При травлении в расплавлен-
ной соли, благодаря высокой темпе-
ратуре ванны (600—700°), одновременно с травлением производится
и снятие напряжений в металле, упрочненном холодной деформацией.
, Для рационального про-
ведения процесса травле-
—— ния целесообразно применять
4—у - —'Т---- различные приспособления.
(( О XV О ) Так, при травлении бунтов
—-Л> V У \^~х проволоки вместо обычных
травильных стоек применяют
Фиг. 15. Механический способ удаления специальные подвесные крю-
окалины. ки (фиг крЮКИ из.
готовляются из специальной нержавеющей стали или монель-метал-
ла и имеют малый собственный вес при высокой несущей способ-
ности. Бунты все время остаются на несущем крюке, вместе с крю-
ком они поступают в травильную ванну, а затем на мойку, известко-
вание, сушку и т. д. Крюки из нержавеющей стали сравнительно
Дорогие (около 600 долларов), поэтому их число не столь
велико.
Интересна конструкция установки для механического удаления
окалины с проволоки. Этот метод, аналогично старому способу (фиг. 15),
основан на том, что проволока направляется между смещенными от-
носительно друг друга роликами и сначала очищается от окалины
благодаря возникающим перегибам, а затем протягивается между
60
ИСХОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
двумя дисковыми щетками, вращающимися в противоположном на-
правлении. Корпус вместе со щетками вращается вокруг оси прово-
локи, благодаря чему удаляется прилипшая к поверхности
Катаная
Фиг. 16. Усовершенствованная конструк-
ция станка для механического удале-
ния окалины.
Ойычнаа катанка
Катанка, пиише.нная от окалины
Протрайленная катанка
Фиг. 17. Макрогеометрия поверхности
сырой катаной проволоки, проволоки
после механического удаления окалины
и после травления.
окалина и пыль (фиг. 16). На фиг. 17 показано сравнение макрогео-
метрии поверхности катаной проволоки после удаления окалины раз-
личными методами. Общий вид современной установки для очистки
Фиг. 18. Станок для механического удаления окалины,
установленный перед волочильным станом.
проволоки от окалины показан на фиг. 18. Установка может быть
смонтирована перед волочильным станом или перед холодновыса-
дочным автоматом.
ПОДГОТОВКА ИСХОДНОГО МАТЕРИАЛА
61
Указанный метод очистки до сих пор применяется только для тон-
кой проволоки диаметром до 6 мм. Очистка прутков и загото-
вок от окалины механическим путем возможна с помощью очистных
барабанов.
б) Волочение
Волочение весьма интенсивно изменяет свойства материала. Это
изменение при увеличении обжатия выражается в постоянном росте
предела прочности, уменьшении сужения, а также сначала в резком,
а затем постепенном падении удлинения. Интенсивность этих изменений
зависит от обжатия при волочении, но в не меньшей мере—от химиче-
ского состава материала и предшествующей термообработки его.
Для материалов, предназначенных под горячую штамповку, проч-
ностные свойства, возникшие при волочении, не имеют большого
значения. Возникшее упрочнение будет полностью снято при после-
дующем нагреве для штамповки. Следовательно, особые техни-
ческие условия и специальные меры здесь излишни. Специальные
меры необходимо предпринимать при волочении материалов, пред-
назначенных для холодной объемной штамповки. Так, если стальная
проволока волочится из катанки под готовый размер за один проход,
то обжатие не должно быть больше 10—20%. Проволока для высад-
ки обычно волочится из катанки с большим обжатием (до 30%), а затем,
как правило, после отжига дается чистое волочение в среднем с 5%-
ным обжатием. Полосовая сталь для изготовления холодноштампо-
ванных гаек волочится, как правило, с обжатием 6—12%, что отно-
сительно соответствующей круглой проволоки составляет 12—18%.
в) Поверхностные покрытия
При горячей штамповке поверхностные покрытия на заготовки
не наносят. Но при холодной объемной штамповке покрытия при-
меняются и как наполнители для смазок и как смазывающее сред-
ство для уменьшения трения между материалом и инструментом.
Стали для холодной высадки после волочения подвергаются
травлению, а затем после промывки известкованию в 8 %-ном (по
весу) растворе извести при температуре 90°. Такая сталь без какой-
либо дополнительной подготовки идет в производство. Однако сле-
дует учитывать опасность коррозии под защитным известковым сло-
ем, которая может возникнуть при длительном хранении на складе
или из-за неблагоприятных метеорологических условий. В таких
случаях непосредственно перед использованием материал необходи-
мо травить и известковать еще раз, так как чистое покрытие известью
очень важно для стойкости инструмента.
Прилипший известковый слой при обработке омыливается орга-
ническим смазочным маслом, и это обеспечивает известное облегче-
ние процесса деформирования. При изготовлении фасонных деталей
с острыми кромками может быть более рациональной обработка су-
хой известкованной проволоки без добавления смазки, что улучшает
заполняемость полости.
62
ИСХОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
В США во многих случаях в качестве наполнителя вместо извес-
ти используется бура. Протравленная таким образом проволока про-
мывается в водяной ванне, затем на короткое время погружается
в 5—8%-ный горячий раствор буры (90°) и просушивается при темпе-
ратуре 300—350°. При этом проволока перед погружением в раствор
буры имеет налет гидроокиси железа. Достоинством такого покрытия
наряду с другими является и то, что проволока может храниться без
образования коррозии и ухудшения обрабатываемости целыми неде-
лями. Кроме того, нет известковой пыли, загрязняющей инструмент
или узлы оборудования. Однако применение буры является более
дорогим; расход буры составляет 280 г на 1 т протравленного мате-
риала. Для материалов, предназначаемых под покрытие бурой,
необходимо применять не обычные смазочные Средства, а так назы-
ваемые стеараты, в особенности алюминиевые и цинковые, все более
широко заменяющие ранее применяемые волочильные мыла. Иног-
гда применяют смесь волочильного мыла и стеарата алюминия в от-
ношении 1:1.
Проволока мокроблестящего волочения имеет тонкое медносуль-
фатное покрытие, образуемое вследствие наличия в волочильной смаз-
ке сульфата меди. Такой материал хорошо заполняет полости слож-
ной формы, например, полости квадратного подголовка. При воло-
чении со смазкой жирами и маслами налипшая на поверхности про-
волоки смазка с точки зрения последующей высадки имеет малую эф-
фективность. Поэтому из такой проволоки можно высаживать детали
лишь при малых степенях деформации; для значительного формо-
изменения проволоку следует волочить, смазывая мылами или сте-
аратами, которые не теряют своей смазочной способности при высо-
ких температурах, возникающих во время деформирования. Эти сма-
зочные средства в соединении с наполнителями, наносимыми при трав-
лении, образуют прочно прилипшую к проволоке пленку, облегчающую
дальнейшую ее переработку.
Хороший результат получается при незначительном ржавении
материала, предназначенного для холодной высадки; легкий налет
ржавчины особенно полезен в случаях, когда детали склонны к за-
стреванию в штампе. Ржавчина действует как наполнитель смазки
и содействует уменьшению трения при контакте материала с инстру-
ментом. Конечно, преднамеренное ржавение на воздухе является вы-
нужденным решением, принимаемым лишь в исключительных случаях.
В последнее время для облегчения процессов холодной высадки
с успехом используют фосфатирование. Фосфатное покрытие исполь-
зуется и как антикоррозионное и как средство, улучшающее усло-
вия холодной высадки. Желательно покрыть фосфатной пленной тя-
нутый исходный металл. Если имеется катаный материал, то прово-
лока фосфатируется перед его последним обжатием при волочении.
При фосфатировании окисленный материал сначала протравли-
вается и нейтрализуется, а уже затем чистая проволока обезжирива-
ется в горячей щелочи. После тщательной промывки в холодной воде
и непосредственно следующего за этим ' подготовительного нагрева
ПОДГОТОВКА ИСХОДНОГО МАТЕРИАЛА
63-
Б горячей воде осуществляется покрытие при соответствующих темпе-
ратурах (обычно 65—70°); время нахождения в ванне в зависимости
от размеров и желаемой толщины слоя составляет 3—10 мин. После
этого проволока промывается в холодной и горячей воде. Если мате-
риал вскоре будет обрабатываться, то от промывки можно отказаться.
Методы фосфатирования общеизвестны. Фосфатирование не требуе
больших затрат и может применяться даже на мелких предприятиях.
Фиг. 19. Ванна для фосфатирования бунтов проволоки с газовым нагревом:
«—крышка; Ь— изоляция; с—боковое отопление; d—нижнее отопление; е—отходящие газы;
/—отстойник для удаления вагрязнениЙ; g—естественная циркуляция жидкости.
Нагрев может быть паровой, газовый или электрический, причем при
газовом нагреве целесообразно горелки устанавливать под ванной.
Расход газа составляет около 12 (нормальных) м3 в час на 1 м9
ванны. На фиг. 19 показана схема ванны для фосфатирования с га-
зовым подогревом; в ванне предусмотрен отстойник. Фосфатирование
стали благодаря уменьшению трения не только способствует облег-
чению процесса высадки, но и повышает стойкость инструмента
и предотвращает заедание деталей в штампе. Другим преимуществом
фосфатирования является большая устойчивость поверхности мате-
риала к атмосферным влияниям, поэтому коррозии при длительном
хранении и транспортировании не наблюдается.
Покрытия дают гораздо большую эффективность при значитель-
ных деформациях, в частности для сложных высаживаемых форм,
и при комбинировании высадки с редуцированием. Влияние покрытий
на стойкость инструмента значительно. Вместе с тем нужно отметить,
что стойкость инструмента зависит не только от состояния поверх-
ности высаживаемой проволоки, но также и от качества самого инст-
румента.
Судя по опыту, получаемая за счет покрытий экономия инструмен-
та уменьшается при увеличении его износостойкости, поэто-
му при применении хромированного, нитрированного или твердо-
сплавного инструмента влияние покрытий не столь очевидно. Исходя
из этого и решается вопрос об экономической целесообразности
фосфатного покрытия; его следует применять лишь при интенсивном
"агружении обрабатываемого материала.
€4
ИСХОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
В последнее время стало известно, что в США используют иные
методы покрытий. Проволока, предназначенная для высадки винтов
и заклепок, имеет так называемое самосмазывающее покрытие, на-
носимое погружением проволоки в специальный раствор при темпера-
туре 90°. Перед загрузкой в ванну проволоку травят, промывают
и при необходимости известкуют. После нанесения специального
покрытия применения каких-либо смазочных средств не требуется.
Состав покрытий еще не известен. Эти самосмазываюгцие покрытия
остаются эффективными и при последующих переходах и по-видимо-
му позволяют обрабатывать проволоку даже с окалиной и ржавчи-
ной. Расход покрытия составляет —0,6 кг на 1 т проволоки.
2. ОТЖИГ
При горячей штамповке отжиг материала не употребляется; он
необходим обычно только при подготовке под холодную высадку.
Для низкоуглеродистых сталей, если они поступают в виде проката,
отжига, как правило не нужно. Катаные высокоуглеродистые стали
в целях создания более благоприятной структуры металла чаще
отжигают. Для низкоуглеродистых тянутых сталей отжиг нужен
лишь в случаях, если необходимо, чтобы они имели пониженную твер-
дость. Обычно же их высаживают неотожженными после однократно-
го волочения из катанки. При тянутых высокоуглеродистых ста-
лях отказываться от отжига, как правило, нельзя. Отжигом дости-
гается соответствующая пластичность материала.
Цветные металлы иногда также нуждаются в отжиге. Так, на-
пример, алюминиевые сплавы, предназначенные для больших, дефор-
маций, отжигаются, иначе деформируемость их в холодном состоя-
нии будет недостаточна (табл. 32).
В зависимости от местоположения отжига в технологическом про-
цессе различают предварительный, промежуточный и заключитель-
ный отжиги. Отжиг перед волочением (предварительный) облегчает
проведение процесса и осуществляется в тех случаях, когда опреде-
ленная твердость не только не будет вредной, но с точки зрения после-
дующей обработки даже желательна. Это относится, например, к де-
талям, штампуемым с малыми деформациями при редуцировании
стержня. Обычно же отжиг применяется при волочении как проме-
жуточная операция, после которой производится небольшое чисто-
вое обжатие прутка, и металл получается полумягким или полу-
твердым. Для деформирования сложных деталей материал должен
быть мягким, поэтому отжиг дают в заключение, и затем пруток про-
тягивается лишь через деревянную волоку, что почти не изменяет
свойств его после отжига.
Печи, используемые для отжига, работают большей частью
с партионной загрузкой. По конструкции применяют в основном
шахтные, колокольные и печи с горизонтальным подом. Реже при-
ПОДГОТОВКА ИСХОДНОГО МАТЕРИАЛА
G5
еняют проходные печи и соляные печи-ванны. Для отжига прутков
используются очковые печи различной конструкции.
а) Методы отжига
Возникающее при волочении упрочнение снимается отжигом.
Состояние металла после отжига зависит от многих факторов и в том
числе от химического состава материала, температуры отжига и его
продолжительности, а также от условий нагрева и охлаждения.
Температура отжига определяется одной характерной особенно-
стью материала, заключающейся в том, что при нагреве до извест-
ной величины, определенной для каждого материала, изменение его
прочностных свойств незначительно. Но при дальнейшем увеличе-
нии температуры отжига даже в пределах весьма узкого интервала
снижение прочностных свойств материала становится значительным.
На фиг. 20 показан ход разупрочнения для некоторых цветных
сплавов и сталей в зависимости от температуры отжига. Кроме это-
го, температура отжига зависит от степени холодной деформации;
с увеличением степени деформации кривая сдвигается в область низ-
ких температур (фиг. 21). Чем ниже температура отжига, тем больше
должна быть его продолжительность. Наиболее употребительные
температуры мягкого отжига даны для сталей в табл. 38, для цвет-
ных металлов в табл. 39, для легких сплавов в табл. 40. В табл. 39
названы минимальные температуры рекристаллизации, при кото-
рых начинает восстанавливаться структура.
Таблица 38
Температура отжига сталей
Группы сталей Характерные марки стали Обычные темпе- ратуры отжига в °C
Нпзкоуглеродистые стали (табл. 1,8) St34, Мп7, СЮ, С15 700—740
Нелегированные, улучшае- мые стали (табл. 3,9) С22; С35; С45 680—720
Нелегированные, высоко- углеродистые стали (табл. 9,11) С60; С67; С75; С85; С90; С100 670—710
Марганцевые и кремниевые Улучшаемые стали (табл. 5,12) Хромистые и молибденовые улучшаемые стали (табл. 6,13,14) 30Мп5; 40Мп4; 37MnS15; 42MnV7 34Сг4; ЗбСгб; 41Сг4; 25СгМо4 до 50СгМо4; 30CrMoV9; 27MnCrV4 42CrV4; 50CrV4 650—700 680—720 640—680 680—720
Никелевые стали (табл. 15) 30CrNiMo8; 34CrNiMo6, 36CrNiMo4 650—700
Подшипниковые стали (табл. 6, 13, 14) I05Cr2; 105Cr4; ЮОСгб, 40Cr52; 90CrMo72 750—800 800—850
5 IU8
66
ИСХОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Продолжение табл. 38
Группы сталей Характерные марки стали Обычные темпе- ратуры отжига в ° С
Жаропрочные стали (табл. 16) Ферритные стали Аустенитные стали Х10СгА17; XIOCrSilS; X10CrSil8 ХЮСгАПЗ; Х10СгА118; Х10СгА124 X10CrSi6 X20CrNiSi254 X15CrNiSil99 X15CrNiSi2419 X12CrNiSiNb2014 750—800 800—850 930—950 1000—1050 1050—1100
Таблица 39
Температура отжига различных цветных металлов
после холодного пластического деформирования в ° С
Материал Низшая темпе- ратура рекри- сталлизации Обычная тем- пература отжига Материал Низшая темпе- ратура рекри- сталлизации Обычная тем- пература отжига
Алюминий . 150 360 — 400 Медь . . . 210 540 — 750
Бронза . . Дуралюмин. 400 260 550 — 680 350 — 380 Латунь - . Монель-ме- 200 540 — 680
Инконель . 500 850— 1000 талл . . . Никель . . 430 900 750 — 900 750 — 900
Таблица 40
Температуры отжига алюминия и алюминиевых сплавов
Материал Температура мягкого отжига в се Обычная продолжительность отжига в часах
Чистый алюминий 360 — 400 2 — 6
А1Мп 450 — 500 0,5 — 3
AlMgMn AlMg3 400 — 450 0,5 — 3
A lMg5 290 — 400 0,5 — 6
AlMg7
AlMgSi* 330 — 370 1 — 5*
A ICuMg* 350 — 380 0,5 — 6*
AlCuNi* 330 — 360 1 — 6*
* Закаливаемые сплавы после отжига должны охлаждаться явлений подкалки. ~ медленно, чтобы избежать
ПОДГОТОВКА ИСХОДНОГО МАТЕРИАЛА
67
Фиг, 20. Изменение механических свойств тянутой проволоки благода-
ря отжигу (схематически). Обжатие 50%.
Температура отжига
Фиг. 21. Влияние длительности отжига, предшествующего
холодного деформирования и чистоты химического соста-
ва на ход разупрочнения при отжиге медной проволоки.
5*
68
ИСХОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Продолжительность отжига устанавливается для конкретных
условий. Вообще при соблюдении верхней температурной границы
можно, отжигать быстрее. Но на продолжительность влияет и кон-
струкция печи: при отжиге в соляных печах-ваннах время отжига
значительно меньше, чем в обычных печах. По американскому опыту
стали под холодную высадку со средним содержанием углерода от-
жигаются в зависимости от интенсивности деформации от 4 до 23 час.
Время отжига чистого алюминия и его сплавов составляет до б час.
600 100 800 900°С НЯ 600 700 800 900°С НД 600 700 800 9ОО°СНЙ
Исходное Температура Исходное температура Исходное Температура
состояние отжига состояние отжига состояние отжига
Фиг. 22. Изменение механических свойств и структуры тянутой стальной прово-
локи при отжиге. Содержание углерода от О,ГО до 0,60%, обжатие 20%. Пер-
литное число 0 соответствует пластинчатому перлиту, перлитное число 100 — зер-
нистому перлит.у.
Тщательный отжиг важен не только с точки зрения достижения
определенных прочностных показателей. Важнейшей целью от-
жига является создание в материале благоприятной структуры.
Провести отжиг нужно так, чтобы у сталей со средним или высоким
содержанием углерода перлит равномерно распределялся мелкими
сферическими зернами. Такая структура наиболее пригодна для
деформирования. Достижение этого структурного состояния возмож-
но при весьма узком температурном интервале; у тянутой проволоки
образование сфероидального цементита осуществляется легче, чем у ка-
таной. Наиболее проверенный путь получения сфероидального це-
ментита заключается в отжиге до температур 680—720° с последую-
щим медленным охлаждением. При малом содержании углерода
необходимо придерживаться верхних границ, при высоком—нижних.
Из фиг. 22 можно выяснить, каким температурным интервалом
обеспечиваются требуемые прочностные свойства и благоприятная
структура, характеризуемая перлитным числом. Сравнительно малые
температурные отклонения могут привести к ухудшению структур-
ного образования.
ПОДГОТОВКА ИСХОДНОГО МАТЕРИАЛА
69
На температуру отжига легированных сталей влияет содержа-
ние легирующих элементов. Степень легирования изменяет время
отжига еще более значительно. Температуру и время отжига нуж-
но строго выдерживать при обработке никелевых сплавов, меди
и медных сплавов, так как в противном случае образуется крупнозер-
нистая структура. Для никелевых сплавов отжиг следует проводить
в защитных атмосферах, с минимальным содержанием серы. Для
медных сплавов также важно соблюдение допустимых пределов;
температура заключительного отжига в целях восстановления из-
мельченной структуры здесь может быть, как правило, на 50—100°
ниже. Целесообразно перед отжигом дать предварительный медлен-
ный нагрев материала в течение 1 часа при 200°. Для алюминиевых
сплавов требуется возмо?кно медленное охлаждение во избежание
появления закалки.
б) Брак при отжиге
Неблагоприятное структурное образование в стали может быть
вызвано при перегреве или при передержке. В противоположность
низкоуглеродистым сталям стали с высоким содержанием углерода
очень чувствительны к этому; как видно из фиг. 22, такие ошибки при-
водят к образованию вместо зернистого — пластинчатого перлита,
а это снижает деформируемость стали. Кроме того, при температурах
выше 800° появляется нежелательный рост зерна.
При отжиге низкоуглеродистых сталей следует учитывать, что
совокупность малых обжатий сечения (порядка 8—16%) с последу-
ющим отжигом при температурах 650—850° может привести к интен-
сивному росту зерна, из-за чего снижается .пластичность. Лучше все-
го перед отжигом не проводить деформирования в критических об-
ластях, если же этого избежать нельзя, то отжиг нужно проводить
при более низких температурах (порядка 600°).
Аналогична опасность образования при отжиге крупнозернистой
структуры при малых степенях предварительной деформации у алю-
миния. Поэтому холодное деформирование перед отжигом должно про-
водиться со степенями деформации не менее 50%, а при возможно-
сти и до 70—90%. Только таким путем можно обеспечить получение
мелкого зерна. Вообще можно считать, что чем больше предваритель-
ное холодное деформирование, тем мельче зерно вновь образующей-
ся структуры.
1 Часто наблюдающийся дефект улучшаемых сталей заключается
в обезуглероживании поверхности. Этот дефект может появиться уже
на прокатном заводе из-за неправильной регулировки пламе-
ни, но чаше всего он появляется при отжиге готовой проволоки. Из-
за обезуглероживания материал может стать непригодным, особен-
но если затем требуется производить улучшение или закалку поверх-
ности. Пластичность материала при обезуглероживании не ухудша-
ется, поэтому непосредственно на холодной высадке это не отражает-
ся. Для устранения обезуглероживания при отжиге применяют чу-
70
ИСХОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
гунную стружку, но при этом значительно увеличивается расход
топлива. Кроме того, имеются так называемые печи светлого отжига,
работающие с защитными атмосферами. Другая возможность избе-
жать обезуглероживания заключается в применении отжига катан-
ки с образованием окалины. При удалении окалины снимается и
обезуглероженный слой, возникший при прокатке. Как показали по-
следние исследования, можно исключить обезуглероживание при-
менением карбида кальция. При этом карбид так размещается в печи,
чтобы по возможности весь поступающий воздух проходил через
него.
Ж. ТРЕБОВАНИЯ К КАЧЕСТВУ ИСХОДНОГО МАТЕРИАЛА
Часто в связи со значительным деформированием при штампов-
ке для исключения последующего брака необходимо предъявлять
определенные требования к качеству исходного материала. В этом
отношении наиболее важными показателями для материала явля-
ются высокая пластичность, хорошее качество поверхности, точность
размеров и равномерность свойств. В табл. 41 содержится перечень
Таблица 41
Свойства материала, влияющие факторы и возможные дефекты у сталей
для высадки и штамповки
Свойства Влияющие факторы
Деформируемость Методы изготовления на металлургическом заво- де (источники сырья, вид печи, процесс плавки, раскисление). Химический состав (содержание углерода, легирующих элементов, включений).
Состояние поверхности Состояние (структура, механические свойства) Дефекты слитка (металлургические дефекты—га- зовые пузыри, пористость, неметаллические вклю- чения, трещины слитка, прочие дефекты слитка). Дефекты прокагки (закаты, задиры, дефекты нагрева, складки, повреждение прокатными ка- либрами). Царапины при волочении. Дефекты отжига (поверхностное обезуглерожи- вание, окалина)
Точность Постоянство свойств Овальность. Отклонение размеров Смешение металла разных плавок
Закаливаемость Смешение материала Химический состав (содержание углерода, мар- ганца и легирующих элементов). Структура (величина зерна, характер перлит- ной структуры)
возможных недостатков стали и причины, их вызывающие. Объем
и степень требований к материалу нельзя представить в виде каких-
ТРЕБОВАНИЯ К КАЧЕСТВУ ИСХОДНОГО МАТЕРИАЛА
71
то коэффициентов; выбор материала производится на основе тща-
тельного анализа процесса и в первую очередь величин деформации,
характерных для тех или иных процессов. На фиг. 23 приведены
степени истинной деформации, имеющей место при высадке основ-
ных видов болтов с шестигранной головкой. Из фигуры видно, что
§
&
Но немецким
стандартам
Метрическая резьба
———ГТ1—'—'—'
Тип стержня
Полный
стержень
я »»
Тонкий
стержень
М2 М МБ МБ МЮ Mf! М14 М1Б М№'М20
М3 MS М7 Диаметр резьбы
1,85 3,85 5,85 7,8 9,7 11,7 13,7 15,7 17,6 19,6 6,2 7.8 9,35 10,812,5 16,0 15.6 /8.7 мм
2,85 6,85 6,85 Диаметр проболоки для полного стержня
1.65 3,62 5,22 7,05 8,85 10.67 12.50 М.5016.15 18.15 мм
2J57 6.37 6.22 Диаметр про Волоки Оля тонкого стержня
Фиг. 23. Степени деформаций при холодной высадке болтов
различных форм и размеров.
в зависимости от формы, размеров и вида болта материал подверга-
ется совершенно различной нагрузке. Таким образом, материалы,
не приемлемые в условиях интенсивной деформации, могут быть
вполне приемлемы при меньших нагрузках материала.
Рекомендуется при изготовлении различных фасонных деталей
предварительно сделать анализ показателей процесса деформации
материала. '
Необходимо подчеркнуть, что не следует ставить чрезмерных тре-
бований к качеству материала. Они должны соответствовать пред-
писанным свойствам готовой детали и условиям процесса деформи-
рования. Вообще же материал, применяемый для холодной высадки,
Должен быть более высокого качества, чем материал, предназначен-
ный для горячей штамповки.
72
ИСХОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
1. ДЕФОРМИРУЕМОСТЬ
Наиболее важным требованием к исходному материалу является
способность его к деформированию. Особенно важно это для мате-
Фиг. 24. Скалывающие
трещины на головке заго-
товки болта, высаженной
в холодном состоянии.
риалов, применяемых при холодной высад-
ке, так как при недостаточной деформиру-
емости при обработке возникают на поверх-
ности скалывающие трещины (фиг. 24). Эти
трещины возникают потому, что при хо-
лодной высадке наибольшие сдвигакщие на-
пряжения располагаются в плоскости, накло-
ненной под углом 45° к направлению дейст-
вующего усилия. После истощения способ-
ностей к деформированию в материале об-
разуется трещина (фиг. 25). Деформируемость
зависит от способа выплавки, химическо-
го состава и состояния, получаемого в ре-
зультате предыдущей обработки. Эти влияю-
щие факторы всегда находят свое отражение
в структуре металла и его прочностных
свойствах.
Фиг. 25. Линии скольжения в стали с недостаточной деформируемостью.
Продольный шлиф, протравленный. X 35; X 50.
а) Влияние химического состава
Всякие случайные примеси снижают деформируемость в холод-
ном состоянии. У сталей резко снижается деформируемость при уве-
личении содержания азота и фосфора и особенно углерода. В последнем
случае снижается и стойкость инструмента. О влиянии кремния нет
еще достаточно проверенных данных. Можно предположить, что
кремний также ухудшает деформируемость.
Снижают деформируемость и легирующие элементы— никель, хром,
ванадий, молибден, марганец, причем их влияние уменьшается
в указанной последовательности. Наличие никеля и хрома особенно
ТРЕБОВАНИЯ К КАЧЕСТВУ ИСХОДНОГО МАТЕРИАЛА 73
сильно ограничивает способности сталей к холодному деформирова-
нию, а при их высоком содержании возможность холодной высадки
вообще сомнительна.
Таким образом, чем ниже содержание в стали вредных примесей
или легирующих элементов, тем более она пригодна, при прочих
равных условиях, для холодного деформирования. Аналогичное суж-
дение относится и к цветным металлам. Поэтому материалы для хо-
лодной объемной штамповки должны быть по возможности чистыми
и содержать только те примеси, которые обусловливаются методом
выплавки или требуемыми качественными показателями.
Изменение сопротивления деформации зависит от температуры
значительно больше, нежели от химического состава. Поэтому при
горячей штамповке требования к химическому составу не столь жест-
ки. Различие в сопротивлении деформации, вызванное измене-
нием содержания углерода в стали, проявляется лишь в области срав-
нительно низких температур (до 900°); при температурах свыше 950°
эти показатели для различного содержания углерода в стали весьма
близки друг к другу. Примеси кремния, марганца и фосфора не ока-
зывают вредного воздействия на процессы горячей штамповки; более
того, высокий процент содержания фосфора улучшает обрабатывае-
мость стали в горячем состоянии. Наоборот, высокий процент серы,
особенно при одновременном низком содержании марганца и нали-
чии примесей кислорода и мышьяка, сильно снижает деформируе-
мость сталей вгорячую; при температурах 700—-1100° при этом появ-
ляется так называемая красноломкость. Это особенно характерно
для автоматных сталей. При малом и среднем содержании легирую-
щих элементов пластичность стали изменяется незначительно, вы-
сокое содержание их в стали приводит к ухудшению деформируемо-
сти. Примеси, содержащиеся в цветных металлах в сотых или даже
тысячных долях процента, весьма ощутимо снижают деформируемость
таких металлов. Очень резко ухудшают деформируемость: висмут или
свинец—в меди, свинец—в латуни, сера—в никеле, олово—в цинке.
О влиянии химического состава на пластические свойства легких
сплавов уже говорилось.
б) Влияние механических свойств
При горячей штамповке механические свойства, если они не обус-
ловлены соответствующим химическим составом, как показал опыт,
не влияют на деформируемость. Высокие прочностные показатели,
полученные за счет холодного деформирования или термообработки,
при нагреве до температуры штамповки исчезают.
При холодном деформировании механические свойства могут по-
влиять на качественное изготовление. Многочисленные опыты гово-
рят о том, что высокая прочность материала затрудняет его деформи-
рование. Поэтому для сталей, предназначаемых под холодную высад-
ку, рекомендуются пределы прочности согласно табл. 42. Однако про-
изводственный опыт и ряд экспериментов привели в выводам, что при
74
ИСХОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Таблица 42
Механические свойства сталей, предназначенных для холодной высадки,
в состоянии поставки (по стандарту D1N 1654)
Вид стали (табл. 1 — 6) Предел проч- ности в кГ/мм* не более Относительное сужение в % не менее Вид стали (табл. 1 — 6) Предел проч- ности в кГ/мм* не более Относительное сужение в % не менее
Muk7 . • • 55 60 40Мп4 70 50
Cql5 • • • 63 58 41Сг4 70 50
Cq22 . . • 65 55 ЗбСгб 70 50
Cq35 • • • 68 53 42CrV6 70 50
Cq45 • . . 70 50 42MnV7 70 50
34СгМо4 70 50
42СгМо4 70 50
определенных условиях можно без особых затруднений высаживать
и стали с более высокими механическими показателями. При этом
существенное значение имеет причина возникновения высоких меха-
нических характеристик: из-за неправильной термической обработки
или вследствие интенсивного обжатия при холодном волочении. В
о 5 Ю 15 го 75 30 О 5 W 15 70 75 30 О 5 10 15 20 25 30%
Уменьшение поперечного сечения
970 Температура
отжига
Температура
отжига ~
680° _
760°
840° I—
Закален и
отпущен
Фиг. 26. Влияние холодного волочения и термообработка
на деформируемость.
первом случае будет иметь место ухудшение пластичности, а во вто-»
ром — при Правильном проведении отжига, можно даже повысить спо-
с° ность металла к деформированию (фиг. 26). Это явление можно
0 ценить эффектом Баушингера, согласно которому материал, предва-
Р Тел ™ "°^вергнУтый деформациям в одном направлении (например,
подвер ну hi волочению), при деформировании в обратном направ-
лении оуд еть более низкий предел текучести и более высокую
Сталь XU(42Mn V7) Чг 1П°7°
“ 87
s г &
во
<и
75 Е
73^
70 g
О
со
60
’^851
55
ТРЕБОВАНИЯ К КАЧЕСТВУ ИСХОДНОГО МАТЕРИАЛА
75
пластичность. При холодной высадке деталей из патентированной
проволоки вполне возможно получать качественные детали даже при
пределах прочности 90—100 кГ/мм2. Таким образом, предел проч-
ности не может служить мерилом деформируемости материала. Не
доказано и какого-либо определенного влияния повышения предела
прочности на стойкость инструмента; высадочные матрицы часто
стоят дольше при обработке наклепанной проволоки.
Фиг. 27. Влияние обжатий при волочении на зависимость между деформи-
руемостью и величиной относительного сужения.
До сих пор не установлено четкой зависимости между способно-
стями к холодному деформированию и пределом текучести и удлине-
нием. Относительное сужение шейки, определяемое при стандартных
испытаниях образцов на разрыв, является наиболее верным показа-
телем пластичности материала. Лучшими считаются стали, относи-
тельное сужение которых выше 60%. Стали для холодной высадки
с относительным сужением 50—60% имеют достаточно хорошую плас-
тичность и могут применяться весьма широко, а при сужении меньше
50%, по. современным взглядам, стали для холодной высадки непри-
годны. Именно в этом смысле DIN1654 дает рекомендации по номи-
нальному значению сужения различных сталей, предназначаемых
под холодную высадку (табл. 42).
Но и во взаимосвязи сужения и способностей к деформированию
отнюдь не все так ясно, как кажется на первый взгляд. Судя по фиг. 27,
существует такая зависимость только для случаев, когда волочение
76
ИСХОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
осуществляется после отжига. Сталь, подвергнутая сильному обжа-
тию при волочении, сохраняет достаточно хорошую пластичность
и при относительном сужении меньше 50%.
в) Влияние структуры
Структурное состояние, если нет грубых дефектов, мало влияет
на поведение металла при горячей штамповке. Однако структура ста-
лей, а во многих случаях и цветных металлов играет большую роль
Температура отжига
Температура отжига
Фиг. 28. Влияние предварительной термообработки на величину отно-
сительного сужения; характер перлитной структуры и способности
к деформированию стали CQ35 (при различной величине обжатий),
при холодном формоизменении. Кроме 'величины зерна и их ориен*
тации для сталей со средним и высоким содержанием углерода важно,
каков характер структуры перлита. Уже указывалось, что рост со-
держания углерода ухудшает пластичность стали. Это объясняется
в основном тем, что перлит, как составляющая часть, содержащая
углерод, весьма трудно деформируется в холодном состоянии. Феррит,
который почти не содержит углерода, наоборот, весьма и весьма пласти-
чен. Поэтому характер перлитной структуры является решающим фак-
тором, снижающим пластичность при высоком содержании углерода.
Чем больше при соответствующем отжиге пластины цементита рас-
пределится многочисленными мелкими сферами в основной феррит-
ной массе, тем лучше будут пластические свойства стали. На фиг. 28
показано влияние отжига на деформируемость и характерное очер-
тание кривой, показывающей сужение шейки. На фигуре перлитная
структура характеризуется перлитным числом от 0 до 100, обознача- 1
ющпм процент содержания сфероидального цементита в общей мас-
се перлита. На фиг. 29 приведены микроструктуры перлитного обра-
зования с указанием перлитного числа. С их помощью можно опре-
делить перлитное число другой структуры и легко установить влия-
ТРЕБОВАНИЯ К КАЧЕСТВУ ИСХОДНОГО МАТЕРИАЛА
п
ние этого фактора на деформируемость. Как правило, для деталей,
подвергаемых холодной высадке со средними степенями осадки, наи-
d) е) I)
Фиг. 29. Примеры перлитной структуры в порядке перехода от пластинчатого
к зернистому:
а — пластинчатый перлит, перлитное число 0—10; b — в большей степени пластинчатый,
частично зернистый, перлитное число 20—30; с— смесь пластинчатого перлита с зер-
нистым; перлитное число 40—50; й — смесь зернистого перлита с пластинчатым, пер-
литное число 50—60; е — зернистый перлит с примесью пластинчатого, перлитное число 70—
80; f — зернистый перлит» перлитное число 90—100.
более пригодна структура с перлитным числом 70—80. С уменьшением
содержания углерода в стали влияние структуры перлита снижается.
Оно сказывается на’деформируемости стали в холодном состоянии
лишь при содержании углерода выше 0,20%. Для низкоуглеродистых
сталей вполне допустим при высадке и пластинчатый перлит, нормаль-
ная микроструктура которого показана на фиг. 30.
Величина зерна стали для холодной высадки должна быть средней.
При очень мелком зерне увеличивается работа деформирования, так
как зерна не имеют места для измельчения, обусловливаемого пронес-
78
ИСХОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Фиг. 30. Структура низкоуглероди-
стой стали (0,12°/оС) для холодной
высадки (продольный шлиф, про-
травлен. X 1000).
Фиг. 31. Структура мелкозернистой
мягкой стали.
Фиг. 32. Структура крупнозернистой
мягкой стали.
Предельные величины зерна, обеспечивающие шнкоуглеролистой стали пригодность для
холодной высадки (продольный шлиф, протравленный. X 80).
Фиг. 34. Структура улучшаемой
стали С 35.
Фиг. 33. Структура мягкой стали
(0,12% С).
Полосчатая
структура стали, предназначаемой для холодной высадки (продольный
шлиф, протравлен Х80).
ТРЕБОВАНИЯ К КАЧЕСТВУ ИСХОДНОГО МАТЕРИАЛА
79
сом высадки. С другой стороны, крупнозернистые стали весьма хруп-
ки. Этот факт следует учитывать особенно при обработке низкоуглеро-
дистых сталей, рекристаллизация которых может повести к укруп-
нению зерна. Фото, данные.на фиг. 31 и 32, изображают случаи обычной
величины зерна мягких сталей, высаживаемых в холодном состоянии.
Говоря о структуре, следует сказать и об ориентации зерен. Как
у мягких (фиг. 33), так и у высокоуглеродистых сталей (фиг. 34)
полосчатость структуры может поставить под сомнение вообще при-
годность материала для холодной высадки. Деформируемость при та-
кой ориентации зерен недостаточна. В материале с большим относи-
тельным сужением и благоприятной зернистой структурой перлита
при наличии резко выраженной полосчатости при высадке могут воз.
никнуть скалывающие трещины, а также поперечное расслаивание
головки. Этот недостаток материала, на который обычно не обращают
должного внимания и на который нет ссылки в стандартах и техни-
ческих условиях, можно устранить или уменьшить с помощью допол-
нительного отжига.
2. КАЧЕСТВО ПОВЕРХНОСТИ
Во время процесса изготовления исходного материала могут воз-
никнуть различные ухудшающие поверхность дефекты, которые
могут сделать материал непригодным для высадки. Соблюдение
качества поверхности необходимо как для горячей штамповки, так
и для холодной, но в последнем слу-
чае требования к качеству значитель-
но выше. Поверхностные дефекты
могут возникнуть во время плавки
на металлургическом заводе, при
прокатке, и, наконец, при волочении
и отжиге.
а) Дефекты разливки
Дефекты при разливке получа-
ются чаще, чем при прокатке. Таки-
ми дефектами являются неметал-
лические включения, газовые пу-
зыри, расположенные внутри или
на поверхности материала, порис-
тость, спаи и т. п. (фиг. 35). Не-
металлические включения могут об-
Рис. 35. Дефект, возникший при
разливке в стали С22, предназна-
ченной для холодной высадки
(поперечный шлиф, протравлен.
X 40).
разеваться в стали вследствие засорения шлаками, продуктами
раскисления, огнеупорными материалами и продуктами реакции
между ними. Газовые пузыри представляют собой полое пространство
с газом; они получаются, как правило, только при разливке сталей
в неуспокоенном состоянии. При разливке успокоенных сталей полу-
чается неравномерно расположенная местная пористость. Перечи-
сленные поверхностные дефекты встречаются наиболее часто.
80
ИСХОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
б) Дефекты прокатки
В первую очередь следует назвать закаты. Они появляются при
избытке металла в калибрах, образуя при этом шов. Швы при после-
дующем пропуске могут быть завальцованы. Всегда заметно, что за-
каты получаются на двух противоположных сторонах прутка (фиг. 36).
В местах заката поверхности не полностью свариваются, поэтому сюда
часто затягиваются и шлаки, нарушающие целостность материала.
Кроме того, у высокоуглеродистых сталей вблизи закатов часто появ-
Фиг. 36. Внешний вид
поперечного сечения с
закатом. X 3.
Фиг. 37. Микрошлиф того же се-
чения. X 40.
Закаты в стали для холодной
высадка С35 (поперечный ш.^иф. протравлен).
ляется обезуглероживание. Типична их большая протяженность, как
правило, на всю длину проката. Микроснимок заката изображен на
фиг. 37.
Несмотря на очевидное различие между газовыми пузырями и за-
катами, часто трудно и даже невозможно установить, возник ли
тот или иной дефект, появившийся при штамповке, при плавке или
при прокатке. Оба дефекта одинаково проявляют себя при высадке
тем, что заготовка в наибольшем деформируемом сечении получает
трещину, параллельную оси высадки (см. фиг. 498, 499). Избежать
закатов можно путем прокатки с малыми припусками, но исключить
газовые пузыри гораздо сложнее.
Другие дефекты поверхности могут образоваться вследствие не-
правильного нагрева, открытых и завальцованных царапин на поверх-
ности, повреждения поверхности или выкрашивания валков. Иные
поверхностные дефекты встречаются в весьма ограниченном объеме.
Их проявления при высадке примерно аналогичны ранее упомянутым.
в) Прочие дефекты
Кроме перечисленных дефектов поверхности у тянутой стали
встречаются еще продольные борозды, образовавшиеся при волочении
Они могут впоследствии развиваться в продольные трещины поверх-
ТРЕБОВАНИЯ К КАЧЕСТВУ ИСХОДНОГО МАТЕРИАЛА
81
Фиг. 38. Улучшаемая сталь
марки С35 с поверхностным
обезуглероживанием.
постного характера или более глубокие. До сих пор этим дефектам
не придавали значения, покольку они не всегда имеют вес для
готового изделия.
Царапины образуются при волочении плохо травленых сталей,
особенно таких, у которых на поверхности частично осталась ока-
лина. Плохое состояние волоки так-
же может быть причиной появления
этого дефекта.
Поверхностное обезуглерожива-
ние в известном смысле тоже дефект
поверхности. Причины обезуглеро-
живания были перечислены раньше,
особенно интенсивно обезуглерожи-
вание происходит при температу-
рах выше нижней точки превраще-
ния; у нелегированных сталей это 720°.
Обезуглероживание может быть
местным или распространяться на
всю длину. На фиг. 38 показана стру-
ктура стали марки С35 при толщине
обезуглероженного слоя около 0,2 мм.
На основе опыта можно сказать,
что площадь обезуглероженной поверхности (кольца) должна быть не
более 5% площади всего сечения материала. Для сталей, пред-
назначаемых под холодную высадку, допустимая глубина обезу-
глероженного слоя указана в табл. 43 (DIN 1654). Эти данные
Таблица 43
Максимально допустимая глубина обезуглероженного слоя у сталей,
идущих для холодной высадки DIN 1654
Диаметр материала в мм Максимальная глуби- на обезуглероживания в мм Диаметр материала в мм Максимальная глуби- на обезуглероживания в мм
<6 0,08 9— 10 0,125
6 — 7 0,09 10—12 0,15
7 — 8 0,10 12— 14 0,18
8 — 9 0,11 14 — 20 0,20
за рубежом еще жестче и составляют, например, при диаметре 12 мм
0,05—0,08 мм; при диаметре 19 мм 0,13—0,18 мм. Для цементируе-
мых сталей с учетом последующей цементации значительное обезугле-
роживание может быть допустимо; для других сталей с содержанием
углерода менее 0,18% допускается большая толщина обезуглерожен-
ного слоя. В последнее время для устранения этого недостатка при-
меняют науглероживание проволоки или готовой детали за счет ма-
териалов, отдающих углерод.
6 U29
82
ИСХОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
3. точность
Точность материала влияет в первую очередь на точность изготов-
ляемых деталей. Например, при высадке заготовки болта или анало-
гичных деталей точность стержня по диаметру и; овальности соответ-
ствует точности материала. Так как проволока отрезается подлине
с учетом объема под высадку, то отклонения в размере проволоки
сказываются и на размере головки (при высадке без заусенца). Если
диаметр материала недопустимо велик, то слишком много материала
будет высажено в головку; деталь получается со складками в головке
или образуется заусенец. Если диаметр проволоки ниже предписан-
ного, головка будет неполной, и грани головки не получатся четкими.
В зависимости от требований к детали допустимые отклонения раз-
мера проволоки могут быть больше или меньше. Так, например, от-
клонения, безусловно, больше для деталей, высаживаемых с зау-
сенцем. Точность материала косвенно может влиять на стойкость
инструмента, а также на бесперебойное протекание технологического
процесса. Данные о допустимых отклонениях уже приводились. Для
тянутых материалов овальность должна быть в пределах допуска
на диаметр, в особых случаях овальность ограничивается поло-
виной этого допуска. Это условие для катаной проволоки или
прутка касается главным образом того, что бунт или пруток в конце,
середине или начале должен иметь размер в пределах допуска, ого-
воренного при поставке. Наиболее частые дефекты по форме сеЧения
характерны наличием шва при слишком полно прокатанной заготовке
или несовпадением формы при сдвиге половинок калибров.
4. ПОСТОЯНСТВО СВОЙСТВ
Для бесперебойного осуществления технологического процесса,
наряду с точностью, важно и постоянство свойств. Материал в массо-
вом производстве гораздо легче обрабатывать в том случае, если он,
даже не во всем отвечая требованиям поставки, имеет постоянные свой-
ства, и гораздо труднее осуществить обработку материала, свойства
которого сильно колеблются хотя бы и в пределах, оговоренных стан-
дартами и условиями поставки. Это особенно важно при применении
высококачественных материалов и автоматического или полуавтома-
тического оборудования. При значительном колебании свойств ма-
териала нерационально производство деталей, к которым предъяв-
ляются жесткие требования в отношении качественных показателей.
В таких случаях в пределах общих технических условий поставки
необходимо оговорить требование о постоянстве свойств путем вклю-
чения в одну поставку материала одной плавки и исключения измене-
ния свойств материала.
5. УЛУЧШАЕМОСТЬ ТЕРМООБРАБОТКОЙ
Поскольку штампуемые детали после формоизменения в последую-
щих операциях технологического процесса должны доводиться еще
до высоких прочностных показателей, появляются и другие требования
ТРЕБОВАНИЯ К КАЧЕСТВУ ИСХОДНОГО МАТЕРИАЛА
83
к материалу. Материал должен обеспечить получение предусмотрен-
ных прочностных свойств с помощью соответствующей термообработки,
и это требование при заказе материала следует учитывать.
Возможности улучшения механических свойств зависят от многих
факторов. Наряду с применяемыми закалочными средами, химиче-
ским составом, размерами материала имеет значение и структура.
С этой точки зрения важна величина зерна, причем предусматривает-
ся, например, для проволоки диаметром до 11 мм крупнозернистая
закаливаемая в масле сталь с размером зерна по Мак-Кведу и Эну
3—4; при больших размерах мелкозернистая сталь, закаливаемая
в воде, с размером зерна 6—8. Вообще мелкозернистые стали прокали-
ваются менее глубоко.
3. КОНТРОЛЬ МАТЕРИАЛА
Большое число возможных дефектов материала и их значительное
влияние на безупречное протекание технологического процесса вы-
нуждают проводить тщательный и всесторонний контроль применяе-
мого материала. Необходимо обеспечить подачу на обработку только
безусловно пригодного материала. Не имеет существенного значения,
где производится приемка — на заводе поставщика пли непосред-
ственно на производстве. В США в металлообрабатывающей промыш-
ленности почти нет приемки материала, так как поставщик сам осу-
ществляет контроль для заказчика. В Германии до сего времени прак-
тически необходим тщательный контроль материала перед запуском
в обработку. Необходимость такого контроля материала вытекает
уже из того факта, что доля затрат на обработку и заработную плату
при массовом производстве мелких деталей (отнесенная к 1 кг) весьма
значительна. Кроме того, следует учитывать, что дефекты материала
обнаруживаются лишь на одной из последних операций, так что на-
ряду с потерей металла возникают непроизводительные расходы на
заработную плату и прочие затраты на проведенные операции, а также
потери времени.
Целью контроля материала является исключение или уменьше-
ние брака при изготовлении, улучшение качества изделий, обеспече-
ние постоянства свойств материала. Эта задача при целенаправлен-
ной приемке решается благодаря следующему: обнаружению и вы-
браковке непригодного или дефектного материала; установлению не-
равномерности свойств материала и соответствующему регулировав
нию процесса изготовления.
1. ВИДЫ КОНТРОЛЯ
Для обеспечения запуска в производство материала, соответствуй
ющего по своим свойствам назначенной цели, существуют определен*
ные методы летучего контроля, которые гарантируют постоянный
контроль за поставляемым материалом без больших затрат времени
и средств. Эти исследовательские методы распространяются в первую
6*
84
ИСХОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
очередь на определение деформируемости, качества поверхности,
точности и постоянства свойств. Для улучшаемых материалов, кроме
того, необходимо установить закаливаемость путем предварительных
соответствующих опытов.
Ниже приводимые описания методов испытания относятся, в пер-
вую очередь, к различным сталям для холодной высадки. Однако эти
методы могут быть приемлемы и для цветных металлов, применяемых
для холодной высадки, и частично также для материалов, употребляе-
мых для горячей штамповки.
а) Испытание на деформируемость
Понятно, что деформируемость зависит прежде всего от химиче-
ского состава, причем для сталей достаточно выяснить содержание
углерода и легирующих элементов; для материалов под холодную
высадку достаточно обоснованное заключение можно сделать и на ос-
нове анализа загрязненности. Однако химические анализы нельзя
расценивать как летучий контроль в узком смысле этого слова. В об-
рабатывающей промышленности далеко не всегда имеются необходи-
мые для этого силы и средства.
Для анализа способностей металла к деформируемости и упрочне-
нию предлагались различные методы. Так, например, наиболее про-
стым методом контроля является двойное вдавливание шарика; один
раз обычным способом определяется твердость материала Вв, я затем
определяется твердость II в по Бринелю (фиг. 39). Соотношение дан-
ных обоих измерений представляет собой критерий для определения
способности упрочняться. Иногда при исследованиях .малоуглероди-
стых сталей, предназначаемых для холодной высадки, применяют
пробу на ударную вязкость. Образец, который
после 10%-ной степени деформации получает
некоторое старение, должен иметь незначитель-
ное уменьшение ударной вязкости сравнитель-
Г НВЗО
I РОЗОВО I
Фиг. 39. Схема двой-
ной пробы шариком
для определения уп-
рочняемости при хо-
лодном деформиро-
вании.
60°
Фиг. 40. Простая форма образца для ис-
пытания на ударную вязкость проволоки
для холодной высадки.
но с состоянием поставки, а удельная ударная вязкость не должна пре-
восходить 4 кГм/мм*. При исследованиях проволоки или прутков ма-
лого диаметра можно вместо стандартных размеров образца взять отре-
зок материала определенной длины и нанести на нем с помощью напиль-
ника или фрезой зарубку под углом 60° (фиг. 40). Вместо этого могут
КОНТРОЛЬ МАТЕРИАЛА
85
быть применены и другие методы, например, проба на изгиб после
искусственного старения. Правда, результаты таких исследований
имеют лишь сравнительный .характер и не дают абсолютных значений
ударной вязкости, деформируемости, устойчивости против ста-
рения.
Вообще не совсем ясно практическое значение таких проб. Хотя они
и могут быть использованы для низкоуглеродистых сталей, для всеоб-
щего употребления их рекомендовать нельзя, так как явной зависи-
мости с деформируемостью такие пробы не имеют.
Наоборот, другие методы исследования, например, испытание на
растяжение, дают основание для суждения о деформируемости на ос-
нове главным образом относительного сужения шейки. Однако и здесь
это имеет смысл лишь при наличии сведений о состоянии материала —
для отожженного или тянутого. В последнем случае необходимо знать
и величину обжатий при волочении. Чем выше обжатия, тем меньше
может быть допускаемое сужение шейки, необходимое для обеспече-
ния определенных способностей к деформированию. Наряду с опре-
делением относительного сужения рационально также установить
пределы текучести и прочности и относительное удлинение.
Наилучшим вспомогательным средством для определения дефор-
мируемости является микроскопическое исследование; при этом сле-
дует обратить внимание на основные положения относительно
перлитной структуры, величины зерна и ориентации зерен. С увели-
чением перлитного числа деформируемость растет (фиг. 41). Фиг. 42
отвечает на вопрос, следует ли отказываться из-за недостатка средств
от металлографических исследований и базироваться в выводах только
на данных о сужении. Несмотря на имеющуюся у отожженных сталей
определенную связь между сужением и перлитным числом, оптималь-
ное значение сужения не дает достаточного основания для суждения
о характере перлитной структуры. Из диаграммы следует, что у улуч-
шаемых сталей CQ22—CQ45 относительное сужение при разрыве образ-
ца может достигать почти 60 %, а перлитное число составля ет только 50,
и, таким образом, структура наполовину состоит из пластинчатого
перлита. Поэтому осуществлять приемку материала только на основе
результатов относительного сужения можно лишь в случаях, если
известны сравнительные данные о деформируемости сталей, тянутых
с теми же обжатиями.
Во многих случаях для определения деформируемости полезна
проба на осаживание. Такая проба обычно употребляется для обна-
ружения поверхностных дефектов, но ее можно применять и для уста-
новления предела деформируемости материала. На фиг. 43 показана
проба на осаживание материала, который имеет ограниченную дефор-
мируемость, так как при большой степени осадки появляются скалы-
вающие трещины.
Осаживание можно делать и динамическое, используя, например,
фрикционный молот с регулируемой высотой падения. Такой метод
применяется для контроля пластичности и заполняемости полости
штампа. При этом измеряется получаемая деформация при постоянной
86
ИСХОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Фиг. 41. Зависимость между характером структуры
Перлитное число
Фиг. 42. Зависимость между характером структуры перлита
и относительным сужением для отожженных сталей.
КОНТРОЛЬ МАТЕРИАЛА
87
высоте бабы; уменьшение высоты образца или высота заполнения по-
лости берется как мерило способностей деформирования.
9 О :
Фиг. 43. Результаты пробы на осаживание мате-
риала с плохой деформируемостью
б) Контроль состояния поверхности
Так как различные поверхностные дефекты материала проявляются
при обработке приблизительно одинаково, то не представляет особого
интереса, какова причина того или иного поверхностного дефекта.
Обычно применяют следующие методы для исследования качества
поверхности: проба на скручивание, проба на осаживание, проба
травлением. Эти методы направлены на обнаружение поверхностных
дефектов, но не на установление причин их появления.
Фиг. 44 Материал с поверхностным дефектом
после пробы на скручивание.
Фиг. 45. Качественный материал после пробы
иа скручивание.
Для проволоки диаметром до 12 мм, предназначенной под холод-
ную высадку, широко применяется проба на скручивание. В соответ-
ствующем приспособлении отрезок проволоки длиной в 30 диаметров
многократно скручивается на 360°, сначала в одном направлении,
а затем в обратном. Благодаря поверхностным дефектам или продоль-
ным трещинам материал при этом разрушается более или менее силь-
но, а стали высокого качества не разрушаются (фиг. 44, 45).
88
ИСХОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
При пробе осаживанием образец длиной 1,5 диаметра осаживается
на 50—80% в зависимости от степени деформации при обработке.
По обычным техническим условиям при пробе проволоки для высадки
болтов осадка производится на треть высоты образца. Круглая прово-
лока для штампованных гаек осаживается на 50%. При этом не имеет
значения, как производится нагружение — динамически или стати-
чески. Для симметричной осадки необходимо только обеспечить пер-
пендикулярность торца к оси. Такая проба очень близка к условиям
Фиг. 46. Материал с поверхностными дефектами.
Фиг. 47. Материал с хорошим состоянием поверхноста
Результаты пробы на осаживание различных сталей для холодной
высадки. Степень осадки 0, 20. 40. 60. 80 ;'о.
нагрузки при высадке. На фиг. 46 и 47 показаны результаты пробы
на осаживание соответственно непригодного и высококачественного
материалов; проба дана при различных степенях осадки.
Очевидно, что при малых степенях деформации материалы с поверх-
ностными дефектами могут быть вполне пригодны. Проба травлением
употребляется для обнаружения на поверхности шлаковых включений.
При этом производится сильное травление материала любой длины
в горячем растворе серной или соляной кислоты. Таким путем выяв-
ляются малые поверхностные дефекты, не обнаруживаемые другими
методами. Нафиг. 48 и 49 показаны травленые образцы соответственно
с дефектным и хорошим состоянием поверхности. Проведение пробы
может осуществляться вспомогательными рабочими, так как не тре-
бует особой подготовки.
Однако часто дефекты поверхности залегают участками, поэтому
при обработке может возникнуть брак, хотя при приемке дефект не
был обнаружен. Возможны и обратные случаи. Этот недостаток будет
встречаться тем чаще, чем короче испытуемый образец.Особенно это
относится к пробе на осаживание; при пробе травлением можно обес-
печить любую длину обозреваемого участка. Однако осаживание
КОНТРОЛЬ МАТЕРИАЛА
89
наиболее соответствует условиям процесса деформирования, поэтому
дефекты, идущие по всей поверхности, определяются так более надеж-
но- Например, трудно заметные закаты, заваренные и завальцован-
ные сверху, можно определять только осаживанием или микроскопиче-
ским исследованием. Осаживание применяется как проба и при горя-
чей штамповке. Иногда проводится макроскопическое исследование
торцового шлифа невооруженным глазом или при легком увеличении;
при этом можно обнаружить, кроме поверхностных трещин, также
наличие раковин и чужеродных включений.
Фиг. 49. Материал с высоким качеством поверхности.
Результаты пробы травленьем различных сталей для холодной
высадки.
Современные методы контроля материала в целях распознавания
дефектов поверхности основаны на проверке без разрушения. Хотя
для этой цели пока еще не смогли широко внедрить рентгеновские
лучи, ультрафиолетовые лучи и метод магнитных порошков, однако
есть другие способы контроля, с помощью которых измеряются маг-
нитные или электрические величины, меняющиеся при наличии тре-
щин в сталях или цветных металлах. Так, например, имеются элек-
троиндукционные приборы, обеспечивающие контроль с высокой регу-
лируемой скоростью до 4 м/сек. Таким образом можно проверить,
всю длину обрабатываемого материала, что, безусловно, имеет значи-
тельное преимущество для производства по сравнению со старыми
выборочными методами контроля. Магнитноиндуктивные приборы
также имеют сравнительно высокие скорости контроля и пригодны
для большого диапазона диаметров. То же самое можно сказать и о
приборе для обнаружения трещин, где сигнал о наличии дефекта
появляется на светящемся экране. Сортировка осуществляется по
загоранию контрольной лампы или звуковому сигналу. Дефектный
материал автоматически отбраковывается. Трещины глубиной до
0,1 мм, как правило, трудно обнаружить, но большие сквозные тре-
щины можно установить вполне надежно. Точное обнаружение де-
so
ИСХОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
фектов затрудняется, между прочим, и тем, что приборы срабатывают
иногда и при упругом прогибе или малых пластических деформациях.
Кроме того, обнаруживаются второстепенные, сточки зрения контроля
неинтересные влияния. Благодаря этому при контроле возможны
ошибки.
в) Контроль поверхностного обезуглероживания
Установить поверхностное обезуглероживание очень легко с по-
мощью предварительно закаленного образца, на котором делается
косой шлиф под углом 10—30° к продольной оси. Исследуемый обра-
зец травится раствором азотной кислоты в спирте, и затем глубина
светлой обезуглероженной зоны определяется по следующей формуле:
Д =0,5(d — Vd2 — а2i2) ,
мощью шлифа под углом 10—
30°.
где а— ширина шлифа в перпендикулярной к продольной оси плос-
кости;
i — ширина внутренней темной зоны в этой плоскости;
d — диаметр материала (фиг. 50).
Кроме того, можно установить глубину обезуглероженного слоя
на торцовом шлифе образца после
аналогичной обработки. Величина
слоя берется как среднее данных че-
тырех измерений в двух взаимно пер-
пендикулярных сечения?;. У цементи-
руемых сталей аналогичные измере-
ния производятся до термообработки.
г) Определение точности
Контроль точности исходного ма-
териала должен распространяться
как на определение отклонений от
размера, так и на наличие овально-
сти. Измерения могут проводиться
с помощью штангенциркуля или
анализа результатов измерения целесо-
микрометра. Для облегчения анализа результатов измерения целесо-
образно построить кривые распределения отклонений. Это дает воз-
можность установить точность отдельных поставок материала.
д) Определение постоянства свойств
В рамках приемки необходимо предусмотреть и контроль постоян-
ства свойств материала. Эту оценку легче всего осуществить на основе
большого числа выборочных исследований.
Для определения постоянства химического состава для отдельной
поставляемой партии вполне уместно такое средство, как проба на
искру. Эта проба основана на том, что стали в зависимости от содер«
КОНТРОЛЬ МАТЕРИАЛА
91
жания углерода или легирующих элементов при шлифовке дают
определенный для каждой марки стали типичный вид искры. На фиг. 51
показан вид искрения некоторых сталей. Этот метод контроля хорошо
зарекомендовал себя благодаря простоте, универсальности и бы-
строму проведению. Однако для точного определения химического
состава и выяснения однородности поставки такой метод непригоден,
поэтому в этих случаях нельзя отказаться от химического анализа.
Однородность плавки следует в последнем случае определять
по содержанию марганца. Другим средством различия металлов
и обнаружения изменяемости материала служит капельная проба.
Она применяется в тех случаях, когда обычный химический анализ,
спектральный анализ или микроспическое исследование требуют
слишком много времени или весьма дороги. Данный метод служит
для определения марок легированных сталей или нелегированных
сплавов. При такой пробе проверяется поведение контролируемого
материала при действии определенных травильных средств («капель-
ная кислота») или наблюдается химическая реакция между нанесен-
ной на материал кислотой и специальной реактивной бумагой. Таким
способом после некоторых упражнений быстро устанавливается харак-
тер каждого сплава.
2. ОБЪЕМ КОНТРОЛЯ
Материалы низкого качества, применяемые для высадки и штам-
повки, например, рядовые стали, контролируются только выборочно
и в малом объеме. Чаще всего считают достаточной одну пробу на
1—2 т материала. Высококачественные материалы должны принимать-
ся при большем объеме исследований и проб. Однако установление
определенного объема контроля нельзя считать правильным, так как,
разумеется, весь материал должен соответствовать техническим усло-
виям, а производственники должны представлять, насколько наде-
жен их поставщик. Это мнение базируется на том опыте, что харак-
тер производства и постановка контроля материала у отдельных
поставщиков влияют на появление тех или иных дефектов. Часто
у одного поставщика можно наблюдать определенные типичные не-
достатки, которые у других не встречаются или встречаются очень
редко.
Отсюда можно сделать вывод, что материалы отдельных постав-
щиков следует проверять с разной строгостью относительно тех или
иных дефектов, а иногда можно те или иные приемочные пробы исклю-
чить. Однако здесь надо заметить, что при приемке материалов для
массового производства важны не только абсолютные значения опре-
деленных показателей, но и совпадение частоты распределения вели-
чины показателей с уже практически проверенными партиями постав-
ки. Таким образом, приходим к выводу, что в каждом отдельном
случае следует устанавливать основные принципы и объем контроля
и расценивать это как программу-минимум. В качестве примера такого
плана проверки в табл. 44 дан обзор видов и объема контроля,приме-
няемого для приемки проволоки под холодную высадку винтов. Кроме
92
ИСХОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Фиг. 51. Вид искрения у нелегированных сталей с различным содер-
жанием углерода.
КОНТРОЛЬ МАТЕРИАЛА
93
Таблица 44
Пример плана контроля при приемке сталей, применяемых
для холодной высадки
(Контроль при запуске материала для холодной высадки винтов)
Объем контроля для классов ь ачества в %
Показатели А нелегированные мягкие стали для холодной высадки В улучшаемые стали низкого класса качества С нелегированные и легированные улучшаемые стали
Проба на скручивание. • . Проба осаживанием.... Проба травлением Общий анализ Определение содержания уг- лерода Определение содержания мар- ганца Проба металла на искру . . Проба на принятие закалки . Проба на отпуск Исследование структуры . - Способность к старению . . . Испытание на разрыв .... Точность * Не менее двух проб на поставку. 20 (Вместо пробы J ных слу Выборочная проба Выборочная проба То же 5 20 50 на скручивание - 1аях или по сог Эдин на поставк 5* 5* 100 Выборочная проба То же 5* Выборочная проба 10 50 100 — в сомнитель- лашению. V 5* 5* 100 100 Выборочная проба 10 Выборочная проба 10 100
того, можно учесть и специфику отдельных поставляющих произ-
водств и в зависимости от часто встречающихся типичных видов дефек-
тов уделять контролю тех или иных свойств большее внимание.
3. БРАКОВКА
Если внутренние и внешние дефекты препятствуют предполагаемой
обработке материала или его применению, то заказчик имеет право
забраковать материал. Необходимо дать возможность заводу-постав-
щику убедиться в справедливости забраковки. Поэтому все доказа-
тельства должны сохраняться заказчиком вплоть до урегулирования
соглашения о забраковании.
Допустимое количество брака, которое служит достаточным ос-
нованием для оценки состояния всего материала, устанавливается
по сорту материала или по особому соглашению при выдаче заказа.
У качественных сталей брак, например, не должен превосходить 6%
партии. Высокосортные стали должны полностью удовлетворять
предписанным качествам.
Следует обратить внимание на то, что в условия поставки боль-
шинство заводов ставит срок для заявления о забраковке. Поэтому
рекомендуется по прибытии новой партии материала провести мини-.
94
ИСХОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
мальный частичный контроль, чтобы получить представление об из-
готовлении и качестве нового поступления. Если при этом получается
сомнение в отношении соответствия материала техническим условиям,
следует предусмотрительно послать предупреждение на завод постав-
щика.
И. СКЛАДИРОВАНИЕ
Проверенные и принятые материалы должны укладываться на
металлоскладе по маркам и размерам. На материале должны быть
подвешены таблички со всеми необходимыми, сведениями (качество,
дата поступления, номер плавки, завод-поставщик и т. д.). Рекомен-
дуется различные марки материала обозначать полосками краски;
обозначения можно наносить на каждом прутке, на бунте или стапеле;
целесообразно краску наносить так, чтобы различать и остатки (у прут-
ков и штанг на обоих концах, у бунта на последнем поперечном участ-
ке). Для обозначения наиболее пригодны бескислотные сохнущие
лаки или масляные мелы.Краски на воде не применяют, иногда при-
меняют жировые карандаши.
Фиг. 52. Складирование бунтов проволоки с применением совре-
менных подъемных устройств.
При складировании и транспортировании исходного материала
необходимо бережное обращение с ним, так как уже незначительные
поверхностные повреждения мешают обработке и могут потребовать
дорогой дополнительной работы. Особенно бережно следует обращать-
ся с мягкими материалами, например, легкими сплавами. Царапины,
возникающие при разгрузке, складировании или подаче, могут быть
очагами появления коррозии. Материалы должны складироваться
по возможности в сухом, вентилируемом помещении. При длительном
хранении, особенно при мало благоприятных условиях помещения,
целесообразна тщательная смазка металла со светлой поверхностью
каким-либо нейтральным маслом, если, конечно, металл на заводе
поставщика не был снабжен соответствующим защитным покрытием.
СКЛАДИРОВАНИЕ
95
Фиг. 54. Подъемная тележка с двух-
стержневым приспособлением для
транспортировки бунтов проволоки.
Фиг. 53. Современный склад про-
волоки с разветвленной системой
подвесного транспорта.
I 2
Фиг. 55. Подъемная тележка с поворотной плитой и стержнями:
1— положение в ненагруженном состоянии (загрузка или разгрузка); 2—
положение при нагрузке (транспортирование); а — подъемная плита; Ь —
шарнир; с — длинная сторона поворотной плиты; <1 — полый стержень;
е — короткая сторона поворотной плиты; J — сплошной стержень; £ — упор
для фиксации от поворота в ненагруженном положении; h и i — бунты
проволоки; Л— упор для фиксации поворотной плиты в нагруженном состо-
янии.
96
ИСХОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Кроме того, рекомендуется регулярно проверять материал в отно-
шении появления коррозии.
Складирование пруткового материала при большом количестве
одной марки осуществляется чаще в лежачем положении; при большом
количестве мелких отдельных образцов — в вертикальном положении.
Бунты проволоки обычно складываются горизонтально по оси
(фиг. 52). В последнее время перешли к тому, что бунты складируют
в вертикальном направлении, плоскостью друг на друга. Это имеет
собые достоинства в том случае, если на складе много различных
марок материалов. Вертикальное стапелирование экономнее, так
как высота стапеля при достаточно высоком помещении может дости-
гать 12 м, как это имеет место в США. Вообще экономнее строить вы-
сокие складские помещения с большой площадью пола.
Этот способ укладки, конечно, требует особых транспортных
средств, например, в виде часто применяемых автоматически работа-
ющих клещей. Эти клещи должны поворачиваться во всех направле-
ниях с помощью обслуживаемого крана. При этом обеспечивается бы-
страя и бесперебойная подача материала. В данное время ручное
складирование невозможно из-за значительного веса бунтов, достигаю-
щего 300 кг. Большого внимания требуют и вопросы транспортиро-
вания. Эти вопросы в последнее время в США решаются с помощью
разветвленных подвесных монорельсов. Подвесной рельсовый тельфер
имеет траверсу, на которую в зависимости от веса бунта нанизыва-
ются до 8 бунтов проволоки. Таким образом можно подавать материал
по различным соединяемым стрелками веткам, идущим к отдель-
ным машинам (фиг. 53).
Над машинами ходят краны и тельферы, так что и непосредственно
в цехе при транспортировании проволоки ручная работа полностью
устраняется. Для напольного транспортирования бунтов проволоки
рекомендуются подъемники, показанные на фиг. 54.
Таковы же запроектированные в США транспортные тележки,
которые строятся для высоты стапелирования до 5,2 м и грузоподъем-
ностью 6 т; привод дизельный или электрический. Эти тележки можно
оснащать различными сменными дополнительными устройствами с ме-
ханическим или гидравлическим приводом. Для транспортирования
тележки снабжаются поворотным стержнем. Погрузка осуществляется
благодаря подъезду тележки и подъему стержня, разгрузка — опуска-
нием стержня до тех пор, пока бунт проволоки не достигнет пола;
отъезд вагонетки производится задним ходом.
Аналогичным образом работает тележка для бунтов, изображенная
на фиг. 55. На передней стороне вагонетки смонтирована подъемная
несущая плита с двумя стержнями. На длинной стороне плиты сидит
полый, а на короткой — сплошной стержень. В ненагруженном со-
стоянии короткая сторона плиты перевешивает, и стержень готов
для приема бунта. При движении вверх подъемной плиты происходит
поворот за счет веса бунта. Благодаря этому существенно умень-
шается ширина вагонетки.
II. ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ВЫСАДКИ
И ОБЪЁМНОЙ ШТАМПОВКИ
А. ПРИЗНАКИ ХОЛОДНОГО И ГОРЯЧЕГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ
При пластическом формообразовании поведение металла в боль-
шой'степени зависит от температуры обработки. Если деформирование
осуществляется при комнатной температуре, вернее — при темпера-
турах ниже температуры рекристаллизации, говорят о холодном
Фиг. 56. Изменение истинного сопротив-
ления деформации при холодном и горячем
деформировании:
а — при холодном деформировании; b — при горячем
деформировании.
деформировании. При этом с увеличением степени деформации мате-
риал увеличивает сопротивление деформации, т. е. упрочняется (фиг.
56, а). При деформировании выше температур рекристаллизации,
называемом горячим деформированием, при достаточно медленно про-
текающем процессе не имеется упрочнения (фиг. 56, 6). Правда,
здесь сопротивление деформации также несколько повышается, ио
при степенях деформации свыше 30% оно остается приблизительно
постоянным. Данные по температуре рекристаллизации различных
7 1129
98 ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ВЫСАДКИ и объемной штамповки
материалов уже приводились в табл. 39; исходя из этих данных, сле-
дует различать холодное и горячее деформирование.
При холодном формообразовании сопротивление деформации в
большей мере определяется степенью деформации, способностью
материала к упрочнению и лишь незначительно — скоростью дефор-
мирования. Наоборот, при горячем формообразовании сопротивление
деформации зависит главным образом от температуры обработки и зна-
чительно также от скорости деформации. О влиянии скорости дефор-
мации будет сказано далее.
Горячее формообразование характерно относительно низкими со-
противлениями деформации, остающимися, приблизительно постоян-
ными даже при весьма значительном формоизменении. Это дает воз-
можность осуществления пластического деформирования крупных
и тяжелых деталей при сравнительно небольших потребных усилиях
и расходе энергии на деформирование; сложные детали могут, как
правило, деформироваться только в горячем состоянии. Требования
к качеству материала ниже, чем при методах холодного формообра-
зования. Правда, при этом труднее выдержать точно заданные размеры
детали. Следует в первую очередь обращать внимание на температур-
ную усадку горячештампованных деталей.
Степень усадки зависит от вида применяемого материала и от тем-
пературы и увеличивается с повышением последней. Усадка при го-
рячей обработке обычных стальных деталей принимается равной
1,5% и около 2% для высоколегированны^ сталей и никелевых спла-
вов. Для других материалов усадка составляет: для алюминия 1,6%,
электрона 1,4% и латуни 1,3% (табл. 70). Детали, штампуемые при
более низкой температуре, имеют меньшую усадку; для сталей в таких
случаях можно брать усадку 0,8—1%. При длинных особо сложных
деталях, напротив, усадка в зависимости от соотношения размеров
поперечного сечения может иногда доходить до 2%.
В противоположность обработке в горячем состоянии преимуще-
ством холодного деформирования является экономия топлива и полу-
чение чистой блестящей поверхности изделия, которое не нуждается
в дальнейшей обработке, и поверхность приемлема для отделки раз-
личными методами. При холодном формообразовании можно получить
значительно более высокую точность и повышенную прочность вслед-
ствие упрочнения. Кроме того, при этом отпадает излишний расход
металла на заусенец, окалину, нет необходимости учитывать усадку,
можно изготовлять такие мелкие детали, которые вгорячую изготовить
з атр удн ител ьн о.
Б. ТЕМПЕРАТУРА ПРИ ШТАМПОВКЕ
Необходимо разграничивать температуру нагретой заготовки и тем-
пературные явления при штамповке. Температурные явления это,
во-первых, повышение температуры заготовки благодаря возникаю-
щему при пластическом формообразовании теплу и, во-вторых, сни-
жение температуры заготовки вследствие охлаждения.
ТЕМПЕРАТУРА ПРИ ШТАМПОВКЕ
99
1. ТЕМПЕРАТУРА ПРИ ГОРЯЧЕМ ДЕФОРМИРОВАНИИ
Как видно из фиг. 57, *прочность сталей при нагреве выше комнат-
ных температур сначала увеличивается и достигает максимума при
температурах в интервале от 200 до 300°. Затем с повышением темпе-
ратуры прочность резко снижается. Следовательно, чем выше темпе-
ратура обработки, тем меньше со-
противление материала пластичес- кг/ммг
кому формообразованию. При этом
не только увеличивается пластич-
ность, но соответственно уменьша-
ются необходимые для определен- g ।
ной деформации усилия и затраты |
энергии. |
Это видно и из фиг. 58, где пока- g-
зана способность различных марок
стали к текучестй и заполнению по- «ъ
лости в зависимости от температуры
деформирования. Судя по ходу кри-
вой, получается значительное улуч-
шение текучести при высоких тем-
пературах, в то время как при низ-
кой температуре способность к за-
полнению весьма мала, особенно фиг. 57. Диаграмма для определе-
у легированных сталей. Бросается ния предела прочности различных
в глаза ход кривой у стали для сталей при повышенных температу-
горячей штамповки гаек: до темпе- ₽ах- пРедел прочности в исходном
ратуры 1150° эта сталь имеет пре- .с°£то”нии.‘ .
г J f г а—40 кГ/мм*\ b—60 кГ/мм‘; с—80 кГ/мм*',
дельно низкую текучесть из всех d-ioo кг/мм1.
нелегированных сталей, а свыше
этой температуры деформируемость превосходит деформируемость
всех мягких мартеновских и томасовских сталей. Поэтому, основы-
ваясь на этих исследованиях, необходимо проводить горячую штам-
повку гаек при высоких температурах.
Аналогичное влияние температуры деформирования на деформируе-
мость и сокращение потребного расхода энергии на осадку интенсивно
нагретого образца можно видеть и у цветных металлов (фиг. 59).
Однако далеко недостаточно рассматривать ход кривой прочности
лишь при весьма высоких температурах. Из примера, показанного
на фиг. 60, можно заключить, что для латуни хорошая деформируе-
мость будет лишь при температуре выше 700°, т. е. тогда, когда уто-
нение шейки образца, служащее мерой деформируемости, опять воз-
растает. На основе характера кривой предела прочности можно пред-
полагать хорошую пластичность уже при нагреве до небольших тем-
ператур, однако, как показал опыт, это не так.
Слишком низкая температура обработки обусловливает появление
продольных трещин, расслаивание появляется также при отсутствии
полного равномерного нагрева. Вообще температуры нагрева следует
выдерживать возможно высокими.
7*
100
ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ВЫСАДКИ и объемной штамповки
Тип стали Состав в %
П/п С Si Мп
1 Томасовская рядовая Ct 00 ЦОБ 0,99 0.110Р 0.067S
2 Сименс-мартеновская Cl 39 0,07 0,03 0,33 Ц023Р 0.017S
3 автоматная 0,05 0,55 0.077Р 0.260S
4 Для горячей штамповки гаек 0,03 0,39 0.250Р 0.0S0S
5 Кремниемарганиевая 0,95 0,80 1,00
6 Хромомолибденовая 0,39 0,27 0.69 1,06Сг 0.27МО
7 Кислотостойкая 0,08 0,97 0,30 16.5СГ 0.6М
в Окалиностойкая 0,19 0,81 0,67 23,ЗСг 19.9N1
900 WOO HOD 1200 WO 900 WOO 1100 1200 1300 °C
температура штамповки
Рис. 58. Текучесть (заполняемость) не-
легированиых и легированных сталей
при различных температурах обработки.
Температура
Фиг. 59. Влияние температуры осадки
на сопротивление деформации различ-
ных сплавов при проведении пробы на
осаживание.
Фиг. 60. Влияние температуры на
изменение предела прочности и
относительного сужения для ла-
туни (схематически).
ТЕМПЕРАТУРА ПРИ ШТАМПОВКЕ
1Щ
Однако, с другой стороны, для всех рассматриваемых материалов,
температура нагрева ограничивается чувствительностью к перегреву;
кроме того, при высоких температурах сталь обезуглероживается.
Высокая температура обработки может привести к возникновению
крупнозернистой структуры, особенно при медленном охлаждении.
Крупнозернистая структура обусловливает выкрашивание кромок.
Таким образом, получается необходимость ограничения температур-
ной области, в которой практически возможно проведение горячего
деформирования. При этом нельзя ограничиваться только соблюде-
нием любой температуры внутри этой области, т. е. выше температуры
рекристаллизации, а следует установить для каждого материала наи-
более подходящий температурный интервал. Кроме того, температура
при горячей штамповке в известной степени зависит от размеров за-
готовки и иногда от типа применяемой машины. Данные в этом от-
ношении колеблются* в довольно широких пределах. ]
Значения оптимальных температур горячей штамповки для раз-
личных сталей приведены в табл. 45. Для облегчения деформирования
Таблица 45
Температуры деформирования сталей в горячем состоянии
Материал Наиболее благоприятный интервал температур обработки в °C
Низкоуглеродистые стали (табл. 1,8) 1150 — 900
Среднеуглеродистые стали и нелегированные улучшаемые (табл. 3, 9) 1100 — 850
Нелегированные, высокоуглеродистые стали (табл. 9, 11) 1050 — 800
Марганцевые улучшаемые стали (табл. 5, 12). 1100—850
Марганцевокремнистые, улучшаемые стали (табл. 5, 12) 1050 — 850 ,
Хромовые и молибденовые, улучшаемые стали 1050 — 850
(табл. 6, 13, 14, 15)
Подшипниковые стали (табл. 6, 13, 14)... . 1100 — 850
Стали для горячей штамповки гаек (табл. 18). 1350— 1150
допустим осторожный нагрев на 50° выше верхнего значения темпе-
ратуры, однако не следует выдерживать эту высокую температуру
слишком долго. В табл. 46 приведены температуры деформирования
Таблица 46
Температурные интервалы горячего деформирования для цветных металлов
Материал Температура в *С Материал Темпер атура в °C
Алюминий Бронза Дуралюмин Медь Магниевые сплавы . . 550 — 350 900 — 600 450 — 360 900 — 650 330 — 270 Олово Монель-металл .... Нейзильбер Никель Цинк 850 — 700 1150 — 870 800 — 700 1250 — 870 250 — 200
102
ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ВЫСАДКИ и объемной штамповки
в горячем состоянии цветных металлов, в табл. 47 — легких сплавов.
Наряду с рациональной величиной температуры необходимо обра-
щать внимание и на продолжительность нагрева. Как уже упомина-
Таблица 47
Температурные интервалы горячего деформирования алюминия
и алюминиевых сплавов
Ма сериал Наиболее благоприятная температу- ра деформации в °C Наинизшая темпе- ратура деформа- ции в °C
Чистый алюминий 550 — 480 350
А1Мп 520 — 480 450
AlMgMn 450 — 400 350
AlMg3 450 — 380 370
AlMg5 420 — 360 350
AlMg7 400 — 330 320
AlMgSi 520 — 460 400
AlCuMg 450 — 400 360
AlCuNi 480 — 440 360
лось, высоколегированные стали должны, нагреваться медленнее и ос-
торожнее. При определении времени выдержки следует учитывать,
что различные материалы, как например, высоколегированные стали,
склонны к образованию крупнозернистой структуры при слишком
длительной выдержке при высоких температурах. К тому же нужно
помнить об образовании окалины при нагреве, которое также интен-
сифицируется при более длительном нагреве. Время нагрева уста-
навливается сообразно сечениям обрабатываемого материала.
2. ТЕМПЕРАТУРНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ ПРИ ДЕФОРМИРОВАНИИ
а) Повышение температуры при деформировании
При пластическом формообразовании в холодном состоянии воз-
никает значительный нагрев деформируемого металла, интенсивность
которого зависит от времени деформации, скорости деформации,
а также вида материала и его сопротивления деформированию. При
холодной высадке цветных металлов температуры, возникающие бла-
годаря трению и деформированию, могут быть настолько высоки,
что у материалов с низкой температурой рекристаллизации может
наступить частичное разупрочнение, так что холодного деформирования
в узком смысле этого слова уже не будет.
На фиг. 61 приведены результаты калориметрического измерения
появляющейся тепловой энергии в зависимости от числа ходов
высадочных автоматов. Измерения были сделаны для сотни гвоздей,
одной заклепки с полукруглой головкой и одной заготовки винта.
Так как измерения проводились на разных материалах и различных
ТЕМПЕРАТУРА ПРИ ШТАМПОВКЕ
103
степенях деформации, то сопоставление графиков возможно лишь
з известных пределах. Однако очевидно, что с увеличением числа
ходов количество выделяемого при деформировании тепла воз-
Фиг. 61. Влияние скорости работы оборудования на
количество тепла, выделяемого при холодной
высадке.
растает1. Это можно видеть и на фиг. 62, где дана зависимость ко-
личества выделяемого тепла от скорости движения пуансона. В про-
тивоположность этому другие иссле-
дования привели к выводу, что по-
вышение температуры при увеличе-
нии числа ходов не пропорционально
скорости деформирования; температу-
ра увеличивается медленнее, чем чис-
ло оборотов. При очень высоких чис-
лах оборотов температура вообще мо-
жет не зависеть от числа оборотов.
Все же можно заключить, что при
обычных степенях деформации имеет
место сравнительно высокий нагрев
деталей и температура при высадке,
например, головок винтов доходит
до 300°.
При этом следует учесть, что
деформирование в этой температурной
области, называемой для сталей зо-
ной синеломкости, невыгодно, так
Фиг. 62. Изменение выделяемо-
го количества тепла на 1 кг
высаженного объема металла
при различном числе ходов
оборудования.
как при этом снижается ударная вязкость и возрастает сопротивление
деформации (фиг. 57). Как раз в конце процесса деформации, при боль-
1 Примечание переводчика. Наряду с увеличением количества
выделяемого тепла при большем числе ходов из-за сокращения времени
уменьшается также отвод тепла.
104
ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ВЫСАДКИ И ОБЪЕМНОЙ штамповки
ших нагрузках материала, возникают неблагоприятные условия для
ведения процесса. Из-за этого высаженные детали, особенно детали,
имеющие резкие переходы в сечении, могут иметь повышенную хруп-
кость и чувствительность к ударам и нуждаются в дополнительной
термообработке. В некоторых случаях при появлении подобных труд-
ностей можно удачно избежать нежелательной зоны синеломкости
путем проведения штамповки при малых скоростях, снижая этим ко-
личество выделяющегося тепла.
Другая возможность избежания зоны критических температур
заключается в том, что благодаря дополнительному подводу тепла или,
наоборот, целесообразному охлаждению процесс деформирования пе-
реводят в область меньших сопротивлений деформации, т. е. выше или
ниже зоны синеломкости. Охлаждение заготовки перед высадкой,
а также во время процесса деформирования необходимо для таких
материалов, которые при температурах 150—300° обнаруживают яв-
ления синеломкости, связанные с ухудшением технологических свойств
(например, у некоторых сталей и алюминиевых сплавов).
При горячем формообразовании повышение температуры обычно
незаметно, так как выделяемого тепла, как правило, меньше тепла,
отбираемого охлаждением. При многопереходной горячей штамповке
выделение тепла в большой мере содействует уменьшению разности
температур между первым и последним переходом.
б) Охлаждение поковки
Так как при контакте нагретой заготовки со штамповочным,
зачастую охлаждаемым, инструментом имеет место перепад темпера-
тур, то во время процесса деформирования заготовка всегда будет
отдавать часть тепла инструменту. На величину этих тепловых потерь
влияет не только разность температур детали и штампа, но и форма
детали, отношение поверхности детали к ее объему, продолжитель-
ность контакта с поверхностью штампа, а также способ передачи
тепла в местах контакта. При обычно применяемых методах штамповки
величина контактной поверхности и время контакта весьма велики
. и обусловливают отвод довольно значительного количества тепла. 1
Благодаря этому после определенного времени температура заготовки
в целом, а тем более в тонких сечениях может упасть до таких значе-
ний, которые ниже требуемых для правильного ведения процесса.
Наиболее интенсивно температура снижается в местах ребер, флан-
цев, мелких заплечиков. В таких случаях необходимо повторить нагрев
Для продолжения процесса деформирования, что часто имеет место
при обработке материалов с узким температурным интервалом ковки
и штамповки. Поэтому весьма важны все меры, которые могут помочь
сокращению охлаждения. Влияние продолжительности соприкосно-
вения заготовки с инструментом на потери тепла для одной из штам-
пованных детален показано на фиг. 63. Это влияние особенно значи-
тельно в начальный период времени контакта, и с этой точки зрения
особенно желательно быстрое деформирование и высокие рабочие
ТЕМПЕРАТУРА ПРИ ШТАМПОВКЕ
105
скорости технологических машин. Влияние промежуточного слоя,
например окалины на поверхности заготовки, на интенсивность охла-
ждения поясняется фиг. 64. Заготовки, покрытые окалиной, охлаж-
даются медленнее, чем имеющие чистую поверхность. После укладки
Фиг. 63. Влияние времени контакта
поковки и холодного штампа на ве-
личину потери тепла поковкой (на-
чальная температура 920°).
Фиг. 64. Влияние начальной темпе-
ратуры поковки и наличия промежу.
точного слоя (окалины) на интенсив-
ность охлаждения за счет холодного
штампа.
заготовки в штамп скорость ее охлаждения быстро нарастает, достигая
наибольшего значения, а затем с увеличением охлаждения все более
снижается. Скорость охлаждения тем больше, чем выше начальная
температура заготовки и чем больше температурный перепад между
нею и штампом. Охлаждающие способности, а следовательно, и потери
тепла увеличиваются пропорционально значению начального темпе-
ратурного перепада (.^Т). Максимальная скорость охлаждения
цилиндрической заготовки, зажатой между плоскими бойками, выра-
жается следующим уравнением:
fmax — 0,0657 Д Т град/сек.
Из этого видно, что потери тепла не зависят от абсолютного значения
начальной температуры, а зависят от разности температур заготовки
и инструмента. Больших преимуществ поэтому можно достигнуть
за счет применения подогрева инструмента. Например, при началь-
ной температуре заготовки 1000° максимальная скорость охлаждения
уменьшается на 13% при нагреве штампа до 150° и на 28% — при
нагреве до 300°.
При обработке легких сплавов следует штампы нагревать до тем-
пературы деформирования штампуемых сплавов; при этом необходимо
специальной обработкой поверхности инструмента исключить нали-
пание материала, характерное для такого процесса.
J06
ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ВЫСАДКИ и ОБЪЕМНОЙ штамповки
В. ВЛИЯНИЕ СКОРОСТИ ДЕФОРМАЦИИ
Уже упоминалось, что скорость деформации играет решающую роль
при пластическом формоизменении. Скорость деформации влияет
на величину сопротивления деформации; особенно значительно такое
влияние при обработке в горячем состоянии. Скорость деформации
зависит не только от числа ходов, т. е. от быстроходности машины,
но и от величины рабочего хода штампа. При постоянной скорости
деформирования машины могут эксплуатироваться с тем большим
числом ходов, чем короче рабочий ход.
1. ВЛИЯНИЕ СКОРОСТИ ПРИ ГОРЯЧЕЙ ШТАМПОВКЕ
На фиг. 65 представлено влияние скорости деформации jia сопро-
тивление деформации при различных температурах. Сопротивление
деформации при ударном нагружении составляет 200—300% от соот-
«77мм*
Фиг. 65. Влияние скорости деформа-
ции на сопротивление деформации;
значения потребных усилия и рабо-
ты при статической и динамической
осадке стали (St 38-13) для раз-
личных температур.
ветствующих значений при стати-
ческом приложении усилия. Так как
при работе на винтовом фрикци-
онном прессе скорость деформации
составляет 20—40% сек,1 то при
ковке под молотом следует считаться
с двух-трехкратным увеличением
сопротивления деформации по срав-
нению с прессом. Отсюда следует,
что может быть целесообразным
снижение скорости для уменьше-
ния сопротивления деформации.
Объяснить столь сильное вли-
яние скорости деформации можно
тем, что при горячей штамповке
появляется известное упрочнение,
которое при обычных для этого про-
цесса температурах быстро снижа-
ется. При высоких же скоростях
деформации и быстром протекании
процесса формообразования для
полного разупрочнения бывает не-
достаточно времени. Поэтому неко-
торые материалы даже при горячей
штамповке при ударном нагружении упрочняются так же, как при
холодном Деформировании. Разупрочнение осуществляется уже поз-
же, при остывании поковок. По этой причине, в частности, не удается
•осуществлять штамповку алюминиевых сплавов при высоких ско-
ростях.
‘Примечание переводчика. Скорость деформации 100%/сек. равна
J 1/сек., как это принято в СССР.
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ
107
Поэтому следует сделать практический вывод, что можно успешно
штамповать материалы при низких скоростях, если штамповка при
больших скоростях не удается или удается только с большим трудом.
С этой точки зрения может быть рациональна замена молотов прессами,
а также некоторое ограничение быстроходности машин. Однако,
с другой стороны, медленное проведение процесса формообразования
обусловливает чрезмерное охлаждение заготовки штампами и, таким
образом, опять-таки нежелательно из-за повышения сопротивления
деформации. Следовательно, эти факторы влияют противоположным
образом, и этот вопрос необходимо рассматривать для каждого кон-
кретного случая. Например, стали с малым температурным интервалом
ковки и штамповки нельзя обрабатывать под прессом из-за недопусти-
мо длительного времени контакта заготовки и инструмента.
2. ВЛИЯНИЕ СКОРОСТИ ПРИ ХОЛОДНОЙ ОБЪЕМНОЙ ШТАМПОВКЕ
Влияние скорости деформации при холодном формообразовании
значительно меньше. Если сравнить данные опытов по осадке образ-
цов при статическом и ударном нагружении, то увеличение сопротив-
ления достигает лишь 20%. Несмотря на высокие скорости деформации,
достигающие при работе на современных высокопроизводительных
холодновысадочных и штамповочных автоматах 12 000 % /сек., влия-
ние скорости остается весьма малым и никогда не достигает значения,
характерного для горячей штамповки. Следовательно, снижен иебыстро-
ходности оборудования с точки зрения улучшения обрабатываемости
эффективно только тогда, когда этим достигается снижение нагрева
высаживаемых заготовок с целью избежать области критических
температур.
Г. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ
1. ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОЦЕССА
Для того чтобы понять сущность процесса осадки и его закономер-
ностей, разобраться в вопросах технологии и производства, необхо-
димо уточнить, каковы технологические параметры, возникающие при
деформировании.
Вид и величина этих параметров определяются в основном диамет-
ром исходного материала и формой и размерами высаживаемой де-
тали. Отсюда можно получить необходимые для расчетов значения
«отношения длины высаживаемой части к диаметру заготовки» и «сте-
пени осадки». В то время как понятие «отношение длины высаживае-
мой части к диамегру» является главным образом технологическим
фактором, понятие «степень осадки» следует считать по меньшей
мере основным критерием процесса деформации. Эти данные опреде-
ляют объем требований к качеству исходного материала в отношении
его деформируемости и качества поверхности (табл. 48).
I
108
ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ВЫСАДКИ и объемной штамповки
Таблица 48
Перечень обозначений величин, необходимых для определения параметров
деформированного состояния
Буквенные обозначения Наименование величины Единица из- мерения
d Fo D Fi L h V s • <7 Диаметр высаживаемой проволоки Площадь поперечного сечения высаживаемой про- волоки Наибольший диаметр высаживаемой детали . . . Наибольшая площадь поперечного сечения .... Длина осаживаемой части Высота высаживаемой части после деформирования Объем высаживаемой части Отношение длины высаживаемой части к диаметру Степень осадки (средняя деформация в направле- нии осадки) Истинная деформация Поперечная деформация (уширение) ММ мм2 мм мм2 мм мм мм2 % %
а) Отношение длины высаживаемой части к диаметру заготовки
Взяв отношение длины отрезка материала, непосредственно иду-
щего на формообразование, к его диаметру, можно установить труд-
Фиг. 67. Степени осадки при
равных объеме * и отношении
осаживаемой длины к диа-
метру:
Осаживаемый объем V1—V1«=Vt. Ис-
тинная деформация «pi <(р,<¥в- Отно-
шение длины к диаметру e1«=s,=st.
Фиг. 66. Отношения осажива-
емой длины к диаметру при
равных объемах и степенях
осадки:
Осаживаемый сбъсм VJ = V1«=Ve. Ис-
тинная деформация Отно-
шение длины к диаметру e1>s1>st.
ности данного процесса высадки в части технологической. Очевидно,
что объем этого отрезка материала должен быть равен объему высажи-
ваемой детали или части детали. «Отношение длины осаживаемой
части к диаметру» выражается через следующее частное:
L
d '
s =
Понятно, что процесс будет идти тем легче, чем меньше это отноше-
ние. Однако это отношение не дает меры в части интенсивности про-
цесса деформирования, так как оно может изменяться при равных
объемах и деформациях осадки, как это изображено нафиг. 66. В то же
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ
109
время может быть (фиг. 67), что это отношение остается постоянным
при различных деформациях. Следовательно, непосредственной
связи между этими величинами нет. Величина отношения является,
прежде всего, критерием возможности проведения процесса осадки.
Позднее будет указано, что за один переход можно проводить осадку
при отношении не выше 2,3. Большие значения отношения из-за
опасности возникновения продольного изгиба требуют еще од-
ного или нескольких переходов.
б) Степень осадки
Формоизменение, получаемое материалом в направлении осадки,
можно выразить отношением укорочения к длине высаживаемой
части; тогда степень осадки составит
- е = £=Аюо%,
т. е.
е = (1— £Й00%.
\ h /
Кроме того, целесообразно выразить
величины деформации в направлении
осадки в логарифмической форме. Та-
кая величина называется истинной, или
логарифмической деформацией:
т = 1п|.
Фиг. 68. Соотношение между
степенью осадки и истинной
деформацией.
Величины степени осадки и истинной
деформации непосредственно связаны
между собой и могут быть легко рассчи-
таны (фиг. 68).
Наряду со степенью деформации в на-
правлении осадки необходимо учитывать
и деформирование в поперечном направ-
лении. На основе рассмотрения изменения площадей можно найти
величину, характеризующую деформацию в поперечном направле-
нии (уширение),
<7 = ^2° (00%;
’ 61
D2 —d2
Я — да
100%;
q = (1-^) юо%.
При осадке цилиндрических тел эта величина соответствует сте-
пени осадки; следовательно, величины деформации в обоих глав-
ных направлениях совпадают. Для заготовок формы, отличной от
цилиндрической, эти параметры будут различными. В этих случаях
величина формоизменения отдельных частей не будет больше соответ-
ствовать изменению наружных размеров тела. Процесс формообразо-
но ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ВЫСАДКИ и объемной штамповки
вания при высадке полукруглых или полупотайных головок, а также
головок типа усеченного конуса протекает при различной величине
деформаций на отдельных участках. При этом в сечении с большим
диаметром будет иметь место и большая деформация (фиг. 69). В се-
чении с наибольшим диаметром величина деформации будет макси-
Фиг. 69. Предположительный характер процесса дефор-
мирования при холодной осадке различных фасонных
деталей:
Осаживаемый объем Срсдияя степень осадки
Максимальная поперечная деформация ^max^^max <5Kmax
мальной, и она часто намного превосходит среднюю деформацию
головки в целом. Разница между ними будет тем меньше, чем больше
форма высаживаемой головки приближается к цилиндрической.
в) Средняя и максимальная деформации
Значения степени осадки и истинной деформации характеризуют
средние параметры формоизменения в двух взаимно перпендикулярных
направлениях деформируемого тела. Максимальные значения попереч-
ной деформации действительны только для весьма ограниченной части
этого тела. Эти значения определяются из соотношения площадей
наибольшего сечения и сечения исходного материала:
^1 шах ^0 , п/
?тах = —р------ 100 % ;
rl max
Z)2 d2
?тах = ~I------ Ю0%;
^гпах
(Я2 \
1--^-)100%.
^тах /
В логарифмическом виде максимальное значение истинной попереч-
ной деформации определится следующим соотношением:
D2
1 ‘шах
фтах — Ш •
Практическое значение средней и максимальной величины попереч-
ной деформации заключается в следующем. Чем больше средняя
величина поперечной деформации при данном процессе, тем большее
напряжение в целом будет испытывать материал. При высадке деталей
из сталей с недостаточной деформируемостью большие значения сред-
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ
HI
ней поперечной деформации часто приводят к появлению скалывающих
трещин на поверхности детали. Такие стали целесообразнее исполь-
зовать для высадки изделий с меньшими значениями средней дефор-
мации. Наоборот, максимальная величина поперечной деформации
не является критерием возможности появления трещин, так как эта1
деформация действительна для ограниченной части высаживаемой
детали. Количество продольных трещин, обусловливаемых дефектами
поверхности, исходного материала, зависит от обоих указанных пока-
зателей и особенно от максимальной поперечной деформации. При
малых степенях осадки можно обрабатывать и те материалы, которые1
при больших степенях деформации склонны к образованиютрещин.
Таким образом, для холодной объемной штамповки деталей с боль-
шими значениями средней поперечной деформации необходимо, чтобы
материал обладал хорошей пластичностью, а при высоких значениях
максимальной поперечной деформации требуется полное отсутствие
дефектов на поверхности.
г) Местные деформации
При рассуждениях о процессах формоизменения при осадке-
до сих пор предполагалось, что рассматриваемое тело или его часть
деформируется до конечной формы путем простого плоскопараллель-
ного перемещения его частей. Однако такое представление о протека-
нии процесса является приближенным, так как само собой понятно,
что действительный ход формоизменения отличается от теоретического,
изображенного на фиг. 69. Теоретическое предположение нарушается
Фиг. 70. Смешения
материала при осадке составного цилиндра
из мягкой стали.
уже из-за значительного трения на контактных поверхностях де-
тали и инструмента. На фиг. 70, показывающей перемещение материала
при осадке составного цилиндра из мягкой стали, видно неравномерное
деформирование, имеющее место в действительности. Благодаря тре-
нию вблизи плоскостей контакта образуются зоны I, в которых формо-
изменение затруднено. Деформированию подвергается в первую очередь
средняя зона II осаживаемого тела, причем вследствие раздачи на
участках зоны, выходящих к поверхности, возникают большие напря-
жения. В зоне III, расположенной на боковой поверхности цилиндра,.
112
ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ВЫСАДКИ и объемной штамповки
напряжения и деформации равномерны; эта зона незначительно участ-
вует в формоизменении. Аналогичная закономерность показана на
фиг. 71, где на протравленных макрошлифах высаженных заготовок
винта ясно видно распределение деформаций и напряжений, а также
образование конусов «застоя».
Фиг. 71. Характер расположения волокон
при холодной высадке головок .болтов
(макрошлиф). ,
Эти пока общие положения дополнены многочисленными исследо-
-ваниями хода процесса деформирования и распределения твердости
-в высаженных головках болтов. На фиг. 72 сделана попытка графиче-
ски, с помощью разной частоты штриховки, изобразить фактически
имеющиеся в высаженной заготовке болта вид и расположение дефор-
мируемых участков. Получаются весьма различные по величине дефор-
мации на некоторых участках, при этом наибольшие значения всегда
находятся вблизи наибольшего диаметра высаженной заготовки.
При средней величине деформации порядка 70% в наиболее деформи-
рованных местах во всех формах головки максимум составляет 89%,
.а минимум ниже 50%.
При анализе местных деформаций следует учитывать, что при осад-
ке благодаря трению на поверхности контакта возникает торможение
поперечного уширения. Из-за этого цилиндрическое осаживаемое
тело принимает бочкообразную форму. Эту бочкообразность можно
уменьшить путем снижения контактного трения, например, за счет
смазки. При горячем формообразовании бочкообразность также
имеет место, потому что здесь наряду с прочим на поверхности контакта
металл упрочняется благодаря охлаждению.
2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ
а) Стандартные крепежные детали
Для того чтобы дать представление о величине технологических
параметров при высадке различных стандартных крепежных деталей,
на фиг. 73—76 приводится обзор значений отношения длины высажи-
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ
из
ваемой части к диаметру, степени
осадки, средних и максимальных
деформаций для заклепок, шуру-
пов, винтов с шлицем и болтов в за-
висимости от диаметра. Из этого
сопоставления видна интенсивность
нагрузки материала при высадке
таких детален, что дает возможность
правильного выбора материала по
приведенным значениям. Напри-
мер, по диаграммам можно выяс-
нить, что при приблизительно рав-
ной максимальной деформации об-
щая степень осадки у заклепок и
шурупов меньше, чем у болтов. Сле-
довательно, при плохом состоянии
поверхности материала возможно-
сти появления продольных тре-
щин одинаковы, а брак по скалы-
вающим трещинам из-за недоста-
точной деформируемости материала
у заклепок и шурупов будет реже.
Необходимо учитывать, что при
диаметре стержня заготовки, при-
мерно равном среднему диаметру
резьбы, отношение длины высажи-
ваемой части к диаметру и мак-
симальная и средняя деформации
будут выше, чем в тех случаях,
когда диаметр стержня равен на-
ружному диаметру резьбы (см.
фиг. 287). При изготовлении вин-
тов малых диаметров требования
к исходному материалу значитель-
но выше, чем при высадке винтов
большего размера, так как в пер-
вом случае дефекты материала бу-
дут более ощутимы.
б) Прочие изделия
Параметры, характеризующие
формоизменения, могут быть взяты
для крепежных деталей из при-
лагаемых диаграмм, а для других
штампуемых деталей их необходи-
мо определять расчетом. В первую
8 1129
Фиг. 73. Технологические параметры
при холодной высадке заклепок.
1 — заклепка с полукруглой головкой DIN 660;
2 — заклепка с полукруглой головкой DIN 663;
3 —заклепка с потайной головкой DIN 661;
4 — заклепка с потайной головкой DIN 664;
6 — заклепка с полупотайной головкой DIN
674; 6 — заклепка для соединения ремней DIN
675; 7 — заклепка с полупотайной головкой
(для жестянщиков) DIN 662; й — заклепка с
полупотайной головкой DIN 673.
Фиг. 74. Технологические па-
раметры при холодной высад-
ке шурупов по дереву:
1 — шурупы с полупотайной голов-
кой DIN 95; 2 — шурупы с полу-
круглой головкой DIN 96; 3 — шу-
рупы с потайной головкой DIN 97.
Диаметр резьбы
------максимальная деформация --------Средняя деформация
------------------Отношение длины к диаметру
Фиг. 75. Технологические параметры при холодной высадке винтов по металлу:
/—винты с потайной головкой DIN 63; 2 — виты с потайной головкой DIN 87; а — вин гы
с полукруглой головкой D1N 86: -4 — винты с цилиндрической головкой DIN 84; £ — винты
с полупотайной головкой DIN 85; 6 — впиты с полупотайной головкой DIN 88; 7 — винты с
полупотайной головкой DIN 91.
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ
115
очередь нужно определить длину высаживаемой части, которая яв-
ляется исходной величиной для определения, затем отношения вы-
садки и степени осадки. Однако в расчете длины будут иметь место
------Максимальней деформация ——— Средняя деформация
—-------------------Отношение блины н диаметру
Фиг, 76. Технологические параметры при холодной высадке болтов
и винтов:
I — болты с шестигранной головкой DIN 571, 661, 931, 933; 2 — болты с шес-
тигранной головкой DIN 561, 564; 3 — винты с потайной головкой DIN 604;
4— болты с конической головкой DIN 606; 5 — болт с полупотайной головкой
DIN 607.
определенные погрешности, обусловленные, с одной стороны, неточ-
ностями в размерах материала, с другой стороны,неточностями изго-
товления, в частности износом инструмента; кроме того, на выбирае-
мую длину влияет тип и величина применяемого оборудования. Рас-
четная длина высаженной части будет являться средним теоретиче-
ским значением, нуждающимся в корректировке на основе опытных
данных. Для определения ее надо на основе размеров высаживаемой
детали определить объем высадки, а затем разделить объем на площадь
поперечного сечения исходного материала. Для цилиндрических вы-
саживаемых тел длина высаживаемой части получается из формулы
Для полукруглых головок полных и полупотайных длина опреде-
ляется по формуле
2/1^ (3£>^ +
= ------Ж------'
Для форм вида усеченного конуса высаживаемая длина равняется
д . Dh + dh + Dk • dk
Lh~nk 3d2 '
8*
116 ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ВЫСАДКИ и объемной штамповки
Аналогичным путем можно установить соответствующие формулы
для всех встречающихся при высадке форм. Определенная таким
образом длина подставляется в соответствующее уравнение для вы-
Фиг. 77. Номограмма для определения длины осаживаемой части и отношения
длины к диаметру, исходя из размеров высаженной детали и диаметра прово-
локи при высадке цилиндрической головки.
Пример. Из круглой заготовки диаметром d=20 мм требуется высадить цилиндрическую
головку Диаметром =30 мм и высотой =25 мм. Необходимая длина высаживаемой части
составляет 56 мм, что соответствует отношению длины к диаметру 2,8. При меньших раз-
мерах следует пользоваться значениями, приведенными с внешней стороны номограммы. В
этом случае согласно приведенному примеру при диаметре высаживаемой части =15 мм
и высоте h% =12,5 мм для круглой заготовки осаживаемая длина составляет Lg =28 мм и
отношение длины к диаметру 2,8.
числения показателей формоизменения, т. е. отношения длины к диа-
метру, степени осадки или истинной деформации.
Такое расчетное определение является, к сожалению, чаще всего
трудоемким по времени и в производственных условиях трудно осу-
ществимо. Особенно сложно это в случаях, когда исходный диаметр
еще не установлен, но по технологическим соображениям этот диаметр
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ
117
должен быть выбран так, чтобы отношение длины к диаметру не пре-
восходило определенного значения. В практике это бывает при вы-
садке в одну операцию, так как размеры исходного материала при этом
должны соответствовать отношению длины к диаметру не более 2,3.
Чтобы избежать громоздких расчетов, разработаны номограммы для
цилиндрической, полукруглой и конической форм высаживаемой
части. Номограмма дает возможность быстро и точно определять по-
казатели формоизменения по данным размерам высаженной детали
и исходного материала и, наоборот, соответствующие размеры материа-
0 г 4 Б 8 W п 74 1Б 18мм
Высота Высаженной части hK
определения длины осаживаемой
диаметру исходя из размеров вы-
0 10 20 30
Диаметр основания
Фиг. 78. Номограмма для
части и отношения длины к
саженной детали и диаметра проволоки при высадке полукруг-
лой головки.
Пример. Из круглой заготовки диаметром d=8,S мм необходимо полу-
чить полукруглую головку с высотой мм н диаметром основания
0^=22 мм. Требуемая осаживаемая длина L# составляет 26 мм, отношение
длины к диаметру 3,1.
ла и готовой детали при установленных параметрах формоизменения.
На фиг. 77 показана зависимость между размерами детали, диаметром
исходного материала, длиной высаживаемой части и отношением длины
к диаметру при высадке цилиндрической формы головки. Фиг. 78 и 79
относятся к высадке соответственно полукруглых и конических го-
ловок. По этим номограммам определяется длина высаживаемой
части и отношение длины к диаметру, а по номограмме на фиг. 80
находится степень осадки и максимальная поперечная деформация
в зависимости от размеров высаживаемой детали и исходного материа-
ла. Из приведенных на фигурах примеров ясно, как пользоваться
номограммами.
118
ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ВЫСАДКИ и объемной штамповки
о w го зо мм о ; г 3iti6 вютккго зомм
ДиамЕнф большего основания Иц Высота Высаженной части Иц
Фиг. 79. Номограмма для определения длины осаживаемой час-
ти и отношения длины к диаметру исходя из размеров высажен-
ной детали и диаметра проволоки при высадке конической
головки.
Пример. Из круглой заготовки d = 8 мм необходимо высадить коничес-
кую головку высотой /;^=Ю мм с диаметрами основания -= 22 мм и
“ 14 мм- Требуемая длина составляет 1^=52 мм и отношение длины
к диаметру равно 6,5.
Д. ТЕЧЕНИЕ МАТЕРИАЛА
Регулирование процесса высадки важно с точки зрения течения
материала и благоприятного расположения волокон в детали. Прерыв-
ное или резко меняющееся направление расположения волокон, вы-
званное неправильным проведением процесса высадки, снижает- ка-
чество высаженной детали. Опасность появления такого брака будет
расти с увеличением отношения длины к диаметру. ,В этой связи осо-
бое внимание приходится уделять упомянутому отношению у различ-
ных фасонных деталей.
1. ХОЛОДНАЯ ВЫСАДКА
а) Ведение процесса высадки
Изделия с длиной высаживаемой части менее 2,3 диаметра, выса-
живаются обычно за один переход (одноударный процесс, фиг. 81).
Процесс постепенного формообразования головки схематически по-
казан на фиг. 82. Конечно, при высадке деталей с максимальным зна-
ТЕЧЕНИЕ МАТЕРИАЛА
119
Фиг. 80. Номограмма для определения средней степени осадки
в соответствии с длиной заготовки и высотой осаживаемой головки,
а также максимальной поперечной деформации на основе наиболь-
шего диаметра осаженной головки и диаметра заготовки (для лю-
бых высаживаемых форм).
Пример. При длине осаживаемой части L = 56 мм и высоте осаживае-
мой головки h «=25 мм получается средняя степень осадки 56%. При диамет-
ре осаженной головки D—30 мм и диаметре заготовки d — 20 мм максимальная
поперечная деформация составляет также 56%. Оба значения одинаковы, так как
высаживаемая головка цилиндрическая. Для меньших размеров следует брать
значения на внешней стороне номограммы.
120 ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ВЫСАДКИ и объемной штамповки
чением отношения необходимо создать определенные предпосылки,
чтобы безусловно получить хорошие результаты.’ Особенно важен
чистый срез заготовки и перпен-
дикулярность плоскости среза к
продольной оси. Косой срез
вызывает отклонение заготовки
в сторону и изгиб заготовки.
Поэтому при косом срезе до-
пускаемое отношение длины к
Фиг. 82. Процесс высадки при малом .
отношении длины к диаметру.
Фиг. 81. Примеры деталей с ма-
лым отношением длины осажи-
ваемой части к диаметру (£ «S
<2,3 d). Детали могут быть вы-
сажены за один переход.
диаметру значительно ниже. Большое значение имеют и состоя-
ние рабочей поверхности высадочного пуансона, его форма и при-
меняемые смазочные средства. Чем меньше торцовая поверхность
заготовки
Примеры деталей с
отношением длины
Фиг. 83.
большим
осаживаемой части к диаметру
(£< 4,5 d). Детали могут быть
высажены за два перехода.
прилипает к пуансону, тем чаще возможность появления
бокового смещения заготовки и продоль-
ного изгиба даже при малых значениях
отношения. При неблагоприятных ус-
ловиях допустимая длина высаживае-
мой части, гарантирующая правильный
ход процесса деформацйи, снижается до
1,5 диаметров или даже еще ниже.
Изделия со слишком большим объе-
мом головки, для образования которых
требуется большая длина высаживае-
мой части, не могут изготовляться за
одну операцию и должны пройти под-
готовительную операцию формообразо-
вания, вслед за которой осуществляется окончательная высадка
(двухударный способ — фиг. 83). Судя по опыту, при этом можно
изготовлять детали с отношением длины к диаметру до 4,5. Соот-
ветствующий процесс постепенного деформирования схематически
показан^ на двух примерах на фиг. 84. При высадке деталей
с еще большим объемом высаживаемой части необходимо и большее
число высадочных операций; детали с длиной высаживаем части
ТЕЧЕНИЕ МАТЕРИАЛА
121
до восьми диаметров должны во избежание изгиба дважды предвари-
тельно деформироваться (фиг. 85). Применение нижеописываемых
подпружиненных пуансо-
нов позволяет снизить
число операций. Эти ци-
фровые соотношения мож-
но, разумеется, продол-
жить и дальше. В амери-
канской практике извест-
но применение высадки
для массового производст-
ва деталей с объемом го-
ловки, требующим пяти
операций (фиг. 86), хотя
такие случаи редки. Так
как при большом числе
операций высокая степень
деформации вызывает ин-
тенсивное упрочнение,
часто нельзя обойтись без
промежуточного отжига,
и тогда процесс формооб?
разования необходимо про-
водить с перерывом. По-
нятно, что чем больше объ-
ем головки и больше чис-
Фиг. 84. Процесс высадки, выполня-
емый за два перехода (при большом
отношении длины к диаметру).
ло операций, тем больше трудностей, тем строже требования к про-
б) Проектирование рабочей полости предварительного пуансона
в обычных условиях (жесткий пуансон)
Во всех случаях, когда высадка за один переход не может быть
осуществлена, необходимо применять набор материала в предвари-
122
ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ВЫСАДКИ И ОБЪЕМНОЙ штамповки
тельном пуансоне, в котором высадка производится при поддержке
свободного конца заготовки. Рациональный выбор числа операций
определяет течение материала и, следовательно, распределение во-
локон в высаженной части; от этого зависят и вообще все качества
детали. Обзор влияния предварительной формы высадки на внешний
вид и расположение волокон в детали приведен на фиг. 87—92. На
фиг. 87 показан продольный шлиф правильно спроектированной
формы предварительной высадки, обеспечивающей высокое качество
изделия (фиг. 88). На фиг. 89 и 90 изображены менее рациональные
формы предварительной высадки, а на фиг. 91 — вообще неправиль-
ная форма. В продольном шлифе детали, высаженной из последней
предварительной формы, заметны наряду с резко выраженными склад-
ками наметки поперечных трещин; наличие их ставит под сомнение
годность деталей. При последующей обрезке граней поперечные
складки могут выйти наружу в виде трещин, идущих параллельно
плоскости головки. При правильном процессе высадки расположение
волокон идет параллельно наружной поверхности головки, что спо-
собствует улучшению качества детали (фиг. 93—95).
С точки зрения нагрузки для многих видов изделий особо важное
значение имеет равномерное распределение напряжений в месте пе-
рехода от головки к стержню. Здесь необходимо, безусловно, обес-
печить непрерывность хода волокон и отсутствие складок, хотя при
сложной форме головок это не так просто. Часто можно наблюдать
и менее благоприятное расположение волокон, как это изображено
на фиг. 96—98. Форма’предварительной высадки до сих пор опреде-
лялась не на основе каких-либо закономерностей, а эксперименталь-
но, практическим путем. В данное время еще не выяснено, от чего
зависит получение положительных результатов и при каких гранич-
ных условиях еще можно добиться хорошего проведения процесса.
Известно только, что резкие переходы в верхней и нижней частях
и сужения по середине способствуют образованию складок при окон-
чательной высадке.
Недавно в американской печати появились некоторые указа-
ния о рациональном проектировании формы предварительной высад-
ки, которые хотя и не претендуют на полноту, но являются весь-
ма ценными. В отличие от принятого обычая выбирать угол конуса
в довольно широких пределах до 25°, здесь он рекомендуется в 12°.
Одновременно рекомендуются размеры предварительной высадки
при твердом(-материале делать несколько ббльшими, чем при мягком.
Однако диаметр большего основания конуса не должен превосхо-
дить 1,4 диаметра исходного материала (фиг. 99).
Эти принципы, к сожалению, не гарантируют желаемого резуль-
тата во всех случаях. Можно, безусловно, установить следующие
закономерности. При одинаковом объеме головок и равной длине
высаживаемой части результаты могут быть разными в зависимости
от размеров предварительной высадки. Хотя материал изогнулся
уже в первой высадке, это остается незаметным и обнаруживается
ТЕЧЕНИЕ МАТЕРИАЛА
123
Фиг. 87. Правиль-
ная форма предва-
рительной высадки.
Фиг. 88. Благоприятное
расположение волокон в
высаженной головке.
Фнг. 89. Целесооб-
разная форма пред-
варительной высад-
ки.
Фиг. 90. Менее благо-
приятное расположение
волокон в высаженной
головке.
Фиг. 92. Неблагоприят-
ное распределение воло-
кон и трещины в мес-
тах образования складок
в высаженной детали.
Фиг. 91. Непра-
вильная форма
предварительной
. высадки.
Влияние формы предварительной высадки на распределение волокон и внешнюю форму
высаженной головки (продольные шлифы, травление. х!,Б).
124
ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ВЫСАДКИ и объемной штамповки
Фиг. 96. Фиг. 97. . Фиг. 98.
Высаженные вхолодную головки с менее благоприятным расположением волокон
(продольные шлифы, травление. X L5).
ТЕЧЕНИЕ МАТЕРИАЛА
>25
лишь при окончательной высадке, когда из-за нарушения границ
возникновения продольного изгиба появляются прогиб и складки.
Для получения качественного изделия в две операции необходимо
обеспечить безупречное протекание процесса при предваритель
ной и при окончательной высад-
ке. Характерные примеры получа-
ющейся высадки в зависимости от
размеров предварительного ручья
изображены на фиг. 100—103. Бла-
годаря расчленению процесса за-
готовки показаны как бы в виде ря-
да следующих друг за другом форм.
Таким образом, при предвари-
тельной высадке свободная оса-
живаемая длина, а при окончатель-
ной высадке — размер цилинд-
рической, еще не деформирован-
ной при первой операции части не
должен превосходить определен-
ной величины, за которой может
произойти изгиб. Под свободной
Фиг. 99. Рекомендации по проекти-
рованию формы предварительной
высадки (американские данные).
длиной подразумевается отрезок материала, заключенный между
пуансоном и матрицей; при этом необходимо брать полную длину
нефиксируемого участка материала. Углубления в инструменте сле-
дует выбирать на основе схем и примеров, приведенных на фиг. 104.
Судя по опыту, хорошие результаты при предварительной высадке
Фиг. 100. Продольный изгиб материала при предварительной,
высадке из-за большой длины высаживаемой части.
можно гарантировать только в случаях, когда свободная длина
высаживаемой части не превосходит 2,6 диаметров, т. е. при
b 2,6 d.
При больших размерах длины свободной части нельзя ожидать
успешного хода процесса, причем указанный предел не зависит от
материала заготовки. Предположения о различном поведении
твердых и мягких материалов, а также о том, что должно суще-
ствовать различие между сталью и цветными металлами, при тща-
тельном проведении экспериментов не подтвердились. По-види-
мому, зависимость от модуля упругости обнаруживается лишь
для областей, не имеющих практического значения.
126
ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ВЫСАДКИ И ОБЪЕМНОЙ ШТАМПОВКИ
Фиг. 101. Хорошее течение материала при предвари-
тельной высадке. Однако при окончательной высадке
из-за слишком большой длины цилиндрической части
предварительной формы образуются складки.
Фиг. 102. Равномерное течение материала при предвари-
тельной и окончательной высадке. Образование легких
кольцевых складок из-за слишком большого угла конуса.
г .•
1 •
Примеры влияния формы предварительной высадки на течение материала при холодной
высадке ваготовок болтов с большим отношением длины к диаметру (£, 4,3d1).
Фиг. 104. Допускаемая свободная
длина при различных формах пред-
варительного пуансона.
ТЕЧЕНИЕ МАТЕРИАЛА
127
Определяется также предел объема, который может иметь кони-
ческая часть предварительного пуансона при высадке
Vc =£ 2,04 d3.
Отсюда можно найти диаметр наибольшего основания конического
ручья пуансона и его высоту.
Кроме того, нежелательна и слишком большая длина цилиндри-
ческой части формы предварительной высадки как с точки зрения
технологической, так и во избежание застревания заготовок в инстру-
менте. Эта длина зависит от угла конуса, и предельные значения
для нее приведены в табл. 49. Влияние величины угла конуса на те-
чение металла и распределение волокон в готовых деталях характери-
зуется следующим: при углах от 10 до 18° существенного влияния
Таблица 49
Допустимые длины цилиндрического участка рабочей полости пуансона предвари-
тельной зысадки (при холодной высадке)
(Длина задана относительно диаметра проволоки)
Угол конуса у в град. Длина цилиндриче- ского участка не более Угол конуса I в град. Длина цилиндриче- ского участка не более
8 0,9d 18 l,6d
10 l,0d 20 l,7d
12 l,2d 25 l,9d
15 l,4rf
нет, а при значениях его выше 20° при окончательной высадке появ-
ляются ясно выраженные кольцевые складки (фиг. 102). Хотя можно
полагать, что такое слабое складкообразование не наносит существен-
ного ущерба качеству готовой детали, следует применение больших
углов конуса ограничить лишь случаями, когда большой объем выса-
живаемой части делает необходимым слишком большой размер цилинд-
рической части. Величина угла конуса для нормальных условий
равна 15°, при этом отношение длины высаживаемой части к диаметру
может доходить примерно До 4. При увеличении этого отношения до
4,3 предлагается угол 20°, а при отношении 4,5 угол 25°.
Однако необходимо заметить, что получение вполне качественного
изделия без каких-либо складок может быть обеспечено лишь при
отношении 4,2 При отношении 4,5 и угле конуса 25° благодаря обра-
зованию складок не будет благоприятного расположения волокон.
При этом, как ранее упомянуто, для одноударного метода высадки
необходимо выполнение определенных условий, в частности по воз-
можности чистой и прямой плоскости среза.
В табл. 50 приведены руководящие данные по выбору размеров
формы предварительной высадки при заданном отношении длины
к диаметру. Эти числовые данные относятся к размерам деталей, а не
пуансона. Для определения высоты конуса в пуансоне необходимо
вычесть расстояние между торцами пуансона и матрицы, которое
берется в зависимости от размеров и формы высадки и состояния
машины порядка 2—3 мм. Остальные размеры могут быть взяты с до
Таблица 30
Рациональные размеры рабочей полости предварительного жесткого пуансона для всех встречающихся отношений
длины к диаметру
128
ТЕЧЕНИЕ МАТЕРИАЛА
129
статочной для практики точностью из таблицы. Благодаря изготов-
лению пуансона по предварительно данным размерам отпадает необ-
ходимость в подшлифовке пуансонов при наладке, время наладки
уменьшается, и для наладки не требуется рабочего высокой квалифи-
кации. При применении твердосплавных инструментов эти преиму-
щества становятся еще более существенными.
в) Специальные формы предварительной высадки
Разобранными формами предварительной высадки нельзя огра-
ничиться во всех случаях. Как видно из примера на фиг. 105, нельзя
за один удар изготовить специальный болт с малой цилиндрической
головкой и заплечиком, хотя отношение длины к диаметру составляет
Фиг. 105. Высадка цилиндрической головки с подголовком:
!а и 1Ь —одноудар иый процесс; 2а и 2Ь— двухударный процесс при неправиль-
ной предварительной форме высадкн; Зан ЗЬ—двухударный процессе правильной
формой предварительной высадки.
Неправильно
2а 2Ь }а
только 1,3. При высадке за один удар не получится четко заполненных
граней. При высадке за два удара не следует предварительную форму
делать по обычным правилам с малым углом конуса. Это привело бы
при последующей высадке к возникновению складок в местах перехода
от заплечика к головке, и деталь была бы непригодна. Пуансон пред-
варительной высадки необходимо запроектировать так, чтобы диаметр
окружности основания приблизительно равнялся диаметру заплечика.
Специальные формы предварительной высадки необходимы при
комбинированных процессах, когда первая операция выполняется
вхолодную, а окончательная высадка осуществляется после нагрева.
При этом форма предварительной высадки должна максимально при-
ближаться к форме готовой детали. Часто может оказаться необходи-
мым остановиться на овальной или какой-либо другой форме сечения
предварительной высадки, например, в случаях, когда деталь имеет
прямоугольное или иное продолговатое сечение.
Разобранные здесь так называемые «жесткие» пуансоны просты
в изготовлении и в эксплуатации; форма предварительно высаженной
детали соответствует форме инструмента. Правда, необходимо, чтобы
исходный материал имел сравнительно узкие допуски и возможно
ближе по размерам совпадал с размером цилиндрической части пуан-
сона, чтобы избежать бокового изгиба и обеспечить надежное направ-
ление материала.
9 1129
130
Основные принципы высадки и объемной штамповки
г) Подпружиненные пуансоны
•Наряду с «жесткими» пуансонами применяют так называемые
подпружиненные пуансоны более сложной конструкции, работа-
ющие по другому принципу. Основное отличие заключается в том,
что сначала большая часть длины высаживаемой части направляется
в цилиндрическое отверстие пуансона; деформирование производит-
ся постепенно с помощью скользящего внутри пуансона высадочного
Фиг. 106. Принцип действия подпружиненного
пуансона:
а — матрица; b — предварительный пуансон; с —
втулка пуансонодержателя; d — направляющая втул-
ка; с — высадочный штифт; / — высадочный стержень;
g~ пружина.
стержня. При этом собственно пуансон, скользящий внутри втулки
пуансонодержателя, отходит, преодолевая усилие пружины, и осво-
бождает благодаря этому в форме пространство, необходимое для
предварительной высадки. Процесс обработки по этому методу пока-
зан на фиг. 106.
При таком процессе диаметр цилиндрического отверстия пуансона
не обязательно должен точно соответствовать диаметру материала.
Наоборот, часто отверстие выдерживается несколько большим. При по-
мощи подпружиненного пуансона можно без затруднений обрабатывать
материал с большими допусками. Существенным преимуществом этого
метода является и то, что длина свободной, не направляемой части вы-
саживаемого участка относительно мала, и, таким образом, при отно-
шении длины к диаметру свыше 4,5 не возникает опасности изгиба.
По такому методу могут за два удара высаживаться головки с боль-
шим объемом. Кроме того, можно изготовлять детали со сравнительно
коротким стержнем, которые при обычных формах-предварительной вы-
садки склонны к застреванию, особенно при большой длине цилиндри-
ческой части предварительного пуансона. Предусматриваемые у этих
пуансонов пружинные выталкиватели не всегда работают надежно.
ТЕЧЕНИЕ материала
131
Форма предварительной высадки при применении подпружиненного
пуансона значительно отличается от обычной формы. На фиг. 107 даны
некоторые ориентировочные значения размеров, которыми в большин-
стве случаев можно ограничиться. В первую очередь важную роль
играет высота выемки, так как этот размер соответствует свободной
осаживаемой части ненаправляемой в начале процесса предваритель-
ной высадки. Обычно нет необходимости для каждой высаживаемой
формы или объема формы применять иной высадочный инструмент;
Фиг. 107. Указания по
выбору рабочей полости
и размеров подпружи-
ненного пуансона в за-
висимости от диаметра
материала.
Фиг. 108. Изготовление болта
при различной конструкции
пуансона предварительной вы-
садки:
1 — обрезка; 2 — предварительная
высадка; 3 — окончательная высад-
ка; (2а— форма при жестком пред-
варительном пуансоие; 2Ь — форма
при подпружиненном предваритель-
ном пуансоне ).
разность высаживаемых объемов автоматически компенсируется бла-
годаря изменению расстояния между пуансоном и матрицей. Сопостав-
ление обоих способов показано на фиг. 108 на примере высадки
болта.
2. ГОРЯЧАЯ ВЫСАДКА
а) Законы деформирования
При горячем деформировании имеют силу те же закономерности,
что и при холодной высадке. Длина заготовки, высаживаемой за один
переход, ограничивается. В практике обычно принято считать для го-
рячего деформирования более высокие значения отношения длины
заготовки к ее диаметру, поэтому за один переход можно высаживать
отрезок длиной до 3 диаметров. При большей длине материал подвер-
гается продольному изгибу (фиг. 109). В случае высадки сравнительно
высокой головки, диаметр которой не превосходит 1,5 диаметров
материала по американским данным, можно высадить за один переход
больший объем материала вплоть до отношения длины к диаметру
до 6 (фиг. ПО). Во всех случаях, когда отношение длины к диаметру
больше 3, свободная длина, т. е. расстояние между пуансоном и мат-
рицей, в начальный момент деформирования должна быть не более
9*
132 '
ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ВЫСАЛЕН П ОЫЬЕМПОП ШТАМПОВКИ
Фиг. 109. Продольный из-
гиб при высадке с большим
отношением длины к диа-
метру (/>3).
диаметрг!. Вообще же при более высоком отношении необходимо дефор-
мировать детали и здесь в два или более рабочих перехода.
Все же отношение, равное 3, представляет ту практическую гра-
ницу, ниже которой возможно безу-
словно безупречное проведение процес-
са. Граничные значения при горячем де-
формировании, по данным ряда иссле-
дований, примерно совпадают с анало-
гичными значениями при холодной вы-
садке. Так, хорошего расположения во-
локон можно достигнуть при высадке
плоским пуансоном лишь при отношении
длины к диаметру до 2,3 (фиг. 111,/).
Аналогичная величина отношения бу-
дет и при высадке пуансоном с неглубо-
кой сферической выемкой (фиг. 111, 2).
Если материал фиксируется в профи-
лированном пуансоне в соответствии с
фиг. 111, 3, то можно повысить отноше-
ние до 2,5. Дальнейшее повышение сво-
бодной длины до 2,6 получается при
фиксащй! материала не в пазу, а в от-
верстии (фиг. 111, 4); сюда следует при-
бавить еще длину направляемого отрезка материала в пуансоне.
Допускаемые отношения при высадке в матрице пли зажимных
полуматрицах, выполненных в соответствии с конструктивными ва-
риантами на фиг. 111, 5— 111, 8, значительно выше. Вообще же для
горячей высадки границы отношения длины к диаметру не зависят
от материала и температуры обработки. Однако для высадки при дан-
ных отношениях необходимы определенные предпосылки. Опять-таки
материал должен иметь возможно чистую и перпендикулярную к оси
плоскость среза. Косой срез допустим лишь при значительном сниже-
нии допустимого отношения длины к диаметру. К аналогичному ре-
зультату приводит и значительная разница в диаметре отверстия
матрицы и материала или коническая выработка верхней части матрицы
в результате износа при эксплуатации.
Если же при горячей высадке отношение составляет около 3, то
считается достаточным, если наружная поверхность выполнена чисто,
не принимая в расчет расположения волокон. В этом имеется опреде-
ленное отличие горячей от холодной высадки. Поэтому у высаженных
в горячем состоянии деталей встречается наряду с хорошим качеством
внешней поверхности неправильное, изогнутое расположение воло-
кон, что говорит о превышении теоретических границ, допустимых
для высадки. Некоторые такце примеры показаны на фиг. 112 и 113.
На фиг. И2, а изображено расположение волокон в головке винто-
вого костыля, высаженного вгорячую. Общее отношение длины к диа-
метру составляет 2,6, а без учета квадратного подголовка 1,7. Винто-
вой костыль, продольный шлиф которого показан на фиг. 112, Ь,
ТЕЧЕНИЕ МАТЕРИАЛА
133
l<d.
134
ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ выел дни и объемной штамповки
требует большего объема металла для высадки головки; отношение
Длины к диаметру составляет до 4, а без учета квадратного подголов-
ка — до 3. При высадке этой головки за один переход внешняя форма
Фиг. 112. Продольный шлиф высаженной вгорячую головки винтового костыля:
а — благоприятное расположение волокон (общее отношение длины к диаметру 2,6, то же
отношение без учета квадрата 1,7); Ь~ неблагоприятное расположение волокон при хорошей
внешней форме из-за большого отношения длины к диаметру ^^.—4,0, то же без учета
квадрата 3,0).
Фиг. 113. Продольный шлиф болта с квадратной головкой, высаженной
вгорячую
а) неблагоприятное расположение волокон (отношение 3); Z>).—благоприятное расположение
волокон.
изделия получается безупречной, однако, несмотря на это, налицо
сильно изогнутое одностороннее распределение волокон. Аналогич-
ный пример приведен на фиг. 113 при высадке квадратной головки.
Если подобные детали должны, безусловно, иметь благоприятное
расположение волокон, соответствующее форме сечения, то следует
осуществлять предварительную высадку в одни или несколько пере-
ходов, как при холодном деформировании, и лишь затем штамповать
окончательно.
б) Предварительные формы высадки
Старый способ предварительной высадки, изображенный схема-
тически на фиг. 114, основан на том, что деталь в первом переходе
штампуется неполностью, а затем несколько приподнимается и выса-
ТЕЧЕНИЕ МАТЕРИАЛА
135
136
ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ВЫСАДКИ И ОБЪЕМНОЙ ШТАМПОВКИ
живается окончательно теми же штампами, что применялись при пер-
вом переходе. Таким методом нельзя изготовлять детали высокого
качества, так как находящийся в матрице материал охлаждается;
при подъеме под окончательную высадку он уже недостаточно горяч
и поэтому деформируется неравномерно. Детали с большим объемом
головки предварительно деформируются с помо-
щью показанных па фиг. 115 салазок, установ-
ленных па прессе Венсана. Болт остается при
этом в матрице; закрепляемые на салазках различ-
ные высадочные пуансоны попеременно устанав-
ливаются в рабочее положение, итак осуществля-
ется расчлененный желаемым образом процесс
формообразования головки. В такое приспособле-
нии-. 116. Форма и размеры предварительной высадки при
горячей штамповке:
d — диаметр прутка; D — диаметр конуса (D •= 1,4 rf); L — осажива-
емая длина; с — длина конуса (с = 0,69 sL); s— отношение длины к
диаметру (s= —).
пие можно встроить несколько предварительных пуансонов. На
фиг. 116 даны руководящие указания для выбора размеров и очерта-
Фиг. 117. Примеры деталей, изготовляемых в несколько опе-
раций па фрикционном прессе:
J — изготовление винтового кость’ля с большом головкой в две опера-
ции; II — изготовление вагонного болта в три перехода 'двойным пред-
варительным осаживай мем (а, Ъ) и окончательной высадкой (г); III —
изготовление автомобильного клапана в четыре перехода:’ а — заготов-
ка; ъ, с, d — предварительная высадка; е — окончательная высадка.
ния рекомендуемой при горячей обработке формы предварительной
высадки.
Наряду с этим применяются и другие специальные формы предва-
рительной высадки, особенно при сложной форме изделия, когда
за счет соответствующей формы предварительной высадки стремятся
ТЕЧЕНИЕ МАТЕРИАЛА
137
облегчить достижение четкого заполнения кромок. Основное, на что
следует обратить внимание при любой форме предварительной высад-
ки, это обеспечение возможности штамповки детали без заусенца,
чтобы обрабатывать ее далее* минуя обрезку заусенца. Некоторые
примеры изготовления за несколько переходов деталей с большим
значением отношения длины к диаметру изображены на фиг. 117.
Однако обычно па фрикционном прессе больше чем в два перехода не
высаживают, что ограничивает отношение значением 4—4,5. Детали,
объем головки которых настолько велик, что эти значения превыша-
ются, часто предварительно обрабатывают на двухударных автоматах,
а затем за один переход окончательно штампуют на фрикционном
прессе. Таким методом, применяемым, правда, только при диаметре
стержня до 12 льк, можно высаживать головки, у которых отношение
длины к диаметру доходит до 7. На ковочной машине также можно без
затруднений за несколько переходов изготовлять большие фасонные
детали при высоком значении отношения длины к диаметру. Данные
по этому вопросу приведены в разделе VI.
в) Текучесть
Если при горячей высадке деталей заполнение полости штампа
происходит только за счет поперечной раздачи материала, то это не
вызывает особых трудностей. Наоборот, требуется тщательный анализ,
если необходимо дополнительное течение материала вверх для запол-
нения заплечиков, цапф или высоких ребер. Наряду с достаточными
способностями материала к текучести в этом отношении важны пра-
вильные формы и размеры заготовки, которые должны получаться
в необходимых случаях предварительной высадкой. У материалов,
нашедших применение при горячей штамповке, способности к текучести
различны; они могут меняться в зависимости от температуры. Вообще
же последовательность материалов, перечисляемых в зависимости
от способности к текучести, от лучшего к худшему, следующая: ла-
тунь (Ms58), чистый алюминий, легкие сплавы (AlMgSi), сталь,
дуралюмин (AlCuMg), цинк (ZnA14Cul) (см. также табл. 33).
Можно полагать, что материал при любом формообразовании вна-
чале раздается и частично вытекает в заусенец, и только после запол-
нения полости и достижения определенного объема заусенцем, когда
материал не может перемещаться в другие стороны, начинается соб-
ственно заполнение. Отсюда получается, что при увеличении объема
заготовки заполняемость возрастает. Однако такая мера исключается
уже только из экономических соображений, поэтому правильнее ра-
ботать при минимальном объеме заготовки, достигая желаемого запол-
нения за счет других мер. Этого возможно достигнуть, например,
за счет увеличения отношения длины к диаметру заготовки, так как
при отношениях в пределах До 1 заполняемость растет с увеличением
значения отношения. Кроме того, при этом снижаются потери на зау-
сенец; поэтому для тел с осевой симметрией часто можно с успехом
применять более длинные заготовки.
138
ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ВЫСАДКИ и объемной штамповки
Для обеспечения хорошей текучести и заполняемости целесообраз-
но увеличить по возможности температуру обработки. Скорость дефор-
мирования также имеет значение, так как благодаря меньшему охла-
ждению при более высоких
скоростях часто можно
достигнуть лучшей теку-
чести. Далее, определен-
ное влияние имеет и фор-
ма инструмента. Лучшая
заполняемость достигается
при наклонных стенках,
наилучшее значение укло-
на составляет 1 : 5. Высота
затекания металла в от-
верстие при одинаковой
затрате энергии приблизи-
тельно равна диаметру от-
m
-------------------—-------
'00 -Материал St37.12 7"
: Температура деформации 1200 С
-Материал St37.12
п
5s
5r>
60
60
30
w
Размеры одразца Ф3бх51
~ Уклон отдерет ил 1:10
Диаметр отверстия а
~ 28 мм - 0,82 U ----
19 мм • 0,56 D----
10 мм = 0,20л-----
ю
w
, h
5
3.5
20 30
Ход осадки w
co MM
Ход осадки VJ В 7„ к Высоте образца L
Фиг. 118. Усилие и высота осадки при го-
рячем деформировании.
верстия. Однако это от-
носится лишь к случаям,
когда диаметр отверстия
составляет менее полови-
ны диаметра заготовки.
При большем отношении
металл уже не затекает в
отверстие столь интенсив-
но и при увеличении хода
осадки больше вытекает в
заусенец. Эта взаимосвязь
показана на фиг. 118, отку-
да видно, что при благо-
приятных условиях можно
достигнуть высоты затека-
ния до 1,2 диаметра отвер-
стия, но существенно боль-
шую высоту получить нельзя. Поэтому штамповка, цапф, имею-
щих длину значительно больше диаметра без дополнительной
операции подготовительной штамповки, как правило, невозможна».
Е. ИЗМЕНЕНИЕ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛА ПРИ ОБЪЕМНОЙ
ШТАМПОВКЕ
1. ИЗМЕНЕНИЕ СВОЙСТВ ПРИ ХОЛОДНОМ ДЕФОРМИРОВАНИИ
При повышении степени деформации в холодном состоянии твер-
дость, предел упругости, предел текучести, предел прочности материа-
ла увеличиваются, а вязкость, выраженная удлинением и сужением,
уменьшается. Но величина изменения свойств зависит не только от
значений деформации, а в большей степени определяется химическим
ИЗМЕНЕНИЕ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛА ПРИ ОБЪЕМНОЙ ШТАМПОВКЕ 139
составом материала. Предварительная обработка, вернее структурное
состояние, также оказывает существенное влияние на изменение проч-
ностных свойств при деформации. У сталей с увеличением перлитного
числа уменьшается воздействие деформирования на изменение механи-
ческих свойств. У пелегированных сталей при наличии сфероидального
цементита получается меньшее увеличение прочности и падение
удлинения и сужения, чем при пластинчатой перлитной структуре.
Ниже приводится ряд примеров, иллюстрирующих изменение свойств
при холодной объемной штамповке.
а) Процесс упрочнения различных материалов
Судя по фиг. 119—122, материалы упрочняются при формоизме-
нении в различной мере. Помимо различий в начальной прочности
исходного материала кривая упрочнения характеризует большую
или меньшую интенсивность этого процесса. Здесь же ясно видно
влияние примесей, которые способствуют повышению значения проч-
ности независимо от того, являются ли они случайными включениями
(например, А198 в сравнении с А199,5) или преднамеренными леги-
рующими элементами (латунь и нейзильбер в сравнении с медью.)
б) Упрочнение при различных методах формообразования
Интересное сравнение приведено на фиг. 123, где представлены
процессы изготовления болтов и соответствующие им деформации
и увеличение твердости. Здесь показаны не только высаженные болты,
но и’болты, изготовленные новыми методами (редуцированием, вы-
давливанием). Например, при выдавливании болтов можно достиг-
нуть при соответствующем выборе размеров материала весьма вы-
сокой прочности изделия, значительно превосходящей прочность
исходного материала.
На фиг. 124 показано распределение изосклер в головке болта,
высаженной вхолодную из стальной проволоки марки St 34.13 с пре-
делом прочности 45 кГ/мм2 при средней степени деформации 70%.
При этом образцы деформировались один — статически, а другой —
ударной нагрузкой. При испытаниях на растяжение образца, полу-
ченного статической высадкой, максимальное значение предела проч-
ности доходило в отдельных местах до 104 кПмм2, а в образце, полу-
ченном динамической высадкой, — до 114 кГ/мм2. Результаты 250
испытаний показали, что средний предел прочности равен 92—
95 кГ 1мм2, что более чем вдвое превосходит предел прочности мате-
риала в недеформированном состоянии.
При .изготовлении болтов путем комбинации выдавливания стерж-
ня и высадки головки при выборе диаметра заготовки необходимо
пользоваться схемой и формулами, приведенными на фиг. 125. Пра-
вильно выбрав диаметр исходного материала, можно получить при-
мерно равные значения твердости и прочности на всех участках болта.
!40
ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ВЫСАДКИ И ОБЪЕМНОЙ ШТАМПОВКИ
Фиг. 119.
кГ/мм2
100
90
§
§ 70
е*
ч 60
^50
90
Jgl '—'—*-^-
0102030 90 50 60
«Г/мм2
110
юо
!5
§ 80
... , -сталь ОфОтъС
'yKfC60(Ct 06001)1 нормально
итжжени (пластинч. перлит).
,-Х.----Стань 0,257оС
X[C22(Ct 025.61)] нормально
/'атжжека (пластинч. перлит)
4----Сталь 0.25%C[C22(Ct 025.61)]
спожженафферич. перлит)
- —.Сталь0,107оС[С10,Ии1(С1.3‘нЗ)]
____..I , -I_I_I_1., I —1———J
.........? 70 80 85%
Поперечная деформация ^-^-100
------Сталь 0,607oC[C60(Ct 06061)]
Iflc тжжена (сферический перлит) -I
/ —— Сталь 0,<>57сС[СЧ5(С1 09561)] I
нормально отожжена (пластинч перлит)
_Ь-----Сталь 0,957oC[C05(tt '7>56Т)] J
I отожжена (сферический перлит)
—J—‘—L—-----1 I. ,1 1-1—1_—! j
О 0,5 КО 1,5 ln-f
Истинная деформация
^50
90
30 _____________________
0 102030 90 50 60 ТО 80. _ 857О
Поперечная деформация
О 0,5 КО КЗ (п5
истинная дефппмаиия 1
Фиг. 121.
Фиг. 122.
Кривые упрочнения различных сталей и цветных металлов.
ИЗМЕНЕНИЕ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛА ПРИ ОБЪЕМНОЙ ИПДМПОВКЕ 141
увеличение
поперечного
сечения
уменьшение
поперечного
сечении
Обычный, метоб
холодной высадки
Фиг. 123. Процессы деформации и упрочнение при изготовлении бол-
тов высадкой и выдавливанием (материал St 34).
Высадка динамическая
Фиг. 124. Распределение твердости (изосклеры) в высаженной вхо-
лодную головке болта в зависимости ог скорости высадки
(материал St 34).
142 ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ВЫСАДКИ И ОБЪЕМНОЙ штамповки
ИЗМЕНЕНИЕ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛА ПРИ ОБЪЕМНОЙ ШТАМПОВКЕ
143
Правда, как показано па фиг. 126, условие равномерной твердости
в достаточной мере все же не выдерживается. При величине деформа-
ции, равной приблизительно 46%, прочность на разрыв (при пере-
Нрочнасть на. разрыв гайки после штамповки
Фиг. 127. Деформации, упрочнение, величина отхода матери-
ала, схема процесса при изготовлении гаек методом
Вотербери.
счете со значений твердости) колеблется для головки в пределах
от 78 до 102 кГ/мм\ а для стержня — от 66 до 102 кПмм2. Твердость
или соответственно прочность падает скачкообразно, особенно на
конце стержня.
Величины деформации и характер упрочнения, имеющие место
при современных методах штамповки гаек, показаны на фиг. 127
и 128. В отличие от метода Вотербери, характеризующегося большой
114
ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ высадки и объемной ШТАМПОВКИ
степенью деформации, при штамповке методом Гатебур имеется зна-
чительноменьшее деформирование. Высокая прочность гайки в послед-
нем случае достигается благодаря соответствующему составу мате-
риала и применению термообработки.
Пресс для предвари-
тельных операций
Пресс для окончательных
операций
оЬ
холодное
деформирование
Холодное
упрочнение
Отход
12-1й7°
§ 5
Нагреб
. I
Отжиг
1пЦ-
&
Степень деформации
Прочность гайки на разрыв после штамповки
кГ/мн2 50-60кГ/мм2
ЕС
После Штамподанная
промежуточного гайка
отжига
Фиг. 128. Деформации, упрочнение, величина отхода
материала и схема процесса при изготовлении гаек
методом Гатебур.
в) Предварительное упрочнение исходного материала
Как уже говорилось выше, исходный материал для холодной
объемной штамповки и высадки поступает не только в отожженном
состоянии мягким, но и упрочненным, твердым благодаря волочению.
Это относится, например, к проволоке для изготовления гвоздей,
шурупов и аналогичных деталей, для которых требуется либо сравни-
тельно малая прочность, либо малые степени деформации позволяют
применять неотожженные более дешевые материалы. При штамповке
изделий из цветных металлов, в частности из алюминиевых сплавов,
ВЛИЯНИЕ ТРЕНИЯ
145
возможности упрочнения при деформировании используются значи-
тельно шире, чем у сталей.
При необходимости промежуточного отжига его нужно включать
в технологический процесс таким образом, чтобы на последующих
операциях получить некоторое упрочнение. Следует учитывать неко-
торые колебания качественных показателей готовой детали, так как
степень деформации и, следовательно, холодное упрочнение в отдель-
ных зонах не одинаковы. Вообще же термически обработанные детали
всегда превосходят по качеству упрочненные изделия.
2. ИЗМЕНЕНИЕ СВОЙСТВ ПРИ ГОРЯЧЕЙ ШТАМПОВКЕ
Упрочнение, имеющееся в известной мере и при горячем формо-
образовании, в готовых деталях не сохраняется, поэтому они, как пра-
вило, не обнаруживают более высокой прочности, чем до обработки
давлением. Более того, высокие прочностные свойства, являющиеся
следствием предшествующей холодной обработки, могут быть снижены
до нормальных благодаря нагреву при штамповке. Обычно качествен-
ные показатели исходного материала значительно улучшаются после
деформирования. Значения показателей в направлении расположения
волокон распределяются более благоприятно, чем в поперечном
направлении. Для достижения высоких качеств и хорошей структуры
необходимо обеспечить достаточный и равномерный нагрев.
Ж- ВЛИЯНИЕ ТРЕНИЯ
Процесс пластического деформирования, особенно для крупных
и сложных деталей, зависит от трения между деталью и инструмен-
том. Знание величины коэффициента трения и его изменения от раз-
личных факторов имеет большое практическое значение. Контактное
трение обусловливает дополнительные сдвигающие деформации ма-
териала, вызывает бочкообразность боковой поверхности, способст-
вует заметному повышению необходимых силы и работы на деформи-
рование.
Коэффициент трения при высадке и объемной штамповке можно
достаточно точно определить на основе тех величин, которые находи-
лись при других способах обработки давлением, например, при холод-
ной и горячей прокатке. На величину коэффициента трения в первую
очередь влияет состояние поверхности инструмента и исходного ма-
териала. При нормальном состоянии поверхности коэффициент трения
колеблется в пределах 0,05—0,15 при холодном и в пределах 0,2—0,7
при горячем деформировании. Эти колебания зависят от метода пласти-
ческого деформирования и от смазки. При полированной поверхности
с хорошей смазкой коэффициент трения можно принять ц — 0,05,
при гладкой поверхности без смазки р. = 0,1. При горячем деформиро-
вании большой разброс значений обусловливается температурой.
Принципиальное влияние температуры на коэффициент трения пока-
10 1120
146
ОСНОВНЫЙ ПРИНЦИПЫ ВЫСАДКИ И ОБЪЁМНОЙ штамповки
зано на фиг. 129. Определяется коэффициент трения при температурах
свыше 700° по следующей формуле:
р, = 1,05 — 0,00051,
где t — температура в °C.
Таким образом, при температурах горячей штамповки коэффи-
циент трения гораздо больше, чем при обычной температуре. Это
объясняется тем, что в действительности при этом имеет место трение
ния от температуры при деформировании
(схематически).
не стали по стали, а стали
по окалине. Наиболее высо-
кое значение коэффициента
трения наблюдается при
температуре порядка 700°,
когда оно составляет при-
мерно 0,7.
3. ЗАТРАТЫ СИЛЫ,
РАБОТЫ И МОЩНОСТИ
С развитием новых про-
цессов штамповки и кон-
струкций оборудования, с
расширением области при-
менения обработки метал-
лов давлением, с повы-
шением качества исходного материала и скоростей обработки
все большее значение приобретает вопрос о потребных усили-
ях, работе деформации и мощности. Определение этих величин
необходимо при переходе на изготовление новых изделий, например,
изделий с новыми формами и технологическими параметрами высадки,
для выбора исходного материала или для решения вопросов о повы-
шении производительности оборудования. При анализе экономич-
ности и выборе температуры деформирования, при переходе на новые
методы изготовления решающую роль играют затраты энергии. Эф-
фективная мощность оборудования ограничивается, с одной стороны,
наибольшим допускаемым усилием деформирования, а с Другой сто-
роны, перегрузочной способностью электродвигателя. Так как обе
величины непосредственно друг с другом не' связаны, необходимо
знать величину усилия для деформирования и соответствующую этому
затрату мощности. Лишь при одновременном учете усилий и эффектив-
ной мощности можно наиболее рационально и полно использовать
пресс, не опасаясь его перегрузки.
При разработке технологического процесса следует подобрать
такие методы, при которых требуемая форма изделия получалась бы
простейшим путем, с наименьшей затратой сил и энергии. При этом
принято рассчитывать истинное сопротивление деформации и просто
сопротивление деформации. Первая величина относится к идеальному
случаю деформирования без потерь и ограничения деформации в по-
ЗАТРАТЫ СИЛЫ, РАБОТЫ И МОЩНОСТИ
147
перечном направлении. Вторая величина включает все дополнительные
сопротивления и потери.
В простейшей форме расчет усилий и работы осуществляется по
следующим выражениям:
Р —Fkf кГ\
A = Vkfcpln^- кГмм.
Здесь обозначены: сечение деформируемой детали в мм2, V— объем
высадки в мм3, kfcp — среднее истинное сопротивление деформации
применяемого материала, kt — истинное сопротивление деформации
в кГ!мм2 и In — истинная деформация,определяемая исходя из раз-
меров материалов и детали.
Эти формулы относятся к идеальному деформированию при малых
скоростях и не учитывают влияния внутренних сопротивлений, вызы-
ваемых относительным сдвигом отдельных слоев, и внешних, обусло-
вливаемых контактным трением между деталью и инструментом.
Более соответствующие фактическим данным результаты могут быть
получены, если вместо истинного сопротивления деформации подста-
вить сопротивление деформации, выражаемое через к. п. д. процесса
отношением
Л,
Ь — ' •
W '‘‘form ’
kw = кГ/мм2.
По этим формулам, зная истинное сопротивление деформации и
к. п. д. процесса, можно определить силу и работу деформирования.
На практике это встречает затруднения, так как истинное сопротив-
ление деформации и к. п. д. большей частью неизвестны, и нет про-
стого метода определения этих величин. Поэтому рационально облег-
чить все расчеты по определению сил, работы и мощности путем при-
ближенных формул и применением упрощающих специальных таблиц.
1. ИСТИННОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ ДЕФОРМАЦИИ
Наиболее простым способом определения истинного сопротивления
деформации является установление предела прочности материала
после различных методов деформирования. За истинное сопротивле-
ние деформации принимается предел прочности, определенный таким
образом. Хотя такой прием не согласуется с определением истинного
сопротивления деформации, против него нет существенных возраже-
ний, так как выше определенной степени деформации, например, для
сталей степени деформации свыше 20%, предел текучести почти совпа-
дает с пределом прочности. .
j48 основные принципы высадки и объемной штамповки
а) Холодное деформирование
Указанным методом величину истинного сопротивления деформации
для сталей и .цветных металлов можно определять согласно
фиг. 119—122. Значение среднего истинного сопротивления достаточ-
но точно можно приравнять среднему арифметическому между на-
чальным пределом прочности и его прочностью после деформирования.
Влияние скорости сравнительно мало; оно в крайнем случае составляет
менее 20%, а обычно значительно меньше, так что это влияние можно
не учитывать.
б) Горячее деформирование
' Как уже упоминалось, сопротивление деформации при горячей
штамповке зависит главным образом от температуры обработки;
оно падает с уменьшением температуры сначала более резко, а затем
медленнее. Исходные данные для различных сталей можно взять
из данных фиг. 57. Для большинства других материалов ход кривой
аналогичен, а положение кривой по оси ординат (по высоте) прибли-
зительно соответствует соотношениям температур плавления материа-
лов. Так, практически истинные сопротивления деформации при на-
греве равны, если равны их температуры плавления. Для практики
следует вывод, что температурные изменения влияют более существен-
но, чем химический состав материала. Величины истинного сопротив-
ления деформации значительно растут при увеличении скорости дефор-
мирования. Зависимость динамического сопротивления от статического
выражается формулой
kfdUH = nkfcm-
При штамповке на разных типах машин и разными методами уста-
новлены средние эмпирические значения коэффициента п, которые
составляют приблизительно:
1 — 1,5 — при работе на прессах с малой скоростью;
1,5 — 2 — при работе на быстроходных прессах;
2 — 5 — для молотов и копров.
С помощью этих коэффициентов можно с достаточной для практики
точностью определить динамическое истинное сопротивление дефор-
мации.
2. СОПРОТИВЛЕНИЕ ДЕФОРМАЦИИ
Кроме уже упомянутого метода расчета сопротивления деформации
по значению к. п. д., известна дня случая осадки цилиндрического
тела формула, связывающая оба значения сопротивления в зависимо-
сти от коэффициента трения и размеров материала,
kw = fl + у!1 кГ/мм2;
kw = /Ц1+0,333 [Л у) кГ/мм2.
Следовательно, величина сопротивления деформации сравнительно
с истинным сопротивлением будет увеличиваться при увеличении
ЗАТРАТЫ СИЛЫ, РАБОТЫ И МОЩНОСТИ
149
коэффициента трения и уменьшении относительной высоты детали.
Получающиеся при этом переводные коэффициенты приведены на
фиг. 130.
Фиг. 130. Переводные коэффициенты для оп-
ределения величины сопротивления деформа-
ции по величине истинного сопротивления де-
формации в зависимости от отношения диа-
метра к высоте высаженной цилиндрической
детали при различных коэффициентах трепля.
В зависимости от коэффициента трения р, отношения длины
к диаметру заготовки s и степени деформации е сопротивление де-
формации можно выразить следующим уравнением:
к.= k,[1 +0,333 f/(да™Ч->)’]
kw — kf Ui кГ/мм*.
кГ/мм1;
Переводные коэффициенты Их для определения сопротивления
деформации при соотношениях, характерных для холодной высадки,
приведены в табл. 51. Очевидно, что лишь при малой степени дефор-
мации, низком коэффициенте трения и большом отношении длины
к диаметру коэффициент L!y настолько близок к 1, что для приближен-
ных расчетов его можно не учитывать. При горячем деформировании,
150
ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ВЫСАДКИ И ОБЪЕМНОЙ ШТАМПОВКИ
благодаря высокому коэффициенту трения, значения этого коэффи-
циента больше.
В табл. 51 одновременно приведены также переводные коэффициен-
ты Uz, которые аналогичным образом можно использовать для опре-
деления среднего сопротивления деформации по формуле
kWcp = kicp кГ]мм\
Значения ПРИ обычных условиях холодной высадки весьма
малы, и при расчетах их можно не учитывать. При горячей штамповке
эти значения больше, и пренебрегать ими нельзя.
При помощи приведенных переводных коэффициентов в расчетах
учитываются потери на внешнее трение при высадке цилиндрических
тел.
К сожалению, эти данные не могут быть приняты и для высадки
распространенных головок нецилиндрической формы. Для определе-
ния влияния основных форм, отличных от цилиндрической формы
головки, на требуемое усилие, работу и мощность учитываются фак-
торы, приведенные в табл. 52.
Из сопоставления табличных данных видно, что цилиндрическая
форма высаживаемой головки требует минимального расхода работы
и усилия; затем'идут детали, имеющие скругленные поверхности (сфе-
рические); для деталей, имеющих острые кромки, требуются значитель-
но большие усилие и работа. Промежуточное положение характерно
для изделий; имеющих постепенный переход от стержня к головке,
так как это обеспечивает более благоприятное течение металла. Как
следует из табл. 52, усилие, например, для высадки конической по-
тайной головки при степени осадки 75% почти в 1,5 раза больше,
чем для цилиндрической головки с равными объемом высадки и сте-
пенью осадки. Головка в виде усеченного конуса при степени осадки
85% требует усилия в 2,5 раза больше, чем для цилиндрической
с той же степенью осадки. При повышении среднего сопротивления
деформации, а следовательно, и необходимой энергии деформации
влияние формы изделия проявляется менее заметно; для приведенных
примеров значение факторов будет соответственно 1,1 и 1,3. Это объяс-
няется тем, что влияние формы головки имеет место лишь в конечной
стадии процесса высадки, и поэтому при интегрировании кривой
сила — путь высокое усилие в конце мало влияет на общее изменение
величины работы.
При допущении некоторых упрощений сопротивление деформации
можно выразить
kw = kf UкГ/мм\
а среднее сопротивление деформации (удельное давление) — уравне-
нием
kW(p = kfcP кГ/мм*-
Здесь (71 и U2 — переводные коэффициенты по табл. 51, а и
«2—факторы влияния формы головки, приведенные в табл. 52,
ЗАТРАТЫ СИЛЫ, РАБОТЫ И МОЩНОСТИ
151
152
ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ВЫСАДКИ И объемной штамповки
Таблица 52
Значения факторов К- и К« для определения необходимых усилия, работы и мощности при высадке головки
нецилиндрической формы
Ступенчатая линия показывает границы практически существующих размеров.
ЗАТРАТЫ СИЛЫ, РАБОТЫ И МОЩНОСТИ
153
Дальнейшие упрощения сводятся к следующему: определяя зна-
чения сопротивления деформации для различных металлов, можно
установить, что получаемые удельные давления для всех металлов
являются величинами одного порядка. Поэтому можно вычисленные
вышеуказанным методом удельные давления, полученные для одного
материала, использовать с помощью специального коэффициента для
вычисления аналогичных величин, относящихся к иному материалу.
Если взять за основу данные, характеризующие сопротивление дефор-
мации и удельные давления низкоуглеродистой стали, то для приме-
нения их к другим материалам, употребляемым для холодной высадки,
следует пользоваться коэффициентами W, приводимыми в табл. 53.
Таблица 53
Значение коэффициента W для определения необходимых усилия и работы
при холодной высадке проволоки из цветных металлов н улучшаемых
сталей (сравнительно с низкоуглеродистой сталью)
Материал W
Чистый алюминий 0,25
Дуралюмин 0,5
Медь ' . 0,6
Латунь (Ms 63) 0,9
Нейзильбер (Ns 65/12) 1
St34 (Muk 7) 1,0
С22‘ хороню отожжен 1,1
С22, плохо отожжен 1,2
С35, хорошо отожжен 1,2
С35, плохо отожжен 1,3
С45, хорошо отожжен 1,3
С45, плохо отожжен 1,4
С60, хорошо отожжен 1,5
С60, плохо отожжен 1,6
При этом соответствующие зависимости выражаются следующими
формулами:
kw = kfcai UyKxW кГ/мм2,
k«>cp^kicpU2KzW
Для определения всех этих величин необходимо пользоваться
данными фиг. 119—122 и табл. 51—53, а величину деформации следует
определять из геометрических соображений.
3. УСИЛИЕ ВЫСАДКИ
а) Усилие при холодной высадке
Известные формулы для определения усилия высадки целесообраз-
но преобразовать, выразив величину F (площадь, подвергаемую
154
ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ВЫСАДКИ и объемной штамповки
давлению) через диаметр исходного материала и степень осадки.
Тогда усилие деформации составит
p = кГ.
Здесь d — диаметр исходного материала в мм; е — степень осадки,
равная ^=-^-100%; kf—истинное сопротивление деформации для
малоуглеродистой стали в кПмм2 (фиг. 121); Vj — переводный ко-
эффициент (табл. 51); Ki — коэффициент формы головки (табл. 52)
и W — коэффициент материала (табл. 53). Обозначая через fp —
где fp — фактор деформации, можно выразить усилие формулой
P = d2fpU1K1W кГ.
Значение fp для малоуглеродистой стали дано в табл.54 в зависимости
от степени осадки.
Коэффициенты fp, Vi и ЛЗ увеличиваются согласно показатель-
ной функции при повышении деформации, чем обусловливается соот-
ветствующее увеличение давления. Так, например, при повышении
степени осадки с 60 до 75% усилие удваивается, а с 55 до 80% утраи-
Фиг. 131. Определение переводных коэффициентов для вычисления уси-
лия, работы и мощности в зависимости от степени осадки при холодной
высадке.
Истинная дефиякцция
вается. Эта зависимость показана на фиг. 131 в логарифмических
координатах в верхней части. По этой же фигуре можно определить
характер изменения и значение различных величин, определяющих.
ЗАТРАТЫ СИЛЫ, РАБОТЫ И МОЩНОСТИ
155
Таблица 54
Значения факторов деформации для низкоуглеродистых сталей
Степень осадки « “ -“Г- • 100 % Истинная дефор- мация 1 L Факторы деформации
Усилие высадки fp Работа fA Мощность (ь
40 0,512 82 0,0201 6,74 10-6
41 0,526 84 0,0208 6,96 - 10~6
42 0,545 86 0,0216 7,20 10~6
43 0,561 88 0,0224 7,46 10“6
44 0,579 90,5 0,0232 7,74 10*~6
45 0,6 93 0,0241 8,05 - 10“6
46 0,615 95 0,0250 8,35 • 10“6
47 0,633 97,5 0,0259 8,65 10~6
48 0,655 100 0,0268 8,95 - 10~6
49 0,672 103 0,0277 9,25 • 10~6
50 0,694 106 0,0286 9,55 • 10~6
51 0,71 109 0,0295 9,85 • 10—6
52 0,734 111,5 0,0305 1,01 • 10~5
53 0,756 114,5 0,0315 1,05 • 10~5
54 0,775 118 0,0325 1,08 • 10~5
55 0,8 121,5 0,0335 1,12 • 10~5
56 0,82 125 0,0345 1,15 • 10“5
57 0,843 128,5 0,0356 1,19 • 10~Б
58 0,865 132,5 0,0368 1,23 10—5
59 0,89 137 0,0380 1,27 • 10—5
60 0,915 141 0,0392 1,31 • IO-5
61 0,937 145,5 0,0405 1,35 IO—5
62 0,966 150 0,0418 1,39 • 10-5
63 0,993 154,5 0,0430 1,43 • IO-5
64 1,02 159,5 0,0443 1,47 10-5
65 1,05 164,5 0,0456 1,52 10-5
66 1,08 170 0,0470 1,57 • 10-5
67 1,11 175,5 0,0485 1,62 10-5
68 1,14 181,5 0,0500 1,67 • 10-5
69 1,17 188 0,0515 1,72 • 10-5
70 1,205 195 0,0530 1,77 • 10-5
71 1,24 203 0,0545 1,82 10-5
72 1,275 212 0,0562 1,88 Ю-5
73 1,31 221 0,0580 1,94 • Ю-5
74 1,35 231 0,0600 2,0 • Ю-5
75 1,39 241 0,062 2,07 10-5
76 1,425 253 0,064 2,14 • Ю-5
77 1,47 266 0,066 2,21 Ю-5
78 1,515 280 0,0682 2,28 • 10—5
79 1,56 295 0,0705 2,36 10-5
80 1,61 311 0,0730 2,45 Ю-5
81 1,66 328 0,0755 2,54 • 10-5
82 1,72 347 0,0785 2,63 - Ю-5
83 1,77 368 0,0815 2,73 • 10-5
84 1,835 390 • 0,0850 2,84 • Ю-5
85 1,9 416 0,0885 2,96 Ю-5
86 1,97 446 0,0925 3,09 • Ю-5
87 2,04 483 0,0965 3,22 Ю-5
88 2,12 525 0,101 3,37 10-5
89 2,21 575 0,106 3,54 Ю-5
90 2,3 635 0,111 3,7 - 10-5
156
ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ВЫСАДКИ И ОБЪЕМ НОИ ШТАМПОВКИ
переводный коэффициент Ui, зависящий, в свою очередь, от степени
осадки. Остальные расчетные величины от степени осадки не зависят.
Из формул ясно, что усилие увеличивается пропорционально квад-
рату диаметра исходного материала. На фиг. 132 показана зависимость
усилия высадки от химического состава, характера отжига, степени
40 50 60 70 80 40 50 60 _ 70 80 %
Степень деформации. !=-^-Ю0
L-J... J-1-i-1-l.L-J-1-1-1-1_I I—J-L_----1_I.—,L-1 - -I_L_I.—I I
0,50.6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,80,50,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 Ink
Истинная деформация .
Фиг. 132. Величина необходимого усилия при холод-
ной высадке сталей и различной предварительной об-
работке. Размеры осаживаемого образца: D = 7 мм,
h — 10,5 мм.
обжатия при волочении исходного материала. Судя по этому,усилие вы-
садки при всех степенях осадки зависит от характера предшествующего
отжига и лишь при малой степени осадки — от величины припуска
при холодном волочении. Таким образом, усилие высадки при опре-
деленном отжиге не зависит от предела прочности материала. Так,
например, при осадке на 80% стали марки CQ 35 диаметром 7 мм необ-
ходимо усилие около 25 т независимо от того, высаживается ли обра-
зец в отожженом состоянии с пределом прочности 50 кГ/мм2 или
после волочения со значительным обжатием при пределе прочности
более 70 кГ/мм2.
В практике принято пресс-автоматы для холодной высадки харак-
теризовать диаметром исходного материала, оставляя без внимания
другие факторы, влияющие на усилие. Это может, конечно, привести
к ошибкам, так как необходимо учитывать все другие величины,
ЗАТРАТЫ СИЛЫ, РАБОТЫ И МОЩНОСТИ
157
•’ZS 3 4 5 Б 7 8 910 12 10 10 18 20 мм
Диаметр материала малоуглеродистой
стальной проволоки
Фиг. 133. Допустимые исходные диаметры
проволоки из цветных металлов и улучша-
емых сталей в сравнении с низкоуглеродистой
сталью при равных отношениях • Заштри-
хованные зоны соответствуют различному от-
жигу стальной проволоки.
St 3h 13
Фиг. 134. Различ-
ные формы голов-
ки, для которых при
их высадке требу-
ется приблизи-
тельно одинаковое
усилие.
158
ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ВЫСАДКИ И ОВЪЕМНОИ ШТАМПОВКИ
усилие высадки усилие высадки
г- полный стержень(диаметр стержня “диаметру резьды)
D-- Тонкий стержень (диаметр стержня •‘среднему диаметру резеды)
Фиг. 136. Усилия при холодной высадке винтов М8 из различных
материалов.
ЗАТРАТЫ СИЛЫ, РАБОТЫ И МОЩНОСТИ
159
входящие в формулу для усилия. Нафиг. 133 приведены величины рав-
нозначных диаметров исходного материала различных марок при
прочих равных условиях. Из диаграммы видно, какие диаметры,
исходя из условия одинаковой нагрузки машины, можно штамповать
при переходе на материал другой марки. Однако этих данных недо-
v=полный стержень (диаметр стержня ‘диаметру резьбы')
И =Тонкий стержень (диаметр стержня = среднему диаметру резьбы)
Фиг. 137. Усилия при холодной высадке болтов М8 из различных
материалов.
статочно для определения усилия при различных видах деформиро-
вания. На фиг. 134 схематически изображены высаженные из разных
материалов детали, для которых, несмотря на разный диаметр исход-
ного материала, требуется приблизительно одно и то же усилие.
Насколько ошибочен выбор пресс-автомата по диаметру исходного
материала, видно из фиг. 135—137, где показаны усилия высадки
стандартных крепежных деталей диаметром 8 мм при применении
различных материалов.
Приближенные выражения для определения усилия при холодной
высадке можно представить и графически номограммой (фиг. 138).
На осях номограммы нанесены степень осадки и определяемое усилие,
а на поле в качестве переменных взяты пять основных форм головок,
вид применяемого материала и его диаметр. Область переменных ве-
личин выбрана так, чтобы охватить все обычно встречающиеся в мае-
160
ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ВЫСАДКИ и объемной штамповки
совом и серийном производстве соотношения. Так как графики прямо-
линейны и проходят друг от друга на расстоянии, выраженном в лога-
рифмических координатах, можно без особых затруднений расши-
рить область применения номограммы в обоих направлениях.
Фиг. 138. Номограмма для определения усилия при холодной вы-
садке головок различных форм из сталей и цветных металлов. При
малых значениях отношения и высоких степенях деформации
величины, определяющие усилие высадки, следует умножить на
переводный коэффициент Ui (см. табл. 51).
При номографическом определении следует учитывать, что найден-
ные значения должны быть умножены на соответствующее значение
коэффициента Ur, который не включен в номограмму.
Номографическое определенйе наряду с простотой, точностью
и быстротой характерно также и разносторонностью выбора условий.
Так, например, можно в обратном порядке при заданном определенном
усилии или мощности определить наибольший допустимый диаметр,
наибольшую степень осадки, подходящий материал и т. п.
б) Усилие при выдавливании
Усилие, необходимое при выдавливании деталей со сплошным
сечением, можно рассчитать по приближенной формуле
р = f (ing 4-0,6j (1,25 + 2р'(/кГ.
ЗАТРАТЫ СИЛЫ, РАБОТЫ и мощности
161
Здесь Fo — площадь начального сечения в мм2\ Fr —площадь полу-
чаемого сечения в мм2-, h—высота заготовки в мм\ р — коэффициент
трения, значения которого уже указывались.
в) Усилие при горячей высадке
Действительную величину необходимого усилия при горячей вы-
садке найти труднее, так как здесь решающую роль играет
Фиг. 139. Примеры определения коэффициентов
формы при высадке деталей.
температура обработки, которую не всегда можно точно определить;
кроме того, заметное влияние имеет скорость.
Наиболее оправдала себя на практике эмпирическая формула
Р — Fkf kn кГ.
Здесь Р — усилие высадки в кГ; F — площадь проекции изго-
товляемой детали в мм2', kf — предел прочности (текучести) материала
при температуре обработки в кПмм2', k — коэффициент, зависящий
от формы детали, который берется согласно фиг. 139; п — фактор,
учитывающий скорость, значения которого уже приведены ранее.
Следовательно, и при горячей штамповке нельзя требуемое усилие
высадки и размер машины определять только по диаметру обрабаты-
ваемого материала, не учитывая температуры обработки и формы
детали.
4. ЗАТРАТЫ РАБОТЫ
Уже приведенные формулы для определения работы при идеаль-
ном процессе деформации предполагают известными: среднее сопротив-
ление деформации, главную истинную деформацию и деформируемый
объем. Здесь также рационально вместо объема подставить в уравне-
ние диаметр исходного материала, который известен при всех условиях,
А = 0,0007854 d2Lkicp In ~ кГм,
11 1129
162
ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ВЫСАДКИ и объемной штамповки
Вместо осаживаемой длины удобнее использовать отношение
£
S = так что уравнение примет вид
А = 0,0007854 daskfrn U2K2W In 4 кГм.
Упростим формулу, обозначив произведение kfcp€m In 4 факто-
ром деформации /а, величина которого для данных условий деформи-
рования берется из табл. 54. При приближенных расчетах переводным
коэффициентом чаще всего можно пренебречь. Тогда формула для
расчета количества необходимой работы будет иметь следующий вид:
А = dssfA KzW кГм.
Обозначения взяты согласно вышеизложенному. Таким образом,
работа растет пропорционально кубу диаметра и отношению
кроме того, работа пропорциональна главной истинной деформации.
Форма головки на величину работы оказывает гораздо меньшее влия-
ние, чем другие показатели.
Приближенно затраты работы можно определить из номограммы
(фиг. 140), по которой следует вести расчет и для полезной мощности при
холодной высадке.
5. НЕОБХОДИМАЯ МОЩНОСТЬ
Относительно номинальной мощности двигателя, устанавливае-
мого на пресс-автоматах различного размера, нет единого мнения.
Новейшие каталожные данные различных фирм, выпускающих
холодно-высадочные автоматы, в отношении мощности двигателей
сильно отличаются; так, например, на совершенно аналогичных маши-
нах для проволоки диаметром 6 мм мощность двигателя колеблется
от 4 до 10 л. с., а у машин средних размеров для диаметра 10 мм —
от 8 до 20 л. с. Наибольшую мощность имеют автоматы, изготовленные
американскими фирмами.
Для выяснения этого вопроса на фиг. 141 приведены результаты
измерения потребляемой мощности при холодной высадке болтов
размером М10 X 40 на двухударном автомате. При измерениях при-
менялись различные марки, материалов и менялось число ходов.
Судя по этим данным, потребляемая мощность растет пропорциональ-
но числу ходов, а значения полезной мощности, получаемой как раз-
ность между полной затратой мощности и мощностью холостого хода,
относятся точно так же, как соответствующие им коэффициенты мате-
риала по табл. 53. Упомянутая номинальная мощность двигателя
8 л. с. при диаметре проволоки 10 мм достаточна лишь при числе
ходов 120 в минуту (соответственно 60 болтов в минуту) и обработке
нелегированных сталей с малым содержанием углерода. Если обраба-
тывается проволока со средним содержанием углерода, то число хо-
дов должно быть 100 в минуту (соответственно 50 болтов в минуту),
ЗАТРАТЫ СИЛЫ. РАБОТЫ И МОЩНОСТИ
163
II
чшзонтон «ыпро
164 ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ВЫСАДКИ и объемной штамповки
а для легированной стали — лишь 80 в минуту, что соответствует
40 болтам в минуту. С другой стороны, американские данные о мощ-
ности двигателя 20 л. с. соответствуют допустимой производитель-
ности по меньшей мере 110 шт/мин. для легированной стали
и 130 шт/мин. для нелегированной стали.
В США эксплуатируют автоматы при большем числе ходов, иног-
да вдвое выше обычно
прннятых в ФРГ; имен-
но этим и следует
объяснить повышенную
мощность двигателя. Ча-
сто высказываемые утвер-
ждения, что в США уста-
навливают двигатели с за-
вышенной мощностью,
данными экспериментов
не подтверждаются.
Примечателен также
сравнительно высокий
расход мощности при хо-
лостом ходе автомата, ко-
торый составляет от 55
до 60% полного расхода
мощности при обработке
мягкой проволоки; соот-
ветственно для обработки
нелегированных улучшен-
ных сталей 50—55% и
45—50 % для легирован-
ных сталей. Эти данные
имеют значение только
их не следует огульно пе-.
Числе изготовленньи болтав в минуту
Фиг. 141. Потребление мощности на при-
। водном валу двухударного пресс-автомата
при холодной высадке заготовок болтов
М10 X 40 при различной быстроходности
автомата.
для исследованных конкретных условий,
реносить на другие случаи, но можно использовать как полезные
ориентировочные данные для штамповки в аналогичных условиях.
Доля энергии холостого хода будет еще выше при обработке прово-
локи меньшего диаметра или при малых степенях деформации, т. е.
во всех случаях, когда используемая мощность сравнительно мала.
Вышеизложенное не дает возможности обоснованно установить
потребную мощность для холодновысадочного автомата и номиналь-
ную мощность двигателя. Но достаточно точно расчет можно про-
вести, определив полезную мощность и прибавив определенную до-
лю на мощность холостого хода.
Следует учитывать, что помимо затрат мощности на деформиро-
вание и холостой ход возникает дополнительный расход мощности
на правку и подачу, на отрезку заготовки и выталкивание высажен-
ной детали. На основе проведенных измерений можно в среднем при-
нять эти добавочные затраты равными половине мощности, затрачи-
ваемой на деформирование. В отношении к общей мощности двига-
ЗАТРАТЫ СИЛЫ, РАБОТЫ И МОЩНОСТИ
165
теля такая добавка составляет величину порядка 15% при обработке
нелегированных сталей и 18%' — для легированных сталей.
Если обозначить производительность машины в iirf/мин, то по-
лезная мощность с учетом мощности на вспомогательные опера-
ции составит:
L = 1,5 А кГм/сек,
>1 1 к ^4
= 1,5 60 ’ 75 Л‘ С‘>
Ь = 0,000333 vA л. с.
Установить мощность можно и не определяя потребной работы А,
если ввести фактор деформации /и, величина которого устанавли-
вается по табл. 54. Тогда формула потребной мощности будет иметь
вид
А = dPvsfb K2W л. с.
Обозначения приняты согласно ранее изложенному. Мощность дви-
гателя возрастает с той же закономерностью, что и расход работы.
Как видно на фиг. 131, ход кривой фактора деформации fP и соот-
ветственно факторов деформации f л и fL при степени осадки до 70%
примерно одинаков, а свыше 70% кривая идет более круто, чем
кривые /a^/l- В соответствии с этим потребляемое количество энер-
гии и мощность зависят от степени деформации в меньшей степени,
чем усилие. Как следует из табл. 54 и фиг. 131, усилие высадки, на-
пример, растет вдвое при увеличении степени осадки от 55 до 75%,
а работа и мощность в этом случае увеличиваются только на 85%.
При повышении степени деформации с 70 до 85% усилие увеличи-
вается даже на 114%, а работа и мощность станут выше только на
67%. Отсюда для практики следует сделать вывод, что с увеличением
степени деформации значительно повышается усилие деформации
и, следовательно, более интенсивной нагрузке подвергаются кон-
структивные элементы машины, а не электродвигатель.
Таким образом, в этих случаях следует в первую очередь опа-
саться повреждения машины, а не перегрузки электродвигателя. На-
оборот, при повышении числа ходов более вероятна перегрузка элек-
тродвигателя, хотя дополнительных силовых нагрузок на машину не
будет.
Для графического определения расхода полезной мощности при
холодной высадке можно воспользоваться номограммой, изображен-
ной нафиг. 140. Эта номограмма весьма проста и удобна для практи-
ческой работы, результаты получаются с высокой точностью. Расче-
ты необходимого усилия, работы, мощности способствуют лучшему
использованию средств производства, и благодаря последовательно-
му применению полученных знаний можно повысить производитель-
ность.
111. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ
И ОБОРУДОВАНИЕ
При выборе варианта технологического процесса обработки ме-
таллов давлением в первую очередь принимают во внимание разме-
ры изготовляемых деталей, желаемую точность, механические свой-
ства применяемого материала и количество деталей в партии (для
расчета экономичности). Во многих случаях изготовление детали
осуществимо несколькими способами. При применении трудно де-
формируемых материалов следует предпочесть способы, при кото-
рых создаются меньшие нагрузки на инструмент и обрабатываемый
материал. Однако не это должно быть решающим, решающим яв-
ляется экономичность способа.
При наладке нового производства или при его реконструкции не-
обходимо прежде всего установить, в каком объеме возможно загру-
зить уже имеющееся оборудование и оснастку. При этом следует
учитывать не только конструкцию машины и задаваемый этой кон-
струкцией технологический процесс, но и иметь в виду точность ра-
боты машины. Следовательно, чем выше качество обрабатываемых
деталей, чем жестче допуски на размеры деталей, тем выше должны
быть требования к оборудованию. При серийном и массовом произ-
водствах, как правило, целесообразно приобретать новое оборудова-
ние; при этом следует учитывать перспективы развития и, кроме то-
го, желательно, чтобы размерные и другие возможности оборудова-
ния были не слишком узко ограничены. С другой стороны, при изго-
товлении деталей в массовом масштабе целесообразны и узко-специ-
альные машины, обеспечивающие при этих условиях рациональность
производства.
А. ОБЗОР РАЗВИТИЯ
Изготовление заклепок, болтов и других фасонных деталей осу-
ществлялось к началу XIX столетия в основном ручной ковкой или
ковкой на хвостовых и рычажных молотах с приводом от водяного
колеса. С развитием техники позднее сюда прибавились молоты с
ремнем, доской и рессорой. Однако применение их оставалось огра-
ниченным, так как наряду с сотрясениями, громоздкостью фунда.
мента, шумом для этих машин характерна малая стойкость инструмен-
та при невысокой точности получаемых деталей. С годами появились
ОБЗОР РАЗВИТИЯ
167
новые конструкции машин, обладающие более благоприятными пред-
посылками для внедрения их в массовое и серийное производства.
Старейшей машиной для высадки болтов и аналогичных деталей явля-
ется изобретенная в 1838 г. в Англии ковочная машина Оливер, кото-
Фиг. 142. Схема ковочной машины Оливер:
а — шабот; Ь — боек; с — возвратная пружина; d — рычаг выталкивате-
ля. е _ выталкиватель; f — педаль; g — нижняя половина штампа;
к— верхняя половина штампа.
рая позднее нашла применение ив других странах, в том числе и в
США. Эта машина применялась долгое время, пока не была заме-
нена другими более современными машинами. На фиг. 142 показана
схема этой, по тому времени весьма совершенной новой конст-
рукции, в которой, и это весьма важно, можно было применять штампы
с полостью определенной формы, что рационализировало производ-
ство. На фиг. 143 изображена ковочная машина Оливер, находящая-
ся в одной старой кузнице. Толчок к дальнейшему развитию дал
переход от единичного изготовления к серийному и массовому произ-
водству. Благодаря этому возникла потребность в снижении издер-
жек производства. Но это, наряду с прочим, возможно лишь тогда,
когда штампуются заготовки с минимальными затратами средств и
форма их в результате штамповки максимально приближается к форме
168
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И ОБОРУДОВАНИЕ
‘готовой детали, не требуя вообще или лишь весьма малую последую-
.щую обработку резанием.
В этом смысле дальнейшее развитие технологических процессов
и оборудования для высадки и штамповки шло различными путями.
К способам горячего деформирования добавились новые процессы
холодной высадки и выдавливания. Во всех этих направлениях дос-
Фиг. 143. Ковочная машина
Оливер.
тигнут в последнее время значитель-
ный прогресс. Нововведения и усо-
вершенствования столь значительны,
что при массовом производстве нор-
малей многие известные способы счи-
таются уже устаревшими и прежде
всего за границей заменяются новы-
ми, которые существенно отличаются
как по технологическим процессам,
так и по конструкции машин. Боль-
шие скорости работы, расширение
диапазона обрабатываемых размеров,
расширение возможностей примене-
ния, повышение точности изготовля-
емых деталей, сокращение отходов—
вот те особенности, которые харак-
терны для современных машин. Вне-
дрение высокопроизводительных ма-
шин и машин, собранных из агрега-
тов, с автоматическим или полуав-
томатическим циклом работы, приме-
нение новейших автоматических по-
точных линий характеризует сов-
ременный уровень развития металлодавящего . оборудования в се-
рийном и массовом производстве. Необходимо отметить, что высо-
кая производительность, достигнутая при современном состоянии как
при холодной высадке, так и при штамповке с нагревом, подготовила
расширение границ применения штамповки обоими методами.
Наряду с распространением методов холодного деформирования в
область больших размеров изделий имеется и обратная тенденция—
замены холодного формообразования формообразованием с нагревом.
Дальнейшее развитие методов обработки давлением можно пред-
видеть в комбинации холодной осадки с горячей штамповкой, что соз-
дает во многих случаях благоприятные возможности для производ-
ства. Большое внимание также уделяют вопросам транспорта, кото-
рый при серийном и массовом производстве играет видную роль с
точки зрения экономики. Оказалось весьма эффективным, особенно
при изготовлении мелких деталей, к обрабатывающей машине при-
страивать „ленточный транспортер, который передает детали или к
следующей машине, или непосредственно в тару для транспортировки.
Иногда целесообразно несколько машин связать в одну группу и таким
образом обеспечить ход производственного процесса с минималь-
ВИНТОВЫЕ ПРЕССЫ
169
ным межоперационным запасом полуфабрикатов. Однако это неос-
поримое преимущество осложняется одним недостатком—при выходе
из строя или перерыве в работе у одной из машин группы существенно
задерживается окончание обработки деталей.
Б. ВИНТОВЫЕ ПРЕССЫ
1. СРАВНЕНИЕ МОЛОТА И ПРЕССА
Винтовые прессы являются старейшими механическими прессами.
Они применяются повсюду, где штампуют детали в больших коли-
чествах. От гидравлических прессов эти прессы отличаются большей
быстроходностью, меньшими габари-
тами, более простым уходом; от паро-
воздушных и фрикционных молотов—
большей стойкостью инструмента,
более простым фундаментом, почти
бесшумной работой и, самое глав-
ное, меньшим расходом энергии. До-
полнительное потребление энергии
молотом по сравнению с прессом сос-
тавляет до 400% (при равных усло-
виях). Соотношение будет обратным,
если, пренебрегая расходом энергии,
сравнить заполняемость штампа, до-
стигаемую за один нагрев, под мо-
лотом и прессом. В первом случае
при каждом последующем ударе про-
исходит нарастание заполнения преж-
де всего верхнего подвижного штам-
па, в то время как винтовые прессы
производят штамповку, как прави-
ло, лишь за один ход. В качестве
примера на фиг. 144 показано срав-
нение графика изменения усилия
при горячем деформировании заготов-
ки на винтовом прессе и на молоте.
Отсюда видно, что для полного де-
формирования на молоте необходимы
Фиг. 144. Кривые усилий
в зависимости от скорости
перемещения штампа при
осадке образна под моло-
том и прессом (при посто-
янной энергии удара моло-
та). Температура дефор-
мирования 1200°; размеры
образца: диаметр 34 мм,
высота 51 мм.
I четыре хода, а пресс произво-
дит ту же работу за один ход; усилия, необходимые для деформи-
рования, также различны.
Правда, характер течения металла при осадке под молотом и прес-
сом, если бы можно было исключить влияние температуры, был бы
одинаков, и тогда не было бы различия в заполняемости штампа. Худ-
шая заполняемость при медленном деформировании, часто наблюдае-
мая на практике, на самом деле объясняется не скоростью деформи-
рования, а более быстрым охлаждением. Явление лучшей
заполняемости верхнего штампа по сравнению с нижним при штам-
170
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И ОБОРУДОВАНИЕ
гювке на молотах объясняется также тем, что в нижней части заготовки
(соприкасающейся с нижним штампом) температура ниже, чем в верх-
ней ее части.
Вообще можно установить, что заполняемость полости штампов
при штамповке под прессом вследствие большего охлаждения значи-
тельно хуже, чем при штамповке на молотах. Следовательно, при
Фиг. 145. Схема высадки на фрикционном
прессе;
Слева — вид спереди (рабочее положение); справа-
вид сбоку (выталкивание детали): а — станина;
Ъ — ползун; с—винт; d — фрикционные диски;
е — установочная втулка; f — матрица; g — пуан-
сон; h—стержень выталкивателя; «—выталкива-
тель.
горячей штамповке слож-
ных по форме деталей на
молоте достигаются луч-
шие результаты, несмот-
ря на возникающие при
этом большие потери энер-
гии. Для простых деталей,
наоборот, прессы, благо-
даря упомянутым их преи-
муществам, оказываются
более целесообразны.
2. ФРИКЦИОННЫЕ
ВИНТОВЫЕ ПРЕССЫ
На фиг. 145 дано схема-
тическое изображение кон-
струкции и ясен принцип
действия фрикционного
винтового пресса. Привод
осуществляется с помощью
фрикционных дисков, ко-
торые закреплены на вра-
щающемся валу. С помо-
щью осевого перемещения
вала диски попеременно
прижимаются к облицован-
ному кожей ободу махови-
ка. Благодаря этому винт
(шпиндель), ввернутый в
гайку (резьба с большим
углом подъема), перемеща-
ется и осуществляет пря-
мой (рабочий) и возвратный хода. Нарастание скорости ползуна при
ходе вниз создает благоприятные предпосылки для штамповки.
Усилие, которое действует при ударе штампа о заготовку, развива-
ется благодаря энергии, запасенной маховиком, и будет тем боль-
ше, чем меньше путь деформирования, т. е. чем более резко про-
исходит торможение вращения маховика. Так называемые быстро-
ходные винтовые прессы имеют большие фрикционные диски и
сравнительно малый маховик, благодаря чему получаются более вы-
сокие скорости.
ВИНТОВЫЕ ПРЕССЫ
171
Так как при такой конструкции полное усилие деформации долж-
но восприниматься станиной, последняя в большинстве случаев
скрепляется стяжными болтами, которые должны быть достаточно
прочными. Стягивание производится с нагревом, так что чугун ста-
нины испытывает постоянно напряжения сжатия и совсем или почти
совсем не подвергается растяжению.
Часто станина изготовляется из сталь-
ного литья, тогда от стяжных болтов
можно отказаться. Одна из машин со-
временной конструкции приведена
на фиг. 146.
Управление фрикционным прессом
может быть ручное или с помощью
педали; при этом возможно некото-
рое изменение деформирующего уси-
лия в зависимости от изготовляемой
детали. У малых машин усилие от
рукоятки включения через систему
рычагов передается непосредственно
па вал с фрикционными дисками; для
тяжелых прессов усилия обслужива-
ющего рабочего недостаточно для соз-
дания необходимого прижатия фрик-
ционных дисков. В этом случае уп-
равление осуществляется с помощью
гидравлического масляного серво-
привода. Его применение не только
обеспечивает постоянство рабочего
усилия при каждом ходе, но и разгру-
жает прессовщика, который более
уверенно управляет тяжелым прессом. Чтобы устранить опасность
повреждения машины в случае несвоевременного торможения при
обратном ходе (при высоких скоростях современных прессов),
предусмотрены специальные тормозы, автоматически останавливаю-
щие маховик в верхнем положении.
Длину хода ползуна в известных границах можно регулировать
в соответствии с обрабатываемой деталью. Однако так как прессы
изготовляются с определенной наибольшей величиной хода, на них,
как правило, не могут изготовляться детали с большой длиной стерж-
ня, если, конечно, не применяют выдвижного стола, при котором до-
пускается изготовление и весьма длинных болтов.
В то время как при Хиде ползуна вниз скорость его из-за харак-
терного для этой машины фрикционного привода постоянно увеличи-
вается, при обратном ходе имеет место нежелательное замедление.
Кроме того, маховик, прекративший вращение в нижнем положении,
вследствие своей инерции не может достаточно быстро набрать число
оборотов,соответствующее окружным скоростям, которые имеют контак-
тирующие с ним участки диска. Из-за этого возникает проскальзывание
Фиг. 146. Фрикционный пресс
фирмы Шулер.
- 172
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И ОБОРУДОВАНИЕ
и неизбежны большие потери на трение на ободе, проявляющиеся как
в расходе энергии, так и в преждевременном износе кожи. Эти недо-
статки были причиной попыток различного усовершенствования прес-
сов. Например, было найдено конструктивное решение с помощью
Фиг. 147. Однодисковый привод
фрикционного пресса.
однодискового привода с маят-
никовым механизмом (фиг. 147).
В этой конструкции маховик до-
ходит почти до центра диска, так
что движения ползуна вниз
не происходит, а из-за ма-
лых окружных скоростей дис-
ка проскальзывание кожа-
ного покрытия также невелико.
Обратный ход осуществляется
маленьким коническим привод-
ным диском, который может
качаться вокруг оси и соприка-
сается с конической поверхно-
стью на задней стороне диска.
Ползун поднимается вверх в
исходное положение с почти
равномерной скоростью. На фиг. 148 показаны графики изме-
нения окружной скорости контактной точки диска по ходу пол-
зуна у однодискового привода в сравнении с двухдисковым обыч-
ным приводом. Современ-
ные конструкции для улуч-
шения условий работы при
обратном ходе имеют так-
же вместо обычного диска
два диска, которые связа-
ны между собой с помощью
зубчатых венцов. Прин-
цип действия этого трех-
дискового варианта конст-
рукции позволяет избе-
жать большие потерь энер-
гии на проскальзывание и
преждевременного износа
фрикционного покрытия.
Маховик в начале хода
Фиг. 148. Графики изменения окружной ско-
рости диска (по месту контакта с махо-
виком) в зависимости от перемещения
ползуна:
I —однодисковый привод; 2 — двухд исковый при-
вод обычной конструкции; — начальная скорость
при ходе вниз; ot — конечная скорость при ходе
вниз; Og — начальная скорость при ходе вверх; в —
ход ползуна.
вверх имеет сцепление в зоне малых окружных скоростей нижнего
бокового диска и лишь при дальнейшем ходе вверх приходит в зону
больших окружных скоростей. На фиг. 149 показана схематически
конструкция, а нафиг. 150 — общий вид современного фрикционно-
го пресса с трехдисковым приводом. Бросаются в глаза удлинен-
ные направляющие ползуна, которые должны обеспечить более точ-
ное направление штампа.
ВИНТОВЫЕ ПРЕССЫ
173
Рис. 149. Схема трехдискового винтового фрикцион-
ного пресса с удлиненными направляющими.
174
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И ОБОРУДОВАНИЕ
3. ПРЕСС ТИПА ВЕНСАН
В прессе системы Венсан, конструкция которого и принцип
действия ясны из схемы на фиг. 151, движение и передача усилия
осуществляются также благодаря попеременному боковому переме-
щению приводных дисков; при этом маховик и диски выполняются
как правило, коническими. Благодаря этому скорости на линии кои-
Фиг. 151. Схема высадки на прессе типа Венсан;
Слева — вид спереди (рабочее положение); справа — вид сбо-
ку (выталкивание детали): а — станина; b — ползун; с —
винт; d — фрикционные диски; е — противовес; f — устано-
вочная втулка; g — матрица; h — пуансон; г — стержень вы-
талкивателя; k — выталкиватель; г — упор выталкивателя.
такта дисков и маховика во всех точках равны. Это способствует со-
хранению обкладок, и получается лучшее силовое замыкание, особенно
при разгоне и торможении. Кроме того, у прессов Венсана есть и дру-
гие характерные отличия от обычных прессов. Они работают таким
образом, что винт не имеет возвратно-поступательного движения, а
ползун, выполненный в виде рамы, при вращении винта в процессе
работы перемещается в направляющих снизу вверх с равномерной
скоростью. При этом ползун воспринимает полное усилие деформи-
рования, так что станина остается ненагруженной. Вес ползуна с
ВИНТОВЫЕ ПРЕССЫ
175
целью достижения легкой управляемости машиной уравновешива-
ется грузом. Из-за сложности выталкивания деталей при большом
противовесе и для исключения несчастных случаев, имеюших место
при неудовлетворительных ограждающих устройствах противовеса,
в современных прессах уравновешивание осуществляется с помощью
Фиг. 152. Пресс типа Вен-
сан, вид спереди.
Фиг. 153. Пресс типа Вен-
сан, вид сзади.
сжатого воздуха (фиг. 152 и 153). На задней стороне машины нахо-
дится уравновешивающий цилиндр с поршнем, размещаемый парал-
лельно винту. В качестве воздухосборника служит станина; сжатый
воздух проходит в цилиндр и обратно в зависимости от направ-
ления движения ползуна. Если в цилиндре и воздухопроводе нет не-
плотностей, расход воздуха почти отсутствует.
Прессы типа Венсан, одна из конструктивных форм которых
с плоскими дисками показана на фиг. 154, благодаря постоянству
развиваемого давления особенно пригодны для высадки деталей слож-
ных форм. Кроме того, они применяются для изготовления болтов
с большой длиной стержня. На этих прессах можно без труда устано-
вить приспособление для предварительной высадки, если необхо-
димо деформировать за несколько переходов детали с большим объе-
мом головки (фиг. 155). Однако они имеют и недостаток—менее плав-
ный ход ползуна.
176
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И ОБОРУДОВАНИЕ
Интересная модификация конструкции таких машин представ-
лена на фиг. 156 (немецкий патент 699221). В ней объединены харак-
терные особенности обычных
фрикционных прессов и прессов
Фиг. 154. Пресс типа Вен-
сан с плоскими фрикцион-
ными дисками.
Венсан. Ползун, связанный с
перемещающимся по высоте вин-
том, несет высадочный пуансон,
а нижняя, также подвижная
Фиг. 155. Высадка в две опе-
рации с помощью выдвижной
плиты на прессе типа Венсан.
часть штампа располагается на втором ползуне, поднимающемся вверх
при рабочем ходе. Благодаря совместному действию обоих ползу-
нов повышается кинетическая энергия удара пресса.
4. БЕЗДИСКОВЫЕ ПРЕССЫ
В обычных конструкциях винтовых прессов наличие фрикцион-
ных дисков приводит к громоздкости конструкции по высоте и ширине.
Особенно трудно осуществлять надежное закрепление быстро враща-
ющихся дисков в тяжелых машинах, где они достигают 2л< в диаметре,
несколько лет назад стали известны винтовые прессы с фрикционным
роликовым приводом, упростившим и значительно изменившим кон-
струкцию пресса в целом. Маховик размещается в верхней части ста-
нины и не выходит по размерам за габариты пресса на фундаменте;
над маховиком никаких деталей нет. Благодаря этому высота прес-
сов примерно на 30% ниже, чем у прессов обычной конструкции.
Винт и маховик, размещенные в траверсе пресса, имеют только вра-
щательное движение, а гайка винта жестко соединена с ползуном.
ВИНТОВЫЕ ПТЕССЫ
177
При работе винт всегда остается закрытым и защищенным. Маховик
имеет две концентрические реборды разного диаметра. Фрикционный
ролик нажимает на желобчатую
внутреннюю поверхность внешней
реборды (фиг. 157), в то время
как внутренняя гладкая реборда
взаимодействует с тормозом. Прин-
цип действия управления изобра-
жен на фиг. 158. Нагрев, возни-
кающий при продолжительной ра-
боте, устраняется с помощью
вентилятора, посаженного над
шкивом электродвигателя и по-
фиг. 157. Желобчатый махо-
вик бездискового винтового
пресса.
Фиг. 156. Схема фрикцион-
ного пресса комбинирован-
ного действия (германский
патент 699221):
Слева — рабочее положение;
справа — выталкивание; а —
станина; b — ползун верхней
половины штампа; с — ползун
нижней половины штампа; d —
фрикционные диски; е — винт;
f — верхняя часть штампа; g —
нижняя часть штампа.
стоянно обдувающего воздухом место контакта маховика с роли-
ком. На основе этой конструкции в последнее время были спро-
ектированы ударные винтовые прессы, показанные на фиг. 159
и 160. Здесь сохранена фрикционная связь маховика и привода; ма-
ховик также не перемещается в осевом направлении, но реверсиро-
вание вращения осуществляется автоматически электродвигателем,
так что весь привод и органы реверсирования отпадают. Двигатель
смонтирован на задней стороне траверсы таким образом, чтобы
шкив его под действием пружины постоянно прижимался к трапеце-
идальным канавкам на внутренней стороне реборды маховика. Бла-
годаря специальной схеме включения при пуске исключается проскаль-
зывание между шкивом и маховиком при разгоне, поэтому обычный
для других прессов износ фрикционных поверхностей практически
отсутствует. Пневматический тормоз с электроуправлением, устанав-
ливаемый непосредственно в маховике и взаимодействующий с ним по
внутренней реборде, создает большой тормозной момент и обеспечи:
12 1129
178
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И ОБОРУДОВАНИЕ
Фиг. 158. Управление бездискового пресса:
1 — маховик неподвижен (среднее положение ролика, торможение); 2 — ход ползуна вниз
(ролик прижат, тормоз выключен); alt а, — приводные ролики; Ъ — тормоз; с — Маховик.
Фиг. 159. Бездисковый
ударный винтовой
пресс — вид спереди.
Фиг. 160. Бездисковый
ударный винтовой
пресс — вид сзади.
ВИНТОВЫЕ ПРЕССЫ
179
вает надежное удерживание маховых масс и быструю остановку пол-
зуна в любом положении. Энергия удара этой машины регулируется
весьма точно с помощью изменения
ленные детали характерны боль-
шой равномерностью; полностью
электрифицированное кнопочное
управление не требует значитель-
ной силы на включение и предот-
вращает несчастные случаи. Прес-
сы такой конструкции выпускают-
ся с конечным усилием от 70 до
300 т.
5. ПРЕСС-МОЛОТЫ
На фиг. 161 показан винтовой
пресс совершенно иной конструк-
ции, так называемый пресс-молот;
отличительной его особенностью
является гидропневматический
привод. Передача энергии осущест-
вляется здесь с помощью ходовых
цилиндров, которые опускают и
поднимают ползун под действием
жидкости высокого давления и сжа-
того воздуха. Эта машина допускает
большое число ходов и пригодна
для изготовления различных де-
талей.
величины хода, так что изготов-
Фиг. 161. Гидропневматический
пресс-молот.
6. ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ ПРЕССОВ
Некоторые примеры деталей, которые могут изготовляться на опи-
санных фрикционных прессах различной конструкции, показаны на
фиг. 162. Очевидно, что эти прессы пригодны не только для изготов-
ления осесимметричных деталей в массовом и серийном производстве,
но могут применяться и для изготовления фасонных деталей с несколь-
кими осями симметрии. Однако они мало подходящи для штамповки
тонкостенных деталей и деталей с резкими переходами. Эти прессы
могут использоваться для штамповочных работ без нагрева, в частно-
сти—для окончательной штамповки предварительно оформленных де-
талей. Широкое применение нашли фрикционные прессы также при про-
изводстве винтов, заклепок и им подобных нормалей. Фиг. 163 пока-
зывает несколько примеров изготовления фигурных деталей с выса-
женной головкой. В этих случаях машины для установки различной
длины болта снабжаются выталкивателями, как это представлено
на фиг. 145 и 151. У прессов типа Венсан под ползуном находится
гайка с установочной шайбой, в которой смонтирован выталкивающий
стержень; при ходе ползуна вниз стержень выталкивает готовый болт.
У обычных фрикционных прессов выталкивание высаженных болтов
12*
180
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И ОБОРУДОВАНИЕ
Фиг. 162. Примеры деталей, изготовляв
мых иа фрикционных прессах.
осуществляется с помощью двух тяг, которые при ходе ползуна с вин-
том вверх перемещают головку со стержнем толкателя. Чтобы получить
представление о пределе ве-
личины усилия винтовых прес-
сов, применяемых для раз-
личных высадочных работ,
на фиг. 164 приведена зави-
симость усилия от диаметра
винтового шпинделя; для
оценки мощности пресса эта
величина является характер-
ной. Нафиг. 165даны предель-
ные значения диаметра вин-
тового шпинделя фрикцион-
ных прессов и прессов Венса-
на в зависимости от размера
исходной заготовки. Отсюда
ясно, что для одинаковых ра-
бот у пресса Венсана может
быть меньший диаметр винта.
Данные о часовой производительности рассматриваемых машин
при изготовлении болтов и заклепок следует брать из графика на
Фиг. 163. Примеры штампованных деталей, головки
которых высажены на фрикционном прессе.
фиг. 166. В зависимости от формы и размера головки производитель-
ность машин различна; для высаживаемых деталей другой формы
нельзя назвать обобщенных данных о производительности, так как
не только величина и вес детали, но и сложность формообразования
определяют достигаемый уровень производительности. Вообще часо-
вая производительность на прессах Венсан несколько ниже, чем на
обычных прессах.
В. МАШИНЫ ДЛЯ ВЫСАДКИ С ЭЛЕКТРОНАГРЕВОМ
Другим видом горячего деформирования является высадка с
электронагревом. Этот способ эффективен для предварительной вы-
садки различных фасонных деталей любой величины; высаживаемый
материал закрепляется между зажимными губками так называемого
МАШИНЫ ДЛЯ ВЫСАДКИ в ДЛЕКТРОНАГРЕВОМ
181
Фиг. 164. Зависимость диа-
метра винтового шпинделя
фрикционного пресса от но-
минального усилия.
Фиг. 165. Сравнение необ-
ходимого диаметра винто-
вого шпинделя у обычного
фрикционного пресса и
пресса типа Венсан в зави-
симости от размера обра-
батываемого материала:
а — обычные фрикционные прес-
сы; Ь — пресс типа Венсан.
Фиг. 166. Часовая производительность фрикционных
прессов при изготовлении болтов и заклепок:
о—фрикционные прессы обычного типа; Ь — прессы типа Вен-
сан; с — длина болта до 100 мм; d—длина болта до 200 мм;
е — длина болта до 300 мм; i — длина болта до 400 мм. За-
штрихованное поле относится к головкам болтов различной сте-
шни трудности.
182
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И ОБОРУДОВАНИЕ
электрона-
подвижного электрода, а конец его под давлением на наружную часть
заготовки упирается в плиту электрода-основания. При замыкании
электроцепи ток проходит между электродами, и благодаря наличию
сопротивления нагревают ле-
жащий между двумя электро-
-дами участок материала. На-
гретый таким образом конец
прутка высаживается затем
за счет нажима гидравлическо-
го поршня, действующего на
холодный конец заготовки.
Благодаря перемещению элек-
трода-основания можно мед-
ленно увеличивать расстоя-
ние между электродами и при
этом получать соответствен-
но большую предваритель-
ную осадку. После достиже-
ния электродом-основанием
конечного (регулируемого)
положения ток автоматичес-
ки выключается, и деталь,
получившая предварительную
осадку, без дополнительного
нагрева может быть передана
на фрикционный пресс для окончательной штамповки.
Общий вид горизонтальной высадочной машины с электронагре-
вом, гидравлическим приводом и полуавтоматическим управлением
Фиг. 167. Схема высадки с
гревом:
1 — начало осадки; 2 — в процессе осадки; 3 —
окончание осадки; а — нажимной пуансон; b —
зажимные губкн; с — направляющий электрод;
d — опорная плита; е — основание-электрод; f—
трансформатор.
Фиг. 168. Горизонтальная машина для высадки
с электронагревом; номинальная мощность
50 ква.
показан на фиг. 168, а вертикальной машины с пневматическим при-
водом — на фиг. 169.
МАШИНЫ ДЛЯ ВЫСАДКИ С ЭЛЕКТРОНАГРЕВОМ
183
Отличие высадки с электронагревом от других ранее описанных
способов состоит в том, что здесь нет ограничения в отношении длины
высаживаемого участка. Так как большая часть прутка во время про-
цесса высадки остается холодной и нагревается лишь малый отрезок
Фиг. 169. Верти-
кальная машина
для высадки с
электронагревом;
присоединяемая
мощность 15 ква.
Фиг. 170. Чистовые и черновые
формы высадки с элгктрона-
гревом.
Фиг. 171. Изготовление
клапана предваритель-
ной высадкой на ма-
шине с электронагре-
вом (при окончатель-
ной высадке на вин-
товом фрикционном
прессе):
1 — исходный материал;
2 —черновая высадка; 3—
чистовая высадка.
между электродами, можно, пользуясь регулировкой- положения элек-
трода-основания, достигать любых величин осадки в пределах хода
осадки машины. Параметры формы предварительной высадки можно
получать различными, изменяя давление, температуру и скорость
осадки.
Наряду с общераспространенной шаровой головкой у изделий
можно получать аналогичным путем цилиндрические, кониче-
ские, початковидные и другие формы (фиг. 170). В качестве примера
применения способа высадки с электронагревом на фиг. 171 показано
изготовление клапана, который по форме и размерам требует от 8 до
30-кратпой осадки диаметра стержня. Эта деталь, окончательно штам-
пуемая на фрикционном прессе, может затем передаваться непосред-
ственно на чистовую шлифовку без дополнительной обработки.
184
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И ОБОРУДОВАНИЕ
Возможность изготовления больших головок с рациональным рас*
пределением волокон из материала малого начального сечения, эко-
номия инструмента на предварительной высадке, отсутствие печей,
Фиг. 172. Производительность высадочных ма-
шин с электронагревом для различных диа-
метров прутка:
я— пропускная способность; Ь — номинальная мощ-
ность; с — наибольшее усилие.
тура нагрева, применение высококачественного исходного материала
с жесткими допусками для устранения последующей обработки, ма-
лое усилие высадки, низкий расход энергии (так как нагрев ограни-
чен только зоной высадки) — все это является преимуществом, за-
служивающим внимания. Предельные значения по производитель-
ности и мощности трансформатора высадочной машины с электрона^
гревом следует брать из фиг. 172.
Г. КОВОЧНЫЕ МАШИНЫ
Уже ряд десятилетий детали из цветных металлов и стали изготов-
ляются на ковочных машинах и специальных прессах. Раньше эти
машины применялись главным образом для высадки простых осесим-
метричных форм; современное же развитие идет по пути изготовления
сложных форм деталей с многоосной симметрией. Общий процесс ма-
шиностроения в последние годы нашел здесь свое отражение в целом
ряде усовершенствований, достойных внимания.
Применение ковочных машин представляет многосторонние воз-
можности для обработки давлением Однако рентабельности произ-
К.ОВОЧНЫЕ МАШИНЫ
185
водства следует ожидать, как правило, лишь тогда, когда изготов-
ляются детали большими сериями, а исходный материал поставля-
ется с достаточно жесткими допусками. Это относится и к другим
нижеописанным типам машин, и они тем более заслуживают внима-
ния, чем сложнее метод обработки и шире его автоматизация.
1. ГОРИЗОНТАЛЬНО-КОВОЧНЫЕ МАШИНЫ
У горизонтально-ковочных машин, называемых также высадоч-
ными, основное формообразование осуществляется ходом высадоч-
ного ползуна. Но в известных пределах можно также использовать
и зажимное усилие матриц для малых деформаций в направлении,
перпендикулярном к ходу высадки. Во многих случаях эти машины
допускают работу непосредственно из горячекатаного прутка, т. е.
без предварительной отрезки. Кроме того, имеется возможность одно-
временно разместить несколько комплектов инструмента и таким
образом деформировать материал в требуемой последовательности за
один нагрев.
Машина имеет многостороннее применение. Длина стержня выса-
живаемой детали, как правило, не ограничена, так что можно изго-
товлять и те детали, которые по габариту не проходят на фрикцион-
ном прессе. По сравнению с молотами и гидравлическими прессами
горизонтально-ковочные машины работают производительнее, с боль-
шей точностью и часто настолько чисто, что устраняется последую-
щая обработка. Штамповка на них дешевле, чем на молотах и гидрав-
лических прессах.
На фиг. 173 показана схема, а на фиг. 174 и 175—основные кон-
струкции горизонтально-ковочных машин. Нагретый материал зажи-
мается между полуматрицами, так что высадочный пуансон при хо-
де вперед деформирует зажатую заготовку. Полное формообразо-
вание осуществляется последовательно в несколько переходов.
Машина представляет горизонтально расположенный криво-
шипный пресс. Главный ползун перемещается с помощью
коленчатого вала и несет высадочные пуансоны. Матрица состоит
из двух зажимных полуматриц, из которых одна размещена на пол-
зуне, перемещающемся перпендикулярно движению главного пол-
зуна, а вторая чаще всего неподвижно монтируется в станине. Од-
нако возможно размещение и этой полуматрицы на подвижном
ползуне для облегчения удаления крупногабаритных высаженных
Деталей. Главный и зажимной ползуны выполнены достаточно высо-
кими, чтобы обеспечить размещение от трех до четырех инструмен-
тов друг над другом.
У машин старой конструкции соединение узла главного ползуна
с приводом осуществлялось простейшими пальцевыми муфтами или
муфтами с поворотной шпонкой. Зажимной ползун приводился в
движение также от главного ползуна с помощью системы «ломаю-
щихся» рычагов. Такое выполнение поиводило к возникновению
186
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И ОБОРУДОВАНИЕ
Фиг. 173. Схема обработки на горизонтально-ковоч«
ной машине:
1 — подача прутка в неподвижную полуматрицу; 2 — закры-
тие матриц; 3— высадка; 4 — обратный ход пуансона; 5 — уда-
ление; а — неподвижная пол у матрица; Ъ — подвижная пдлу-
матрнца; с — пуаисон.
Фиг. 174. Схема горизонтально-ковочной машины:
а — исходный материал; b — правая зажимная полуматрица (чаще
неподвижная; для выемки больших деталей может отодвигаться с по-
мощью рычага h)j с — левая подвижная полуматрица; d — рычажная
система; е — маховик с муфтой; f — коленчатый вал; g — высадоч-
ный пуансон; h — главный ползун; г—педаль для управления муфтой.
КОВОЧНЫЕ МАШИНЫ
187
Фиг. 175. Конструктивная схема горизонтально-ковоч-
ной машины.
Вверху — штамповка седла клапана из прутка в три перехода
(предварительная, окончательная высадка и пробивка); ползун
в исходном положении. Внизу — штамповка болта с шестигран-
ной головкой в два перехода (предварительная и окончательная
высадка); полвун в рабочем положении, рычаг включения в ра-
бочем положении;
а — станина; Ь — шкив; с — промежуточный вал; d — зубчатые
колеса; е — коленчатый вал; f — «ломающийсяэ шатун с предо-
хранителем; g — разрывающаяся шпилька; ft — рычаг включе-
ния; I — главный ползун; h — рычажная система; ( — зажимной
ползун; tn — ползун правой полуматрицы; п — рычажная систе-
ма для сдвига неподвижной правой полуматрицы; о — матрице-
держатели; р —матрицы; Q — черновой пуансон; г —чистовой пуан-
сон; s — пробивной пуансон; t — упор.
188
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И ОБОРУДОВАНИЕ
боковых неблагоприятных нагрузок. Кроме того, ползуны имели
сильно утопленные направляющие, так что охлаждающая вода
и окалина могли попадать на нерегулируемые направляющие, вы-
зывая большой износ и снижение точности работы.
В последние годы в конструкцию горизонтально-ковочных ма-
Фиг. 176. Современная горизонталь-
но-ковочная машина.
шин внесен ряд усовершенствова-
ний и новшеств. На фиг. 176 изо-
бражена немецкая,а на фиг. 177—
американская конструкция но-
вейших машин. Обработка прут-
кового материала показана на
фиг. 178. Для такого метода рабо-
ты предусматривается упор, ко-
торый налаживается непосредст-
венно с рабочего места и после
замыкания полуматриц автомати-
чески отходит с пути высадочного
ползуна (фиг. 179).
Станина машины выполняется
монолитной, снабжается рядом ре-
бер жесткости и часто для гаран-
тии от поломки скрепляется стяж-
ными болтами. Благодаря дости-
гаемой при этом высокой жестко-
сти имеется возможность штампов-
ки с малыми допусками. Особое
внимание уделяется высокому ка-
честву направления ползуна. У
большинства машин новой конст-
рукции ползун выполняется в ви-
де защищенных подвижных салазок с длинными регулируемыми на-
правляющими (фиг. 180). Соединение коленчатого вала с приводом
осуществляется пневматической фрикционной муфтой, служа-
щей одновременно предохранителем от перегрузки.
Не менее важно для точной работы и надежное замыкание полу-
матриц. Поэтому делают дополнительное направляющее приспособ-
ление и у зажимного ползуна (фиг. 181). Длинные регулируемые на-
правляющие, а также жесткая монолитная система «ломающихся» ры-
чагов обеспечивают надежный зажим полуматриц, хорошее восприя-
тие ими распирающих усилий, появляющихся в процессе высадки, и
отсутствие податливости в полуматрицах при зажиме. Благодаря ска-
занному имеется возможность осуществлять некоторое деформирова-
ние самими полуматрицами. Вообще следует переходить к тому, чтобы
усилие на зажимных полуматрицах по меньшей мере было рав-
ным усилию на высадочном ползуне.
Движение зажимному ползуну у машин современных конструк-
ций сообщается непосредственно от коленчатого вала, минуя главный
ползун.
КОВОЧНЫЕ МА HI ИНЫ
189
Фиг. 177. Конструктивная схема горизонтально-ковоч-
ной машины с фрикционной пневматической муфтой.
Штамповка шестигранного торцового ключа в четыре
перехода (первая и вторая предварительные высадки,
окончательная высадка, пробивка):
а — станина; Ь —маховик с пневматической фрикционной муфтой;
с— пневматический ленточный тормоз; <1— промежуточный вал;
е— зубчатые колеса; / — коленчатый вал; g — шатун; h — глав-
ный ползун; I — двойной кулачок; й — ролик зажима; I — ролик
обратного хода; т — Соковой ползун с предохранителем; п — ку-
лачок управления муфтой и тормозом; о — ломающиеся рычаги;
р—зажимной ползун; q — подвижная полуматрица; г — непо-
движная полуматрица; s — первый черновой пуансон; t — второй
черновой пуансон; и — чистовой пуансон; v — пробивной шести-
гранный пуансон.
190
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И ОБОРУДОВАНИЕ
Фиг. 178. Изготовление из прутка на горизонтально-
ковочной машине с наибольшим обрабатываемым
диаметром прутка 65 мм.
Фиг. 179. Принцип работы и наладки упора для материала:
а — упор.
КОВОЧНЫЕ МАШИНЫ
191
192
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И ОБОРУДОВАНИЕ
На фиг. 182 показано удачное выполнение зажимного ползуна
с предохранителем от перегрузки при смыкании полуматриц. Другие
разновидности конструкции предусматривают самостоятельный при-
Фиг. 182. Схема механизма зажима
полуматриц горизонтально-ковочной
машины:
вверху — при открытых полуматрицах; вни-
зу — при закрытых полуматрицах;
а — коленчатый вал; Ь — шатун; с — рычаж-
ная система зажима с пружинным предо-
хранителем от перегрузки; d— боковой пол-
зун; е — два зажимных звена; f — зажимной
ползун; g— подвижная полуматрица; Л—не-
подвижная полуматрица.
вод для зажимного ползуна от электродвигателя или привод пневма*
тический.
На фиг. 183 показано фото горизонтально-ковочной машины
новой конструкции, у которой зажимной ползун приводится в дейт
Фиг. 183. Горизонтально-ковочная машина
с отдельным электроприводом зажимного
механизма.
ствие собственным приводом с фрикционной муфтой, так что работа
высадочного и зажимного механизмов совершенно не зависят друг
от друга.
КОВОЧНЫЕ МАШИНЫ
193
Расположение отдельных узлов штампа в современной ковочной
машине показано на фиг. 184, а на фиг. 185 изображен комплект
штампа, по которому можно судить о переходах при изготовлении
одной из штампованных деталей.
Фиг, 184. Расположение штампа на горизонтально-ко-
вочной машине.
Иную конструкцию представляет изображенная нафиг. 186 гори*
зонтально-ковочная машина с горизонтальным разъемом полуматд
Фиг. 185. Штамп для штамповки втулки.
риц. У нее пуансоны размещаются не в вертикальной, а в горизон-
тальной плоскости; заготовка зажимается полуматрицей, опускаю^
щейся сверху, как челюсть клещей. Существенное преимущество
такого расположения заключается в замене йодъема крупных тяже*
лых прутков при перенесении их из ручья в ручей перекладкой в
горизонтальной плоскости.
Зажим, регулируемый в других машинах только с помощью про-
кладок подматрицами, здесь легко налаживается простым поворотом
13 над
194
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И ОБОРУДОВАНИЕ
маховичка червячного редуктора с градуированной шкалой. Благода-
р я наличию двух боковых штанг зажим оказывается весьма жестким.
Фиг. 186. Горизонтально-ковочная машина с гори-
зонтальной плоскостью разъема полуматриц.
Высадочный инструмент имеет свободный доступ и может легко
меняться и налаживаться. Высадочный ползун в современных кон-
Фш. its/. 1 лавныи ползун горизонталыго-ковочной
машины с горизонтальной плоскостью разъема
полуматрпц.
струкциях имеет очень длинные направляющие, продолженные за
коленчатым валом (фиг. 187). Благодаря этому удается избежать из-
носа ползуна из-за попадания окалины в направляющие.
КОВОЧНЫЕ МАШИНЫ
195
Область применения горизонтально-ковочных машин ограни-
чивается прежде всего такими штамповочными операциями, при кото-
рых начальное сечение материала должно быть увеличено. Но маши-
ны пригодны нетолько для высадки головок или осадки поясков, они
допускают рентабельное изготовление полых тел различного вида
(фиг. 185), деталей типа установочных колец и фланцев, а
также деталей с многоосной симметрией.
Характерные примеры работ приведены в разделе VI.
Эти машины строятся для усилий от 50 до 3000 т и обеспечивают
обработку прутков большего диаметра. Достижимая производитель"
ность в большой степени зависит от размеров и формы детали, а также
от числа рабочих ходов, необходимых для полного изготовления.
Предельное значение производительности может быть определено
в соответствии с числом ходов машины, которое составляет около 70
у мелких и порядка 15 ходов в минуту у крупных машин.
2. СПЕЦИАЛЬНЫЕ КОВОЧНЫЕ МАШИНЫ
Для изготовления болтов, заклепок и винтов в массовом произ-
водстве в США спроектированы особые разновидности горизон-
Фиг. 188. Специальная ковочная машина для из-
готовления метизов.
тально-ковочных машин, доведенные до весьма высокого технического
уровня. На фиг. 188 показано фото такой машины. В качестве исход-
ного материала могут быть использованы как штанга, таки отдель-
ные предварительно нарезанные заготовки. На фиг. 189 показаны
13*
196
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И ОБОРУДОВАНИЕ
пуансон и многоручьевые матрицы для высадки болтов из отдельных
заготовок. Деформирование осуществляется в два перехода— сначала
головка формуется предварительно до приближенного размера, а
затем высаживается без заусенца окончательно; при этом необходимы
Фиг. 189. Штамп для болта с квадратной голов,
кой (штамповка из отрезанной заготовки)
на машине фирмы Аякс:
аа— важимные полуматрицы; Ь — высадочный черновой
пуансон; с — чистовой пуансон.
два-три удара пуансона и одновременное кантование заготовки для
полного заполнения ручья в углах. Можно штамповать деталь и за
один ход, но при этом не удается избежать образования заусенца,
удаляемого при втором переходе.
Фиг. 190. Штамп для высадки болтов и аналогии*
ных деталей:
а — важимные полу матрицы; b — высадочный пуансои;
с — пуансонодержатель; d — отрезной нож; е —* отревная полу-
матрица; f—подштамповая плита.
Штамп для работы из прутка показан на фиг 190. Такой принцип
работы пригоден в первую очередь для деталей с полукруглой или
полупотайной головкой, которые могут высаживаться без заусенца
за один переход. Шести- и четырехгранные головки этим способом
могут высаживаться только с заусенцем. Нагретый пруток подается
КОВОЧНЫЕ МАШИНЫ
197
до упора, затем при замыкающем движении полуматриц отрезается
требуемая для детали длина заготовки, которая зажимается между
полуматрицами. Потом главный ползун осуществляет деформиро-
вание, полуматрицы открываются, и готовая деталь удаляется вытал-
кивателем, приводимым от коленчатого вала (фиг. 191).
Фиг. 191. Узел выталкивателя.
Машины малых размеров предназначены для обработки материа-
ла диаметром до 25 мм при работе из прутка; число ходов около
90 в минуту. Наибольшие модели машин построены для размеров
прутка диаметром соответственно 38 и 29 мм и имеют число ходов
около 75 в минуту. В общем часовая-производительность составляет
от 800 до 1800 болтов.
3. АВТОМАТИЧЕСКИЕ ПРЕССЫ ДЛЯ РАБОТЫ
С ПОДОГРЕВОМ (ДЛЯ ПОЛУГОРЯЧЕЙ ВЫСАДКИ)
Очень производительным методом, который в США уже давно
известен и может быть в известном смысле расценен как дальнейшее
развитие высадки на ранее упомянутых болто-ковочных машинах,
является метод высадки с подогревом или так называемой полугоря-
чей высадки. Применяемые температуры нагрева составляют 700—800°.
При этом имеет место лишь незначительное окалинообразование, что
способствует сохранению штампов, а обрабатываемые детали внешне
напоминают высаженные вхолодную. Кроме того, благодаря малым
температурам нагрева стоимость нагрева меньше, чем при нагреве до
обычной температуры.
Прессы по конструкции и принципу действия аналогичны одно-
ударному холодновысадочному автомату с разъемными матрицами.
Процесс обработки на таком прессе показан на фиг. 192. Материал
в виде прутков или бунта после нагрева в проходной печи, установ-
ленной перед прессом, направляется подающими роликами между
198
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И ОБОРУДОВАНИЕ
открытыми полуматрицами; затем с помощью подвижной полуматри-
цы заготовка отрезается и зажимается, а затем производится высадка.
После окончания высадки пуансон отходит назад, матрица раскрывает-
ся, и готовый болт падает вниз. Прессы для полугорячей высадки
изготовляются в горизонтальном исполнении с обычным кривошип-
ным механизмом. На фиг. 193 изображен такой пресс американской
конструкции, на фиг. 194 даны некоторые узлы этого пресса. Следует
отметить длинные разделенные направляющие высадочного ползуна,
Фиг. 192. Процесс обработки на пресс-автомате для по-
лугорячей высадки:
/ — подача материала; 2 — отрезка заготовки; 3 — высадка головки;
4 — выталкивание; а — неподвижная полуматрица; b — подвижная
полуматрица; с — высадочный пуансон; d — упор; е — отрезной нож;
f — выталкиватель.
который с помощью хоботообразного прилива конструктивно развит
за коленчатый вал и там также имеет направление. Высадочный пуан-
сон закрепляется в специальном регулируемом пуансонодержателе
(фиг. 195), располагающемся на передней рабочей плоскости ползуна;
благодаря этому он легко монтируется и заменяется. Сокращаемое
таким путем время наладки дает возможность рентабельной ра-
боты на этих прессах даже при малых партиях изготовляемых деталей.
На фиг. 196 и 197 показан штамп. Зажимные полуматрицы имеют
в середине отверстия для охлаждающей жидкости, чтобы ограничить
коробление металла вследствие температурных напряжений и повы-
сить стойкость инструмента.
Особого внимания заслуживает в этих прессах отрезное устрой-
ство. Большим недостатком обычно эксплуатируемых автоматов яв-
ляется смятие металла при отрезке, вследствие чего торец последу-
ющей заготовки становится неперпендикулярным к оси. В этих слу-
чаях не удается осуществить симметричное деформирование головки,
особенно при ее большом объеме. Это затруднение на прессе для полу-
горячей высадки устраняется тем, что материал подается не - под пря-
мым углом к плоскости ножа, а с некоторым наклоном, как это видно
на фиг. 194. Благодаря этому получается чистый и прямой срез
(фиг. 198), который позволяет высаживать и головки большого объема.
КОВОЧНЫЕ МАШИНЫ
199
Фиг. 193. Пресс-автомат для иолугорячеп высадки.
b
I о
Фиг. 194. Конструктивная схема пресс-автомата:
а — станина: b — коленчатый нал; о — шатун; d ~~ ползун; е экс-
центрик для регулирования времени важнма; f рычажная си-
стема механизма зажима: g — рычаг предохранителя; Л—подача
с предохранительным устройством; I регулируемый откидной
упор; А — подштамповая плита; I плита ножа; т — отрезной
нож; л—отгибающий пуансон; о — неподвижная полуматрица; р —
подвижная полуматрица; г — высадочный пуансон; а — выталки-
ватель.
200
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И ОБОРУДОВАНИЕ
Фиг. 195. Детали установки и крепления пуан-
сона:
с — главный ползун; Ь — пуансон; с — пуансоиодержатель;
d — регулировочный клин пуансонодержателя; е — регу-
лировочный клии пуансона.
Фиг. 196. Подштамповая плита с режущим
штампом:
с — направляющая плита: b—подштамповая плита; с —
плита ножа; d — отрезной нож; е — отгибающий пуансон;
f — клин.
Фиг. 197. Высадочный штамп для
полугорячей высадки:
а — полу матрицы; b — высадочный пуансон;
с — отрезной нож.
КОВОЧНЫЕ МАШИНЫ
201
Другой отличительной особенностью этого пресса является специальная
конструкция зажимных полуматриц, автоматически раскрывающихся
при перегрузке благодаря применению коленорычажной системы с
пружинами. Достойно внимания устройство для установки времени за-
жима полуматриц, чтобы по возможности сократить время контакта
нагретого металла с инструментом; упор, который можно регулиро-
вать на заданную длину материала без остановки машины, а также
автоматический предохранитель,
прекращающий подачу материала
при появлении неисправности.
Фиг. 199. Примеры деталей,
штампуемых на пресс-автома-
тах для полугорячей высадки.
Фиг. 198. Виды среза в зависи-
мости от направления подачи
материала:
а — косой срез при подаче перпенди-
кулярно плоскости ножа; b — прямой
срез при наклонной подаче материа-
ла к плоскости ножа.
Производительность пресс-автоматов для полугорячей высадки
весьма высока; она составляет в зависимости от формы головки и дли-
ны стержня около 7000—9000 шт. в час при диаметре материала до
12 мм; 5000—6500 шт. в час при диаметре до 16 мм и около 3000—
4500 шт. при больших размерах. Можно изготовлять почти все формы,
высаживаемые на холодновысадочных автоматах или вгорячую на
фрикционных прессах. На фиг. 199 приведены некоторые примеры
работ, которые могут осуществляться на пресс-автомате для полуго-
рячей высадки.
4. БОЛТОКОВОЧНЫЕ МАШИНЫ
Для изготовления высадкой деталей с плоскими гранями, в част-
ности для болтов с квадратной и шестигранной головкой, внедряют-
ся ковочные машины особой конструкции. Заготовка болта, как и в
обычных горизонтально-ковочных машинах, подается до регулируе-
мого упора и зажимается подвижными полуматрицами. Обрабаты-
вающий инструмент действует в двух плоскостях: головка болта об-
рабатывается поочередно—торцовая плоскость с помощью пуансона»
202
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И ОБОРУДОВАНИЕ
а боковые грани— специальными обжимками; обработка ведется до
тех пор, пока головка не получит требуемую форму (фиг. 200) Для
получения чистой головки с четким заполнением углов необходимо
«делать до шести ударов (фиг. 201). С помощью соответствующего ин-
струмента на этих машинах можно изготовлять болты и с другой
Фнг. 200. Схема процесса обработки головки болта на болто-
ковочной машине за один оборот коленчатого вала:
1— обработка торца пуансоном; 2 — первое обжатие граней боковыми
обжимками;' 3 — обжатие обжимками верхней и нижней граней; 4 — вто-
рое обжатие граней боковыми обжимками; а—пуансон; b — верхняя
и нижняя обжимкн; с—боковые обжимки; d — матрица.
•формой головки, а также переходные формы для последующей чис-
товой обработки. По сравнению с фрикционными прессами преиму-
щество их заключается в том, что детали изготовляются без. заусенца
Фиг. 201. Изготовление шестигранной головки болта на
болтоковочной машине:
а — исходный материал; Ъ — ревультат первого оборота коленча- >
того вала; с — то же после второго оборота коленчатого вала;
1—осадка; 2 и 4 — обработка боковыми обжимками; 3 — обработка
верхней н иижней обжимками.
и, как правило, не требуют последующей обработки головки. Кроме
того, длина стержня обрабатываемых винтов или болтов практически
не ограничена.
Общий вид болтоковочной машины новейшей конструкции пока-
зан на фиг. 202. На фиг. 203 показана конструкция схематически,
а на фиг. 204 видна установка инструмента на такой машине, снаб-
КОВОЧНЫЕ МАШИНЫ
203
данной четырьмя боковыми обжимками. При изготовлении болта с
четырехгранной головкой все четыре обжимки должны иметь плос-
Фиг. 202. Болтоковочная машина.
кие рабочие поверхности, а при обработке болта с шестигранной
головкой две противолежащие обжимки должны иметь приз-
Фиг. 203. Конструктивная схема болтоковочной маши-
ны. Боковые обжимки в рабочем положении (не видны):
а — станина; Ь — крестовина; с — высадочный ползун; d - шатун;
е— верхний и нижний рычаги; /— полвуны обжимок; g—кулак по-
дающей каретки; Л — «ломающиеся рычаги»; I — подающая карет-
ка; ft — матрицедержатель; I — полуматрнцы; tn — пуансон; п —
верхняя и ннжняя обжимкн.
матический вырез под углом 120°, чтобы можно было обрабатывать
сразу две грани. Правда, при этом имеют место некоторые недостатки:
фасонные обжимки имеют малую стойкость, грани их труднее шли-
фовать при переточке, нежели плоские; кроме того, те грани, которые
204
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И ОБОРУДОВАНИЕ
формуются этими обжимками, получаются недостаточно чистыми.
Поэтому предпочитают для шестигранных головок применять маши-
ну с шестью обычными плоскими обжимками, поставленными под
углом 60° друг к другу. Достоинством такой конструкции является
чистая обработка с четким заполнением кромок головки, однако для
нее также характерны более
Фиг. 204.
струмеита
Расположение ни-
болтоковочной ма-
шины.
сложное устройство, тяжелая на-
ладка и быстрый износ.
Болтоковочные машины изго-
товляются в горизонтальном ис-
полнении с весьма большим чис-
лом ходов— до 250 в минуту. Пе-
редача осуществляется от колен-
чатого вала на ползун; от ползу-
на движение передается ползуш-
кам обжимок с помощью рычагов
и роликов, перемещающихся в
специальных кулачковых дорож-
ках. Ползушки обжимок направ-
ляются в жестко закрепленной
вертикальной крестовине. В ра-
бочем цикле машины для обра-
ботки шестигранных головок пре-
дусматривается два удара боко-
вых обжимок за один поворот ко-
ленчатого вала. В машинах с двумя парами боковых обжимок за
один оборот коленчатого вала пара обжимок, перемещающихся в го-
ризонтальной плоскости, делает два удара, а другая пара,—только
один удар (см. фиг. 200). Часто предпочитают иное расположение
с тем, чтобы фасонные обжимки располагать сбоку. При этом окалины
на них скапливается меньше, что обеспечивает лучшую чистоту
штампуемых кромок. Для осуществления смыкания полуматриц
имеются различные конструкции механизмов, которое должны обес-
печивать жесткий зажим и препятствовать образованию заусенца
на стержне и под головкой. Смыкание осуществляется или с помощью
«ломающихся» рычагов, или зажимным ползуном, перемещающимся
параллельно оси заготовки. В последнем случае матрицедержатель,
перемещаясь по направляющему ролику, поворачивает и нажимные
звенья (фиг. 205). У американских конструкций матрицедержатель
выполнен подвесным и поворачивающимся; привод осуществляется
с помощью двух управляемых тяг, перемещающихся в вертикальном
направлении, и соединительных звеньев (фиг. 206).
Помимо общего повышения качества, которое главным образом
заключается в применении износостойкой азотированной стали для
наиболее нагруженных деталей, направление развития болтоковоч-
ных машин в последнее время идет по линии повышения их произ-
водительности за счет полной или частичной автоматизации работы
(фиг. 207). В новейших конструкциях предусмотрен нагрев нарезан-
КОВОЧНЫЕ МАШИНЫ
205
206
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И ОБОРУДОВАНИЕ
ных заготовок во встроенной установке и передача их в направля-
ющий магазин. Затем автоматически осуществляется процесс обра-
ботки: поперечный ползун перемещает заготовку к центру машины,
где специальными клещами она передается в матрицу. Привод всех
механизмов берется от коленчатого вала с помощью кулаков, рычаж-
ной и зубчатой передач; движение совершается в избранной последо-
вательности. Число требуемых рабочих ходов может выбираться
Фиг. 208. Новейший болтоковочный пресс-
полуавтомат.
каждый раз в зависимости от формы и объема головки болта. Благодаря
автоматизации рабочего процесса детали получаются весьма чистыми
и более равномерными по качеству; кроме того, заметно повышается
производительность. На фиг. 208 показан общий вид современной
болтоковочнсй машины, выполненной с наклоном вперед с целью
избежать проникновения окалины на направляющие ползуна и облег-
чить, удаление болтов из машины. Привод, ползуны и обжимки пол-
ностью защищены кожухом.
Эта машина дает возможность автоматизировать процесс работы
при обычных длинах болтов. Можно изготовлять и болты с повышен-
ной длиной стержня, однако при этом необходимо заготовки закла-
дывать вручную; управление при этом осуществляется так же, как
у ковочных машин обычной конструкции.
5. КРИВОШИПНЫЕ КОВОЧНО-ШТАМПОВОЧНЫЕ ПРЕССЫ
Первоначально такие прессы использовались только для изго-
товления грубых поковок и скобяных изделий разнообразного типа
и, кроме того, для раздачи, дернования и гибочных работ. Большие
преимущества этих прессов наряду с усовершенствованием конструк-
ции значительно расширили область их применения. В данное время
эти прессы следует рассматривать, прежде всего, как горячештампо-
вочные, и в этой области благодаря большей точности и лучшему качест-
ву отштампованных деталей они вытесняют молоты. Весьма успешно
эти процессы конкурируют с фрикционными винтовыми прессами
КОВОЧНЫЕ МАШИНЫ
207
и благодаря быстроходности — с гидравлическими прессами. Их при-
менение не ограничивается только горячештамповочными работами,
где на этих прессах может быть получен большой эффект в отношении
Фиг. 209.
Фиг. 210.
точности; они с успехом применяются также для горячей калибровки
деталей и для плоскостной холодной чеканки в серийном и массовом
производстве. Машины современной конструкции снабжаются регу-
лируемым выталкивателем из нижней части штампа; выталкиватель
при упрощенном исполнении управляется ножной педалью, но чаше
срабатывает автоматически благодаря связи его с ползуном или пнев-
матическим или гидравлическим приводом. Аналогичный выталкива-
тель может быть и в верхней части штампа. Благодаря надежному
и быстрому удалению готовых поковок имеются возможности повыше-
ния производительности.
Ковочные прессы строятся как кривошипные или эксцентриковые,
а также кривошипноколенные. Маховик соединяется свалом муфтой с
поворотной шпонкой — для малых прессов и фрикционной пневмати-
ческой муфтой — для средних и крупных прессов1. На фиг. 209
и 210 показаны две конструкции современных кривошипных ковоч-
1 Примечание переводчика. В современных прессах этого типа
не ставят муфт с поворотной шпонкой; предохранители тина срезающихся в прес-
сах также не применяются. Фрикционные муфты весьма ненадежны в качестве
предохранителей.
208 технологические процессы и оборудование
но-штамповочных прессов немецких фирм, а на фиг. 211 и 212 —
американские конструкции высокопроизводительных кривошипных
ковочных прессов с фрикционной пневматической муфтой.
Принцип действия кривошипного пресса, поясняемый схемой на
фиг. 213, характеризуется тем, что по мере уменьшения угла поворота
кривошипа усилие, преодолеваемое ползуном, увеличивается, и в ниж-
нем его положении теоретически усилие становится бесконечно большим.
Фиг. 211. Фиг. 212.
На фиг. 211 показан пресс с двигателем мощностью 150 л. с., с числом ходов 60 в минуту.
На фиг. 212 показан пресс с двигателем мощностью 60 л. с., с числом ходов 75 в минуту.
Следовательно, в этой зоне кривошипный пресс может преодолевать
большие сопротивления, ограничиваемые лишь конструктивным офор-
млением и прочностью деталей и узлов его.
Ход пресса во время деформирования не должен быть большим,
так как нельзя осуществлять деформирование на значительном рас-
стоянии от нижнего мертвого положения. Так как возрастание раз-
виваемого усилия в конце хода весьма велико, то у кривошипных
прессов поломки деталей пресса и штампа или заклинивание штампа-
ползуна более вероятны в нижнем положении.
Из-за возможной перегрузки кривошипные прессы должны иметь
предохранительные устройства. Как правило, в качестве предохра-
нителей используют срезающиеся шпильки, встраиваемые в привод
(чаще в маховик). Предохранителями могут быть и фрикционные
муфты, которые обеспечивают пресс только от превышения крутя,
щего момента, но, как выше сказано, при допустимом крутящем
КОВОЧНЫЕ МАШИНЫ
209
моменте и при нахождении ползуна близко к нижнему мертвому положе-
нию он может преодолевать большое усилие,и следовательно, возможны
поломки станины и всех деталей, следующих за кривошипным валом.
Поэтому для высоконагруженных прессов применяются дополнитель-
Фиг. 213. Зависимость усилий на ползуне от угла
поворота кривошипа коленчатого вала.
ные предохранители, например разрушающиеся шпильки или сре-
зающиеся пластины, которые срабатывают в зависимости не от крутя-
щего момента, а от фактического усилия на ползуне.
Хорошим предохранителем от перегрузки для крупных машин
являются фрикционные муфты с регулируемой величиной передавае-
мого крутящего момента в зависимости от угла поворота коленчатого
вала. Регулирование передаваемого крутящего момента осущест-
вляется или электромагнитным способом, или изменением давления
воздуха таким образом, чтобы сила на ползуне не превосходила наи-
большего допустимого значения. Мощные прессы снабжаются также
гидравлическими предохранительными устройствами, встраиваемыми
в ползун пресса и срабатывающими при достижении установленной
наибольшей величины усилия.
14 1129
210
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И ОБОРУДОВАНИЕ
Особое внимание уделяется направляющим ползуна, которые
по возможности развиваются в длину. Направляющие у ползуна
удлиняются с помощью хоботообразного прилива, огибающего колен-
чатый вал. Регулированием таких сдвоенных направляющих можно
достигнуть повышения точности работы машины.
Прессы с развитыми направляющими пригодны прежде всего для
массового производства мелких и средних по величине деталей, в про-
Фиг. 214. Штамп для штамповки ступицы на ковоч-
ном прессе в четыре перехода за один нагрев.
цессе деформирования которых превалирует течение металла в попе-
речном направлении, а не в вертикальной плоскости. Такие прессы
допускают применение также и многоручьевых штампов, при которых
с одного нагрева можно выполнять несколько рабочих операций.
Для примера на фиг. 214 приведен многоручьевой штамп для изготов-
ления ступицы за четыре перехода. При этом на первых двух переходах
производится подготовительное деформирование, в третьем осущест-
вляется окончательная штамповка и, наконец, обрезается заусенец
и пробивается отверстие. Такой способ изготовления позволяет до-
стигнуть заметной экономии металла по сравнению с штамповкой
под молотом.
Современные прессы характерны повышенным числом ходов пол,
зуна. Этим достигается не только заметное повышение производитель-
ности, но и уменьшение времени контакта горячей заготовки с рабо-
чими деталями штампа; следовательно, уменьшается падение темпера-
туры заготовки, достигается большая стойкость штампов. Прессы
малой мощности с усилием до 300 т работают при числе ходов свыше
КОВОЧНЫЕ МАШИНЫ
211
100 в минуту; число ходов в минуту прессов усилием 2000 т состав-
ляет 75, а при усилии 8000 т— 45 ходов в минуту.
У коленорычажных (чеканочных) прессов ползун встречается
с деформируемой деталью при сравнительно высокой скорости пере-
мещения, однако эта скорость резко понижается при дальнейшем
движении ползуна и увеличении степени деформации. Эта согласо-
ванность скорости перемещения ползуна с течением материала приво-
дит к лучшей заполняемости ручья штампа. Этот вид прессов более
пригоден для обработки за один ход деталей сложных форм, у которых
материал при заполнении полости штампа должен течь вверх. Обычный
ряд номинальных усилий этих прессов находится в пределах от
200 до 3000 т*, число ходов коленорычажных прессов ниже,чем у кри-
вошипных; кроме того, они характерны сравнительно малой величиной
хода ползуна. Чаще всего эти прессы применяют для горячего дефор-
мирования деталей из латуни и легких сплавов, которые требуют
малых скоростей деформирования.
6. РЕВОЛЬВЕРНЫЕ ПРЕССЫ
Давно уже пытались применить для изготовления нормалей прессы
с размещением рабочих частей штампа на револьверном диске* 1. Диск,
несущий ряд неразъемных матриц с заложенными в них заготов-
ками, вращается вокруг горизонтально расположенного вала. Воз-
можность при каждом рабочем ходе обрабатывать новую заготовку
давала бы в этом случае большое преимущество в отношении повыше-
ния производительности. Однако вследствие различных технических
трудностей, особенно при выталкивании готовых деталей, до сего
времени не удается достигнуть ожидаемых результатов.
Дальнейшим развитием этой интересной конструкции является
пресс-автомат, показанный на фиг. 215. Исходный материал, как
правило, в виде горячекатаного прутка направляется до упора
с помощью сдвоенной роликовой подачи, снабженной водяным охлаж-
дением. На установленной длине заготовка отрезается и задается
в матрицу заталкивателем, снабженным предохранителем от пере-
грузки.
Револьверный стол, служащий и здесь матрицедержателем, цент-
рируется по наружному диаметру в подшипнике. В столе имеются
три высадочные матрицы, а между ними расположены охлаждающие
отверстия. Только при каждом втором ходе ползуна подается новая
заготовка и окончательно изготовляется деталь, так как высадочный
пуансон при первом ходе заходит в охлаждающее отверстие, и таким
образом за каждым рабочим ходом следует ход охлаждения. Движение
’Примечания переводчика. В данное время строят прессы и
большей мощности, усилием до 4000 т.
1 Примечание переводчика. В СССР на основе подобного принципа
изготовлены автоматы-комбайны конструкторам. И. Кравченко. Они предназначены
для полного изготовления болтов М10—М12 (модели А-102 и ее модификации).
14*
212
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И ОБОРУДОВАНИЕ
револьверного столэ взаимосвязано с движением пуансона с помощью
механизма типа мальтийского креста, расположенного в тыльной части
машины. Запиранием обеспечивается точная соосность установки
матрицы и пуансона. Расположение рабочих частей штампов в машине
показано на фиг. 216.
Процесс обработки выполняется двумя пуансонами,из которых один
перемещается внутри другого. Перемещение пуансонов осуществляется
двумя отдельными ползунами, приводимыми кулачками, расположен-
ными на коленчатом валу. Внутренний пуансон для компенсации
Фиг. 215. Револьверный пресс-автомат.
разности объемов, возникающей из-за отклонений в размерах исход-
ного материала, предохраняется от перегрузки набором кольцевых
пружин, -регулируемых на определенное усилие. Обратный ход этого
пуансона' осуществляется роликом обратного хода, располагаемым на
тыльной стороне пресса. Второй кольцеобразный пуансон или пуан-
сон-съемник перемещается от двух кулачков, располагаемых по бокам
кулачка внутреннего пуансона.
С тыльной стороны револьверного стола располагается опорный
стержень с задним ползуном. Этот пуансон служит упором для находя-
щихся в матрицах деталей и перемещается с помощью двух «лома-
ющихся» звеньев. Во время штамповки задний ползун стоит неподвиж-
но. Чтобы получить выстой при наличии кривошипного привода
и «ломающихся» звеньев, средний шарнир звеньев направляется в двух
планках, которые в конечном положении действуют как упор, удер-
живая шарнир неподвижным. Перебег, который имеет место при нали
КОВОЧНЫЕ МАШИНЫ
213
Фиг. 216. Расположение матриц па револьверном лис-
ке пресс-автомата
Фиг. 217. Схема процесса штамповки автомобильного
поршня на револьверном пресс-автомате:
1 — обрезка; 2 — заталкивание; 3 — выдавливание; 4 — выталки-
вание; а — неподвижный нож; b — подвижной нож; с — упор;
d — заталкивающий пуансон; е — матрица; f —пуансон.выдавли-
вающий; g —кольцевой пуансон; h —опорный стержень; х —вытал-
киватель; k — защелка выталкивателя.
214 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И ОБОРУДОВАНИЕ
чии кривошипно-рычажного привода, компенсируется шатуном, снаб-^
женным кольцевой пружиной с высокой жесткостью.
Машины предохраняются от перегрузки электропневматической
муфтой, весьма чувствительно срабатывающей после разрушения
срезающегося предохранителя.
Нагрев исходного материала предпочтительнее индукционный; при
этом индуктор можно расположить между подающими роликами
и отрезным устройством. Перед подачей можно предусмотреть устрой-
ство для предварительного равномерного подогрева.
Таким методом можно изготовлять большими партиями поршни,
кольца подшипников, клапаны и другие сложные детали. В качестве
примера на фиг. 217 показан процесс изготовления автомобильных
поршней. Производительность нового револьверного пресса состав-
ляет при автоматической подаче около 1400 шт. в час при диаметре
прутка до 38 мм и около 1000 шт. в час при диаметре исходного матери-
ала до 50 мм. Современные конструкции револьверных прессов пред-
назначены для изготовления специальных деталей различного типа.
В отличие от других пресс-автоматов, например, современных гаечных
автоматов, пригодных главным образом для штамповки деталей с ма-
лой высотой, револьверные прессы могут штамповать и высокие детали.
Д. ПРЕССЫ ДЛЯ ГОРЯЧЕЙ ШТАМПОВКИ ГАЕК
Хотя изготовление гаек вгорячую не требует специальных машин
и может осуществляться с помощью штампа, показанного на фиг. 218,
на уже описанных машинах, такой метод для массового производства
Фиг. 218. Штамп для изготовления гаек на гори-
зонтально-ковочной машине.
гаек и аналогичных им деталей не применяется. Он используется
только тогда, когда детали слишком велики, партии изготовляемых
деталей малы, или когда нет более подходящего оборудования. Уже
много лет для изготовления болтов известны специальные прессы,
которые можно применять не только для массового производства
гаек разных форм и размеров, но и для штамповки таких деталей,
ПРЕССЫ ДЛЯ ГОРЯЧЕЙ ШТАМПОВКИ ГАЕК
215
как кольца, фланцы, муфты, пробки, детали вагонов, прижимные
планки и т. д. Различные детали, штампуемые на этих прессах,
приведены на фиг. 219.
Фиг. 219. Примеры деталей, изготовляемых на прессах
для горячей штамповки гаек.
1. КУЛАЧКОВЫЕ ПРЕССЫ
У прессов старой конструкции, называемых кулачковыми прессами,
исходный материал (полосовая сталь) подается вручную и устанавли-
? 7 7 4
Фиг. 220. Схема процесса изготовления гаек вгорячую
на кулачковом прессе:
1 — подача материала; 2 — отрезка и прессование; 3 — пробивка;
4 — удаление; а — матрица; b — упоры; с — левый неподвижный
отрезной пуансон; d — выталкивающий дорн; е — подвижной пуан-
сон; f — левый пробивной пуансон.
вается с помощью регулируемых упоров (фиг. 220, 1) до заданного
положения перед подвижной матрицей. Затем матрица, перемещаясь
216
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И ОБОРУДОВАНИЕ
к неподвижному левому пуансону, отрезает заготовку. Правый под-
вижной пуансон отстоит при этом от левого неподвижного на рас-
стоянии, равном высоте гайки. После этого навстречу друг другу
перемещаются два пробивных Дорна, размещенные в пуансонах.
Они выдавливают в гайке, замкнутой с внешних сторон пуансонами и ма-
Фиг. 221. Кулачковый пресс для горячей штам-
повки гаек.
трицей, углубление, перемещая материал во внешний контур (фиг. 220,2).
Левый дорн тотчас после этого отходит назад, а правый, продол-
Фиг. 222. Конструктивная схема кулачкового пресса:
а — станина; U — главный ползун; с — ползун подвижного пуансона; d —
ползун пробивного пуансона; е — ползун выталкивателя; / — кулачки; g —
возвратный рычаг; h— упорный болт; I — матрица; k — подвижной пуансон;
I — пробивной пуансон; т — неподвижный отрезной пуансон; п — выталки-
вающий дорн.
жая движение, пробивает в гайке отверстие и вталкивает отход в от-
верстие левого пуансона (фиг. 220, 3). Затем матрица, оба пробивных
дорна и подвижной правый пуансон возвращаются в исходное поло-
жение, а готовая гайка и отход сбрасываются (фиг. 220, 4).
На фиг. 221 показан общий вид такого пресса, а на фиг. 222 приве-
дена его конструктивная схема. Прессы такого типа строятся для
штамповки гаек с резьбой от 10 до 75 мм. Станина машины, испытыва-
ющая высокие нагрузки, выполнена надежных размеров, с дополни-
ПРЕССЫ ДЛЯ ГОРЯЧЕЕ ШТАМПОВКИ ГАЕК
217
тельным предохранителем от перегрузки. В качестве предохранителей
используются сильные пружины и срезающиеся пластины. У круп-
ных машин, кроме того, имеются два поставленных с предварительным
натягом болта, а также срезающаяся шпилька в маховике. Главный
вал с помощью ряда кулачков перемещает главный ползун и ползуны
пуансона и дорпа. За один поворот кулачкового вала изготовляется
одна гайка. Давление, передаваемое кулачком на направляющие
Фиг. 223. Кулачковый пресс с рычагом.
ползуна, и в частности его вертикальная составляющая, а также попада-
ющая в направляющие вместе с охлаждающей водой окалина вызывают
неравномерный и повышенный износ ползуна. При этом нарушается
соосность и правильное направление рабочих частей штампа, в резуль-
тате чего происходит односторонний износ его и как следствие — неудов-
летворительная точность изделий и образование на них больших зау-
сенцев. Передача усилия малогабаритным кулачком нерациональна —
это приводит к повышенному износу кулачка и большому шуму
при работе. Правильное положение рабочих частей штампа отлажи-
вается с помощью набора прокладок, что, конечно, усложняет установ-
ку штампа.
Достоинством кулачковых прессов является надежность их конст-
рукций и доступность сборки и регулировки всех деталей.
Несмотря на отмеченные раньше недостатки, эти прессы еще со-
хранились, и их используют, применяя износостойкие детали для высо-
конагруженных мест и модернизируя в целях уменьшения интенсив-
ного износа, отдельных узлов.
В показанном на фиг. 223 кулачковом прессе с рычагом (конструк-
ция его поясняется на фиг. 224) износ задней части направляющих,
вызываемый передачей усилия от кулачка, устраняется другим спо-
собом. Передача усилия здесь осуществляется от кулачка, но не непо-
средственно на ползун, а через системы рычагов (так называемый
преобразователь давления). Эта система состоит из трех рычагов,
вращающихся на одной оси. Два рычага предназначены для главного
218
технологиче^ИЕ пр*Цессы и оборудование
'Ползуна, а третий — для ’’р171 ^**0 дорна. Рычаги воспринимают на^
клонно действующее уси.4*1 кулачка и передают горизонтально
направленную силу на ’ 1'аким образом устраняется односто-
ронний износ ползунов 1* ^’Ьушается соосность рабочих
частей
И'
трение
машин
имеют
Фиг. 224. Конс1'!’УК™В’,:|я схема кулачкового прес-
Рычагом:
, Ь1ВНЫЙ 1|
а — станина; Ь — ь пробццэлзун; с — ползун подвижного
пуансона; d — полиций pj,h Иого пуансона; е — рычаг;/ —
кулачки; g — возвр‘\уансоц; ‘4,г; h — упор; i — матрица; h —
подвижной 1 ’ * — пробивной пуансон.
штампа. Так как рычаг ‘"^'м'' Р°ликом> то уменьшается
при передаче усилия, и [11> затраты мощности у этих
заметно меньшие. Машины
более плавный ход и могут рабо-
тать с большим числом ходов.
Отход металла, получающийся
при работе на этих прессах, скла-
дывается из потерь на угар и ока-
лину,1 из немерных концов, из
отходов, образующихся при обсеч-
ке граней и пробивке отверстия.
Потери металла на пробивку ма-
лы, так как вытесняемый дорнами
металл образует грани. При пра-
вильной отладке машины, равно-
мерной температуре, соблюдении
точных размеров заготовки отход
при пробивке невелик. Другоедело,
отход при обсечке граней; в зависи-
мости от расположения материала
относительно матрицы он может до-
ходить(без учета потерь Ha^^^'V при нарезании резьбы) до 35%. Ес-
ли направление подачи П;11’алле’’1 Ьно каким-либо двум граням мат-
рицы, потери сравнительно |,елик,|> хотя сила деформирования мень-
шая (фиг. 225, а). Чаще прв^сяяе1х'я такое расположение матрицы: две
параллельные грани матрш1’’1 РаС11*злагаются вертикально (фиг. 225, Ь);
„1 при
материал* ^т_
|И’Л:
щ>дачи
при направлении раням
параллельно д°Ум ”0
‘ * отход при полсяк^атрн-
С)
Фиг. 225. Отход
различном положении поло1’
носнтельпо граней матрй1
а — отход
полосы параллельно двум '!« по-
матрицы; b — отход при полояс^.тгрн-
лосы перпендикулярно граням ‘.-кода;
цы; с• — положение полосы без \\
а применение надсекател4’1'
ПРЕССЫ ДЛЯ ГОРЯЧЕЕ ШТАМПОВКИ ГАЕК
219
при этом отход по граням меньше. На фиг. 225, с показан вариант
изготовления гаек без отхода по граням — при этом материал подается
так, что узкая сторона полосы обращена к зеркалу матрицы.
Возникающие при этом силы и напряжения в штампе столь велики,
что из-за этого метод не нашел применения.
2. ПРЕССЫ ДЛЯ ГОРЯЧЕЙ ШТАМПОВКИ ГАЕК С НАДСЕКАЮЩИМ
УСТРОЙСТВОМ
Дальнейшие возможности снижения отхода состоят в применении
так называемой надсечки. Принцип работы с надсечкой ясен из
фиг. 225, d. Однако попытки устроить подобные надсечные приспо-
собления на неподвижной матричной плите описанных кулачковых
прессов удались только частично и главным образом на крупных
машинах. Опыт показал, что преимущества такого способа в отноше-
нии экономии металла при работе на мелких и средних прессах пере-
крываются рядом появляющихся недостатков, например, усложнением
конструкции штампа, повышением износа, необходимостью более час-
тых ремонтов. Кроме того, кулачковые прессы с надсекающими
устройствами могут работать только с пониженным числом ходов
(приблизительно на 30%).
Надсечные устройства оправдали себя на прессах, у которых
отрезной пуансон подвижный, а матрица неподвижная. При этом
отход металла может быть в зависимости от формы и размеров штам-
пуемых деталей снижен до 12%. В такой конструкции, схематически
изображенной на фиг. 226, размер кулачков увеличен, что обеспечи-
вает более благоприятные условия работы. Кулачки расположены
внутри четырех ползунов, благодаря чему получается лучшая пере-
дача усилия. Правда, у этих машин обнаружился недостаток, заклю-
чающийся в том, что открытые направляющие могут загрязняться
проникающей водой и окалиной.
а) Процесс Юнга
Изображенный на фиг. 227 процесс обработки Юнга стал изве-
стен несколько лет назад. При этом процессе матрица остается
неподвижной, а перемещается отрезной пуансон. Для лучшего исполь-
зования материала перед матрицей имеется надсечное устройство;
здесь же производится и отрезка с помощью обычного пуансона и мат-
рицы. Гайки или другие детали после отрезки формуются в матрице
благодаря перемещению пуансона и Дорна, а затем проталкиваются
сквозь матрицу. Этим путем достигается большая точность изделия.
В последнем переходе с помощью двух сбрасывателей обеспечивается
отделение гайки и пуансона от отхода при пробивке и выталкивателя.
Отход составляет менее 10%. К этому отходу прибавляются по-
тери на угар, концевые отходы, а также брак.
На фиг. 228 представлен общий вид современного пресса для изго-
товления гаек методом Юнга, а на фиг. 229 дана его конструктивная
схема. Отличие таких прессов состоит также и в том, что усилия
220
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И ОБОРУДОВАНИЕ
Фиг. 226. Пресс для горячей штамповки гаек с неподвижной мат-
рицей и надсекателями:
а —кулачок прямого и обратного хода обжимного пуансона и пуансона пробивки;
b кулачок прямого и обратного хода отрезного пуансона и выталкивателя;
с ползун пуансона пробивки; d — ползун обжимного пуансона; е — ползун вы-
талкивателя; / — ползун отрезного пуансона; g — кулачок верхнего надсекате-
ля; п верхний подвижной надсект ель; i — нижний неподвижный надсекатель;
к — упор; I матричный блок; т —матрица; п — отрезной пуансон; о — обжим-
ной пуансон; р — пуансон пробивки; q — выталкиватель; г— сбрасыватель гаек.
ПРЕССЫ ДЛЯ ГОРЯЧЕЙ ШТАМПОВКИ гаек
221
Фиг. 227. Схема процесса горячей штамповки гаек по методу
Юнга:
/ — надсечка; 2 — отрезка и прессование; 3 — пробивка; 4 — выталкивание
и сбрасывание; а — матрица; Ь — упор; с — отрезной пуансон; d — выталки-
ватель; е — обжимающий пуансон; f — пробивной пуансон; g — нижний над-
секатель; h — верхний надсекатель; i — сбрасыватель.
Фиг. 228. Процесс для горячей штамповки гаек систе-
мы Юнга.
222
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И ОБОРУДОВАНИЕ
от кулачков, вращающихся в герметической масляной ванне, передают-
ся к рабочим частям штампа с помощью балансиров и коленорычаж-
ных механизмов. Рабочие части штампа перемещаются в цилиндр и-
Фиг. 229. Конструктивная схема пресса системы Юнга:
а — корпус; b — привод; с — пять рычагов для отрезного пуансона, пробивного
пуансона, обжимного пуансона, выталкивателя и верхнего надсекателя; d — во-
семь кулачков для рабочего хода отрезного, пробивного, обжимного пуансонов,
обратного хода обжимного пуансона, рабочего и обратного хода выталкивателя,
рабочего и обратного хода надсекателя; е — направляющая ползушка для от-
резного и пробивного пуансонов; f—ползун для обжимного пуансона и выталки-
вателя; h—ползун пробивного пуансона; / — шатун; кривошипы для: У — от-
резного пуансона; k — пробивного пуансона; / — матрица; т—верхний надсе-
катель; п — нижний надсекатель; о — отрезной пуансон; р — пробивной пуан-
сон; q — обжимной пуансон; г — выталкиватель; s — сбрасыватель.
ческих сменных направляющих. Эти прессы работают почти бесшумно,
долговечны в работе и не требуют больших расходов на ремонт. В
сравнении с обычными кулачковыми
Фиг. 230. Автоматическая
подача полосы на прессе
системы Юнга.
прессами, для которых температура об-
работки материала составляет 1200°,
прессы системы Юнга могут работать
при более низкой температуре —
порядка 1000—1100°. Слишком низкие
температуры при штамповке для этих
прессов рекомендовать все же не сле-
дует. Недостаток, который не устранен
до сего времени, это жесткая конструк-
ция штампа, не допускающая сколько-
нибудь значительных колебаний в раз-
мере материала. В последнее время про-
бивной дорн делается подпружинен-
ным; встроенная тарельчатая пру-
жина допускает отклонение до 2 мм,
и это делает возможной известную
компенсацию допуска.
Прессы системы Юнга строятся в последнее время с автоматической
подачей материала, которая при условии предварительного включения
нагревательной установки допускает значительное повышение произ-
ПРЕССЫ ДЛЯ ГОРЯЧЕН ШТАМПОВКИ ГАЕК
223
водительности. Подача, показанная на фиг. 230, действует непрерывно
во время работы пресса. Два вертикальных подающих ролика пере-
мещают материал с установленным в зависимости от объема детали
шагом. Верхний ролик выполнен переставным (для настройки на за-
данный размер) и подпружиненным; нижний ролик имеет выступы.
Во время процесса деформирования подачи нет, и ролики материала
не касаются. Таким подающим устройством можно оснастить ранее
выпущенные прессы этой системы.
б) Процесс Эльзен
То же направление развития осуществляется и в гаечном прессе
системы Эльзен, ставшем известным в последние годы. Процесс штам-
повки на прессе системы Эльзен ясен из фиг. 231. Существенное отли-
чие от ранее приведенных процессов состоит в том, что материал
не направляется перед матрицей, не надсекается и не отрезается
перед ней — все эти операции выполняются в самой матрице. Такой
порядок имеет некоторые преимущества в отношении лучшей наладки
и направления инструмента для надсечки. Кроме того, этим задается
лучшее предохранение от напрессовки друг на друга двух гаек, что
может случаться в иных машинах при отсутствии надлежащего на-
блюдения.
Фиг. 231. Схема процесса горячей штамповки гаек по методу Эльзен:
1 — надсечка; 2 — отрезка и прессование; 3 — пробивка; 4 — выталкивание, сбра-
сывание, охлаждение; а— матрица; Ь — надсекатель; с — отрезной пуансон; d — вы-
талкиватель; е — обжимной пуансон; f — пробивной пуансон; g — сбрасыватель-
и разбрызгиватель воды для охлаждения.
На фиг. 232 дано фото гаечного пресса системы Эльзен, который
выпускается трех размеров для гаек с диаметром резьбы 12—42 мм\
расположение штампа на прессе представлено на фиг. 233; конструк-
ция машины ясна из фиг. 234. Пресс сравнительно с другими конструк-
циями небольшого веса занимает мало места и работает почти бесшум-
но. Изменение имеется и в том, что пробивной дорн опирается на пру-
жину; благодаря этому допускается компенсация отклонений в раз-
мерах материала и различие в температуре обработки. Производить
наладку пружины и, следовательно, регулировать усилие штамповки
можно не останавливая работы машины. Кроме того, пробивные дорны
224
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И ОБОРУДОВАНИЕ
ПРЕССЫ ДЛЯ ГОРЯЧЕН ШТАМПОВКИ ГАЕК
225
при чрезмерном усилии могут несколько сместиться, и этим также
создается предохранение от перегрузки штампа и машины. Следует
отметить также компактность привода для прессующего ползуна,
представляющего собой кулачковый вал, а также предусмотренное
цикловой диаграммой малое время контакта с горячей деталью и соб-
ственно деформирования и длительное время для подачи материала,
допускающее более высокое число ходов пресса.
Фиг. 234. Конструктивная схема пресса системы Эльзен:
а — станина; b — маховик; с — промежуточный вал; d — зубчатое колесо;
е — главный вал; кулачки для: f — надсекателя; g — сбрасывателя;
h — пробивного пуансона; i — обжимного пуансона; h — выталкивателя;
I — отрезного пуансона; т ин — качающиеся валы для обжимного пуан-
сона, сбрасывателя и надсекателя; о — рычаг ролика обжимного пуансо-
на; р — рычаг надсекателя и сбрасывателя; q — стержень сбрасывателя;
г — сбрасыватель и разбрызгиватель; s — ползун надсекателя; t — над-
секатель; и — матрица; v — подача.
Температура штамповки материала здесь также допускается ниже,
чем на прессах старой конструкции; допустимой температурой при
деформировании считается 1000—1100°. Однако нецелесообразно вы-
бирать слишком низкую температуру обработки, так как в этой кон-
струкции все элементы привода несут высокие нагрузки, а при сниже-
нии температуры возникающие усилия будут увеличиваться (фиг. 57).
К изготовлению штампов для современных прессов горячей
штамповки гаек предъявляются более высокие требования, чем это
необходимо для старых конструкций. При соответствующем выпол-
нении штампа можно на гайках выштамповывать фаски, благодаря
чему облегчается последующая обработка и сокращается отход мате-
риала. Также_и другие штампуемые детали, показанные на фиг. 219,
15 1129
226
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И ОБОРУДОВАНИЕ
могут изготовляться на современных прессах рентаоельно и без за-
труднений.
На гаечном прессе системы Эльзен предусмотрена автоматическая
подача материала (фиг. 235). Четыре горизонтально расположенных
ролика захватывают материал за широкую сторону; два неприводных
ролика являются регулируемыми, и, передвигая их с помощью ру-
коятки, можно включать и выключать подачу (фиг. 236). Пода-
ча приводится в действие через пару конических зубчатых колес
Фиг. 235. Автоматическая подача
на прессе системы Эльзен.
Фиг. 236. Конструктивная схема
автоматической подачи:
а — пресс; Ь — корпус; с — коническая зуб-
чатая передача; d — приводные ролики; е —
регулируемые ролики; / — рукоятка для
включения и выключения подачи; g — гай-
ка для регулирования усилия нажатия ро-
ликов; h — маховичок для установки шага
подачи; М ~М — плоскость оси матрицы.
от главного вала пресса. Шаг подачи регулируется на необходи-
мую длину отрезки с помощью маховика и устанавливается в за-
висимости от получающегося при надсечке удлинения. Полная эффек-
тивность автоматической подачи (повышение производительности
по сравнению с. ручной подачей примерно на 150 96) будет при не-
прерывно работающей нагревательной установке. Однако можно
эксплуатировать машину, применяя и автоматическую подачу, и
ручную подачу. Например, можно в обычной очковой печи нагре-
вать короткие заготовки длиной порядка 1 м, а затем вручную по-
давать их между роликами, которые далее осуществляют подачу
материала. Таким способом, не предусматривающим дополнитель-
ной или новой нагревательной установки, можно достигнуть по-
вышения производительности примерно на 75% по сравнению со
штамповкой вручную.
ПРЕССЫ ДЛЯ ГОРЯЧЕН ШТАМПОВКИ ГАЕК
227
3. МНОГОПОЗИЦИОННЫЕ ПРЕСС-АВТОМАТЫ ДЛЯ ГОРЯЧЕЙ
ШТАМПОВКИ ГАЕК
Новейшее развитие в конструировании гаечных прессов идет по
пути достижения при горячей штамповке деталей такой чистоты и точ-
ности, которая позволяла бы подавать их на сборку без обработки
резанием. Это возможно в том случае, когда применяемый материал
имеет жесткие допуски и температура нагрева его выдерживается
точно, либо если машина автоматически компенсирует отклонения
в размерах материала. Последнее может быть достигнуто различными
конструктивными мероприятиями, например, размещением рабочих
частей штампа на эластичной опоре.
В отличие от ранее описанных прессов новых и старых конструк-
ций, где исходным материалом является полоса, в двух новейших
прессах, запроектированных за рубежом для изготовления вгорячукг
гаек и аналогичных деталей, применяется круглый прокат. Эти ма-
шины так же, как и прессы систем Эльзен и Юнг, соответствуют сов-
ременному уровню развития машиностроения и используют достиже-
ния, имеющиеся в области холодного деформирования, в частности,
в многопозиционных автоматах с передачей полуфабриката в горизон-
тальной плоскости. Существенное преимущество этих новых машин —
малый отход металла при пробивке отверстия, который в зависи-
мости от высоты гайки составляет (по сведениям фирмы) 6—8%.
Для определения полного отхода к этим данным следует прибавить
дополнительные потери материала на угар, концевые отходы и брак,
так что в среднем полный отход будет порядка 13% от черного веса
материала или 15% от чистого веса. Лишь в весьма благоприятных слу-
чаях эти цифры могут быть снижены.
а) Процесс Гатебур
На фиг. 237^’изображена схема процесса изготовления гаек, запро-
ектированного в Швейцарии (фирма Гатебур). Исходный материал,
нагретый в специальной проходной печи, автоматически подается
до упора, отрезается, переносится ножом с поддерживающим пальцем
к черновой матрице и там предварительно формуется, затем с помощью
транспортирующих клещей переносится в горизонтальном направлении
и устанавливается перед следующей матрицей, где намечается отвер-
стие и обжимаются фаски; при следующем переносе в последней
операции гайка пробивается и выталкивается. Операции, наглядно
показанные на фиг. 238, производятся одновременно, поэтому за
один ход ползуна изготовляется одна гайка. На фиг. 239 хорошо видна
установка штампа и передающие клещи.
На фиг. 240 показан общий вид пресс-автомата Гатебур с печью,
которая должна включаться несколько раньше. В данное время эти
прессы изготовляются только одного размера для исходного материала
диаметром' до 30 мм, предназначенные для гаек с диаметром резьбы
порядка 20—32 мм. Гайки изготовляются из катаного круглого
прутка стали общераспространенных марок. Следует отметить, что,
15*
228
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И ОБОРУДОВАНИЕ
Фиг. 237. Схема горячей штамповки гаек методом Гатебур:
/ — отрезка заготовки; 2 — предварительная штамповка; <5 — обжим фа-
сок и наметка отверстия; 4 — пробивка отверстия; а — упор; Ъ — полу-
круглая отрезная матрица; с — зажимная губка; а — отрезной нож;
е — поджим; / — поддерживающий палец; g — пуансон; 1г — матрица;
i — выталкиватель; k — стержень выталкивателя; I— передающие кле-
щи; т — пуансон для наметки отверстия; п — пуансон калибровки фа-
сок; о — матрица; р — неподвижный пуансон; q — выталкиватель; г —
три выталкивающие шпильки; s — передающие клещи; I — пробивной
пуансои; и — сбрасыватель; v — матрица; w — выталкиватель.
Фиг. 238. Полуфабрикаты по отдельным опера-
циям штамповки гаек методом Гатебур.
ПРЕССЫ ДЛЯ ГОРЯЧЕН ШТАМПОВКИ ГАЕК
229
регулируя длину отрезаемой заготовки, можно из одного размера
материала изготовлять гайки трех размеров. Температура обработки
должна быть порядка 1100°, однако допустимы и температуры нагрева
Фиг. 239. Расположение рабочих частей штампа
на пресс-автомате Гатебур.
в диапазоне 1000—1050°. На последних операциях должно происходить
некоторое повышение температуры гайки вследствие значительных
деформаций, поэтому сниже-
ние температуры от первой
до последней операции не
столь велико.
Конструкция и принцип
работы такого пресса ясны
из фиг. 241. Благодаря боль-
шой чистоте получаемых гаек
они обычно не нуждаются в
дальнейшей обработке по-
верхности и могут направ-
ляться непосредственно в бак
с маслом для воронения. При
изготовлении высокопрочных
гаек аналогичным образом
можно производить улучшение
Фиг. 240. Пресс-автомат с проходной
печью.
без дополнительного нагрева.
। б) Процесс Недшросф
Прессы, спроектированные голландской фирмой Недшроеф, произ-
водят обработку по схеме, изображенной на фиг. 242. Гайки и ана-
логичные детали штампуются в четыре последовательные операции:
отрезаются, осаживаются, формуются окончательно с наметкой отвер-
стия и, наконец, пробиваются (фиг. 243). Здесь также за один ход
230
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И ОБОРУДОВАНИЕ
?
Фиг. 241. Конструктивная схема пресс-автомата
Гатебур:
а — станина; Ь — ползун; с — кронштейн для рабочих частей штам-
па;, d—промежуточный вал; е—главный вал; f—рабочий кулак двой-
ного действия; g — кулак обратного хода; h — цепь; i — рычаг
выталкивателя; h — предохранитель; I — подача; т—пуансон
иаметкн отверстия; п — пуансон калибровки фасок; о — матрица;
р — неподвижный пуансон; q — выталкиватель; г — привод пере-
дающих клещей; s — передающие клещи.
Фиг. 242. Схема процесса горячей штамповки
гаек по методу Недшроеф:
/ — отрезка заготовки; 2 — осадка; 3 — на метка’отверстия
и калибровка; 4 — пробивка отверстия; а — упор; b — от-
резная губка; с — зажимная губка; d — нож; е — поджим;
/ — пуансон осадки; g — опорная матрица; h — лоток; i —
матрица; h — направляющая втулка; I — пуансон наметки
отверстия; т — пуансон калибровки фасок; п — выталки-
ватель с охлаждением; Of 2— передающие пальцы; р—
пробивной пуансон; g — пробивная матрица.
ПРЕССЫ ДЛЯ ГОРЯЧЕН ШТАМПОВКИ ГАЕК
231
заканчивается обработка одной гайки. В качестве исходного материала
служит круглая катаная сталь в виде бунта или прутков; допуски
остаются обычными, так как желаемая высокая точность обеспечивает-
ся самим процессом обработки. Применение круглой стали имеет
то преимущество, что одинаковый как по размерам, так и по качеству
материал можно применять для производства болтов и гаек, благодаря
чему упрощается складское хозяйство.
12 3 4
Фиг. 243. Полуфабрикаты по отдельным опера-
циям штамповки гаек методом Недшроеф.
Отличие этого способа состоит в том, что при предварительной
осадке полностью удаляется окалина; так можно избежать всех недо-
статков, связанных с окалинообразованием, — высокого износа инст-
румента, неудовлетворительной точности по размерам, низкого каче-
ства поверхности. В этом случае диаметр исходного материала выбира-
ется небольшим, благодаря чему степень деформирования будет боль-
шая, что способствует удалению окалины. Вообще диаметр материала
составляет около 70—85% размера гайки «под ключ» (малым деталям
соответствует больший процент, а большим — меньший).
Дополнительное удаление окалины производится при перемещении
детали от второй на третью операцию. В конструкции машины, пока-
занной на фиг. 244, осаженные заготовки подаются к формовочной
матрице не поперечно движущимися клещами, а с помощью наклон-
ного, согнутого под углом 90° лотка; при перемещении заготовки
ударяются о края лотка, благодаря чему удаляется оставшаяся ока-
лина. Штампы на двух последних операциях перемещаются перпен-
дикулярно направлению подачи. Благодаря такому их расположению
имеется возможность разместить нагревательную печь рядом
с машиной, не ухудшая доступа к штампу и не допуская слишком
сильного влияния тепла, излучаемого печью.
На фиг. 245 показан пресс-автомат, построенный в Голландии.
Изготовленный в ФРГ по лицензии пресс-автомат представлен на
фиг. 246. Высокое расположение маховика позволяет делать фун-
дамент без приямка. Кроме того, пресс снабжен пневматической
фрикционной муфтой и ленточным пневматическим тормозом; для
232
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И ОБОРУДОВАНИЕ
Вив по стрелке В
Фиг. 244. Конструктивная схема пресс-автомата Недшроеф:
а — упор; Ь — отрезная губка; с — зажимная губка; d — нож; е — поджим; / —
пуансон осадки; g — опорная матрица; Л — лоток; I — матрица; k — направля-
ющий лоток; I — пуансон наметки отверстия; т — пуансон калибровки фа-
сок; п — выталкиватель с охлаждением; olf —передающие пальцы; р— пробив-
ной пуансон; q — пробивная матрица;, г — подающие ролики; s— главный ползун;
i4—шатун; и — коленчатый вал; о -=» станина; w — передающие салазки.
Фиг. 245. Автомат системы Недшроеф
для горячей штамповки гаек.
ХОЛОДНОВЫСАДОЧНЫЕ ПРЕСС-АВТОМАТЫ
точной наладки машины предусмотрен микропривод с вспомогатель-
ным двигателем и червячным редуктором.
Область работы прессов различных типоразмеров находится в преде-
лах диаметров резьб от 10 до 50 мм, что соответствует размеру «под
ключ» 17—75 мм. Прессы предназначаются не только для гаек, по и для
штамповки других деталей различной формы (шайбы, втулки, коль-
ца и т. п.)
Предельные значения часовой производительности различных
прессов для горячей штамповки гаек сопоставлены на фиг. 247. Из
диаграммы ясна эффективность повышения производительности за
счет применения автоматизации подачи, особенно при малых раз-
мерах гайки. Но и без автоматизации подачи материала можно до-
стигнуть значительного повышения производительности на быстроход-
ных прессах при обслуживании двумя рабочими в смену. При этом
благодаря сокращению непроизводительного времени машины ее
отдача повышается настолько, что дополнительный расход зара-
ботной платы для второго рабочего экономически выгоден.
Ё. ХОЛОДНОВЫСАДОЧНЫЕ ПРЕСС-АВТОМАТЫ
Холодную штамповку шпилек, болтов, заклепок, винтов, шаров,,
роликов и прочих фасонных деталей можно производить и на некоторых
уже описанных машинах, в частности на винтовых фрикционных,
кривошипных или гидравлических прессах. Однако обработка таких
заранее нарезанных мерных заготовок сложна и малопроизводительна.
Поэтому для массового изготовления деталей спроектированы спе-
циальные пресс-автоматы. Принцип работы различных высадочных
пресс-автоматов примерно одинаков; материал в виде бунта или прут-
ка задается в правильные ролики, правится и подается на обработку
с помощью клещевой (с зубильцем) или роликовой подачи. Затем
отрезается заготовка установленной длины, после чего заготовка
деформируется за одну или несколько операций и, наконец, вытал-
кивается. После соответствующей наладки и задачи материала процесс
обработки совершается автоматически. Как только бунт или пруток
обработан, необходимо установить новый бунт и задать конец бунта или
прутка в ролики. Таким образом, возможно обслуживание нескольких
автоматов одним рабочим, на которого возлагается наблюдение за
качеством и чистотой получаемых деталей, задача материала и, в слу-
чае необходимости, подналадка автомата. В зависимости от быстро-
ходности и размера пресс-автомата, а также размеров изделий один
рабочий может обслуживать до четырех машин. Во многих случаях
оправдалось объединение нескольких автоматов в группу, находя-
щуюся под наблюдением наладчика, в помощь которому выделяется
один или несколько неквалифицированных рабочих для выполнения
простейших работ. Рабочие могут дополнительно заниматься также
транспортными работами по подвозу исходного материала и вывозке
готовых деталей.
234
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И ОБОРУДОВАНИЕ
Фиг. 246. Автомат для штамповки гаек. Вид со стороны
обслуживания.
шт/час
Фиг. 247. Сравнение производительности ав-
томатов для горячей штамповки гаек всех
систем (составлено по сведениям фирм, дан-
ные которых не во всех случаях подтвержда-
ются опытом эксплуатации):
К — кулачковый пресс; J — пресс-автомат фирмы
Юнг; Е — пресс фирмы Эльзеи; Ед — полуавтома-
тизированпый пресс фирмы Эльзен для коротких
прутков; Ev — пресс фирмы Эльзен с полной авто-
матизацией; N — пресс-автомат фирмы Недшроеф;
И— пресс-автомат фирмы Гатебур.
холодновысадочные пресс-а втома ты
I
235
1. ПРОВОЛОЧНО-ГВОЗДИЛЬНЫЕ АВТОМАТЫ
Конструктивная схема гвоздильного автомата представлена на
фиг. 248, а на фиг. 249—общий вид. На фиг. 250 дается расположение
рабочих частей штампа современного пресс-автомата среднего размера.
Фиг. 248. Схема проволочно-гвоздильного автомата:
а _ пуансон; b — ползун; с — коленчатый вал; d — отрезные и за-
остряющие ножи; е — рычаги привода ножей; f — разъемные мат-
рицы; g — ползун зажима; h — привод подачи; i — подающие ро-
лики; h —- проволока.
Пуансон, высаживающий головку, находится в ползуне, перемещаемом
с помощью коленчатого вала. Матрицы — разъемные, из них одна
Фиг. 249. Проволочно-гвоздильный автомат для гвоз-
дей диаметром 3,8 мм, длиной 100 мм.
однако при малом числе деталей стоимость изготовления может суще-
ственно повыситься. Следует учитывать также, что длина стержня,
а следовательно, и высота полуматриц должна быть не меньше четырех
диаметров стержня для того, чтобы штамп обладал достаточной стой-
236
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И ОБОРУДОВАНИЕ
ножа, служащие одновременно для обрезки и заострения проволоки,
в старых конструкциях приводятся от ползуна через рычаг; у прес-
сов новой конструкции ножи располагаются на специальных суппор-
тах, перемещаемых с помощью боковых ползушек и эксцентриков.
Фиг. 250. Расположение рабочих частей штампа па гвоз-
дильном автомате.
Перемещение ножей может осуществляться также кулачковыми или
коленчатыми валами, располагаемыми по бокам машины.
Пресс-автомат работает следующим образом: выправленная в ро-
ликах проволока подается в раскрытые матрицы и зажимается ими,
затем пуансоном высаживается выступающий конец проволоки. При
обратном ходе ползуна матрицы раскрываются, проволока подается
па установленный шаг, отрезается ножом и одновременно заостряется.
Готовые гвозди выпадают сами или у современных быстроходных
машин выбрасываются вниз управляемым отбойником. Таким образом
при каждом повороте коленчатого вала изготовляется один гвоздь.
Быстроходные прессы для изготовления гвоздей из проволоки
имеют очень высокую производительность (фиг. 252); она составляет
у малых конструкций при диаметре стержня до 1,4 мм 620 шт/мин.;
у крупных моделей с диаметром до 7 мм около 180 шт/мин.*. Полу-
чающийся при заострении отход может составлять в зависимости от
длины гвоздя до 4%. Этого отхода нет у автоматов, построенных
по проекту Викштром (Wikschtrom), где «крылышки», получающиеся
* Примечание переводчика. В СССР построены гвоздильные авто-
маты с двухпозиционной обработкой, имеющие производительность до 700 шт/мин.
(диаметр гвоздя 3 мм). Такая производительность получена при применении
качающегося пуансона.
ХОЛОДНОВЫСАДОЧНЫЕ ПРЕСС-АВТОМАТЫ
237
при обрезке, используются для образования головки следующего гвоз-
дя. Другое преимущество этого патента заключается в возможности
применения вместо трапецеидального — дискового ножа, который до-
пускает многократное использование по рабочей поверхности
У изделий с очень большой головкой, например • кровельных
гвоздей, высадка головки за один удар невозможна. Для таких слу-
Фпг. 251. Зажим матриц
(схема):
а — неподвижная матрица;
Ь — подвижная матрица:
с — отрезной нож.
шт/мин
Диаметр стержня
Фиг. 252. Производительность проволочно-
гвоздильных автоматов.
чаев автоматы делаются двухударными. При этом обычно берут более
толстую проволоку и редуцируют ее под головкой па желаемый раз-
мер. У прессов для изготовления сапожных гвоздей (текса) во время
процесса высадки осуществляется также дополнительная обработка
стержня. С помощью растягивающего механизма получается кони-
ческая форма стержня.
Из остальных машин, в которых для обработки проволоки исполь-
зуются процессы высадки, следовало бы упомянуть прессы для изго-
товления спиц. Однако способ производства спиц лишь условно может
быть отнесен к области высадки и прессования.
2. ПРЕСС-АВТОМАТЫ ДЛЯ БОЛТОВ, ЗАКЛЕПОК И ДРУГИХ
ФАСОННЫХ ДЕТАЛЕЙ
а) Общие особенности
Прессы, предназначенные для обычного процесса высадки, выпол-
няются одно-, двух- и трехударными. Для изготовления одной детали
на одноударном прессе необходим один поворот коленчатого вала,
на двухударном — два, на трехударном обычной конструкции — три
поворота. Тип пресса, необходимого для осуществления определен-
ного процесса деформации, зависит в основном от отношения длины
238
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И ОБОРУДОВАНИЕ
высаживаемого участка к диаметру материала. Кроме этого, может
играть роль и форма высаживаемой детали. Как уже упомянуто,
качественное протекание процесса высадки возможно лишь тогда,
когда отношение длины осаживаемого участка к диаметру не пре-
Фиг. 253. Болты, винты, заклепки и другие детали, изготовляемые холод-
ной высадкой.
восходит 2,3; при большем отношении необходимо включение одного
или нескольких переходов предварительной (черновой) высадки. При
Фиг. 254. Разъемные матрицы,
производстве сложных болтов, заклепок и других фасонных деталей,
некоторые примеры которых показаны на фиг. 253, возникает необ-
ходимость разделения процесса по отдельным машинам.
Другое отличие в этих машинах для высадки заключается в различ-
ном конструктивном выполнении высадочного штампа. Пресс-автоматы
оснащаются разъемными (фиг. 254) или цельными матрицами (фиг. 255).
Пуансоны в обоих случаях имеют одинаковую форму (фиг. 256). Разъем-
ные матрицы состоят из пары квадратных колодок, одна из которых
ХОЛОДНОВЫСАДОЧНЫЕ ПРЕСС -АВТОМАТЫ
239
неподвижна, другая перемещается. Формообразующие поверхности
инструмента располагаются на торце и по бокам колодки; зажимные
отверстия в виде полуцилиндров выполнены в обеих колодках. По-
этому разъемные матрицы после перестановки могут использоваться
с четырех сторон. При одинаковом расходе инструменталь-
ной стали разъемные матрицы примерно вдвое больше исполь-
зуются, чем цельные. Кроме того, из разъемных матриц изделия
Фиг. 255. Цельная мат-
рица.
Фиг. 256. Высадо чпый
пуансон.
легче выталкиваются; это имеет большое значение при штамповке
деталей с длиной стержня, превышающей восемь диаметров. Требова-
ния к поверхности материала при разъемных матрицах ниже, так
как нет опасений в отношении возможного заедания. Обработка ката-
ного материала возможна лишь на пресс-автоматах с разъемными
матрицами. Однако разъемным матрицам свойственны и недостатки.
Так, для надежного зажима материала между полуматрицами дается
зазор, но при этом образуется небольшая овальность стержня. Из-за
неполного прилегания полуматриц друг к другу неизбежно образо-
вание небольшого заусенца в верхней части стержня и под высаживае-
мой головкой. Этот почти незаметный шов для многих деталей не играет
никакой роли; его можно вообще не принимать во внимание, если
детали в дальнейшем подвергаются обработке резанием. Совершенно
чистые детали с высокой точностью и качеством поверхности могут
изготовляться только на пресс-автоматах с цельными матрицами.
Как уже упоминалось, при этом затрудняется выталкивание деталей
с большой длиной стержня, поэтому отверстия часто делаются несколь-
ко коническими. Вообще же для изготовления длинных детален тре-
буются выталкиватели специальной конструкции (см. фиг. 267).
На фиг. 257 показан процесс обработки на двухударном автомате
с разъемными матрицами. Исходный материал подается сзади между
раскрытыми матрицами до поворотного упора, установленного на
заданную длину. Затем заготовка отрезается подвижной полуматри-
240
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И ОБОРУДОВАНИЕ
цеп, являющейся одновременно отрезным ножом, зажимается, де.|юр-
мируется желаемым образом и, наконец, после раскрытия полуматриц
выталкивается подаваемым материалом. При таком процессе для каж-
Фиг. 257. Процесс высадки на двухударном пресс-
автомате (матрицы разъемные, отрезка матрицами):
t — подача материала; 2 — отрезка и предварительная высад-
ка; 3 — окончательная высадка: 4 — выталкивание; а — по-
воротный упор; b — отрезная матрица: с — подвижная зажим-
ная матрица; d — подпружиненная зажимная матрица; е — пу-
ансон предварительной высадки (черновой); / — выталкива-
тель; g — высадочный пуансон.
дой длины стержня детали необходима специальная пара полуматриц.
При больших партиях деталей это не имеет существенного значения,
Фиг. 258. Процесс высадки на двухударном автомате
(матрицы разъемные, отрезка ножом):
1 — подача материала и отрезка; 2 — перенос на линию вы-
садки; 5 — заталкивание в полуматрицы, смыкание полумат-
риц и предварительная высадка; 4 — окончательная высадка;
5 — раскрытие полуматриц и выталкивание; а —- упор; Ъ —
отрезная полуматрица; с — нож; d — неподвижная полумат-
рица; е —подвижная полуматрица; f — пуансон предвари-
тельной высадки; g — стержень выталкивателя; h — выса-
дочный пуансон (чистовой); i — стержень толкателя; k —
толкатель.
однако при малом числе деталей стоимость изготовления может суще-
ственно повыситься. Следует учитывать также, что длина стержня,
а следовательно, и высота полуматриц должна быть не меньше четырех
диаметров стержня для того, чтобы штамп обладал достаточной стой-
ХОЛОДНОВЫСАДОЧНЫЕ ПРЕСС-АВТОМАТЫ
241
костью при больших усилиях высадки. Пресс-автоматы с разъемными
матрицами и отрезным ножом, схема процесса обработки на которых
показана на фиг. 258, также имеют подвижную и неподвижную матри-
цу. Материал подается не в высадочную, а в отрезную матрицу, рас-
положенную сбоку, против регулируемого упора. Материал отрезается
Фиг. 259. Процесс высадки на двухударном авто-
мате (цельная матрица):
/ — подача материала и отрезка: 2 — перенос заготовки
на линию высадки; 3 — заталкивание и предварительная
высадка; 4 — окончательная высадка; 5 — выталкивание;
а — упор; b — отрезная матрица; с — нож; d~ матрица (с
редуцированием); е — предварительный (черновой) пуан-
сон; f — стержень выталкивателя; g — выталкиватель;
h — окончательный (чистовой) пуансои; i — стержень тол-
кателя; h — толкатель.
ножом, расположенным на специальных салазках; заготовка перено-
сится перпендикулярно ходу высадочного ползуна к матрице и затал-
кивается туда в одноударном автомате высадочным пуансоном, в двух-
ударном — пуансоном для предварительной высадки. Затем осуще-
ствляется зажим полуматриц. После высадки полуматрицы раскры-
ваются, и высаженная деталь удаляется с помощью выталкивателя.
По сравнению с предыдущей конструкцией такие автоматы имеют
преимущество, заключающееся в том, что одним комплектом инструмен-
та можно изготовлять детали с различной длиной стержня. Длину
стержня можно менять в заданных для автомата пределах лишь регу-
лированием упора и выталкивателя. Кроме того, полуматрицы в этих
случаях могут снабжаться рабочим профилем на обоих торцах и при-
меняться дважды с поворотом.
Аналогично осуществляется подача и отрезка материала на пресс-
автоматах с цельными матрицами (фиг. 259). Как правило, длина
стержня не должна превосходить 8—10 диаметров, а нижний предел
почти не ограничен1. При больших длинах стержня деталей, изго-
товляемых на специальных автоматах, необходимо значительно сни-
жать рабочие скорости.
1 Примечание переводчика. Нижний предел ограничивается дли-
ной заталкивания, равной диаметру или несколько больше его.
16 П29
242
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И ОБОРУДОВАНИЕ
Из представленной схемы .процесса ясно, что в этих случаях при
соответствующем выполнении штампа можно с высадкой объединить
редуцирование стержня, как это необходимо, например, при изготов-
лении винтов (фиг. 288). Следует учитывать, что благодаря редуци-
рованию деталь будет несколько длиннее, поэтому необходимо уста-
навливать отрезаемую длину соответственно короче. Удлинение, воз-
никающее при редуцировании, составляет
, 4 — 4 д
П = ИЛИ п = &Й0>
где b — редуцируемая длина под резьбу;
di — начальный диаметр; di — диаметр после редуцирования;
7 — процентное уменьшение сечения при редуцировании.
При холодной высадке болтов с метрической резьбой обычных
размеров уменьшение диаметра сечения при редуцировании под на-
катку резьбы составляет 20%, так что стержень удлиняется на 0,2 мм
на каждый миллиметр редуцируемой длины (длины резьбы). При
изготовлении винтов с дюймовой резьбой уменьшение сечения и,
следовательно, удлинение стержня несколько больше; вообще же они
увеличиваются с уменьшением диаметра резьбы. Наибольшее воз-
можное утонение диаметра сечения при свободном редуцировании со-
ставляет около 30%, что соответствует уменьшению диаметра на —16%.
При большем уменьшении площади сечения металл перед матрицей
начинает наплывать и сгибаться.
Как правило, редуцирование производится только на прессах
с цельной матрицей; сочетание редуцирования с высадкой в разъемных
матрицах обычно невозможно. Для редуцирования в этом случае
необходимо предусматривать дополнительную операцию.
Процесс обработки на одноударном пресс-автомате с цельной
матрицей, показанный на фиг. 260, отличается от ранее описанных
тем, что отрезанная заготовка заталкивается в матрицу не высадочным
пуансоном, а специальным заталкивателем1. Центрирующий колпа-
чок заталкивателя перемещается специальным механизмом, поддер-
живает заготовку за свободный ее конец при отрезке, благодаря
чему получается более чистый срез. Аналогичная конструкция нахо-
дит применение и у двухударных автоматов с отрезным ножом.
Привод автоматов осуществляется через шкив-маховик, сидящий
на коленчатом валу. Часто маховик сидит на валу не на шпонке,
а соединяется с валом с помощью фрикционных дисков, обеспечива-
ющих предохранение от перегрузки. Передача вращения от электро-
двигателя производится зубчатой (у малых моделей) или ременной
(У крупных машин) передачей. Плоский ремень употребляется чаще,
чем клиновидный. Для получения заданного числа ходов в системе
современных машин предусматривается промежуточная зубчатая пере-
‘Примечание переводчика. В конструкциях одноударных авто-
матов может и не быть заталкивателя.
ХОЛОДНОВЫСАДОЧНЫЕ ПРЕСС -АВТОМАТЫ
243
дача; иногда имеется регулирование числа оборотов приводного элек-
тродвигателя.
Автоматы малых размеров выполняются как быстроходные чисто
кривошипные прессы, крупные же автоматы иногда выполняются
кривошипно-коленными (см. фиг. 2/5). Это дает преимущество при
изготовлении сложных деталей с острыми кромками головки; при при-
близительноравных числах ходов в кривошипно-коленных автоматах
скорость высадки (в области конца хода) ниже приблизительно на 50%.
Поэтому такие конструкции применяются для трудно деформируемых
Фиг. 260. Процесс высадки на одноударном
автомате с заталкивателем:
/ — подача материала и отрезка; 2 — перенос заготов-
ки на линию высадки; 3 — заталкивание заготовки в
матрицу; 4 — высадка; 5 — выталкивание; а — упор;
b — заталкиватель; с — нож; d — отрезная матрица;
е— матрица; f — пуансои; g — стержень толкателя;
h — толкатель.
изделий, в частности, для винтов с внутренним шестигранником
и других аналогичных деталей, при высадке которых имеют место зна-
чительные нагрузки на штампы. Однако при производстве обычных
деталей указанное преимущество таких машин отнюдь не компенси-
рует пониженной производительности, которая им свойственна. По-
этому в последнее время высокопроизводительные машины всех раз-
меров выполняются чистокривошипными. У некоторых мелких авто-
матов с коротким ходом применяется кулачковый привод ползуна;
кулачки расположены с поворотом на 180° и работают попеременно.
Такая конструкция имеет преимущество, заключающееся в удвоении
производительности, так как за один оборот маховика ползун делает
два хода. Но эти автоматы применимы лишь для весьма мелких дета-
лей с небольшими степенями деформации.
К конструкции автоматов предъявляются требования также и в от-
ношении обеспечения весьма жестких допусков и высокого качества
поверхности изготовляемых деталей при повышенных скоростях обра-
ботки. Расширение штамповки деталей из материалов высокой проч-
ности также отразилось на конструкции автоматов. Опыт показал,
что большая часть трудностей, возникающих при холодной высадке,
16*
244
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И ОБОРУДОВАНИЕ
обусловливается машиной и что трудностей меньше при тщательном
изготовлении автомата с использованием всего прогрессивного, име-
ющегося в машиностроении. Так, например, в современных автоматах
широко применяются азотированные стали и сменные прокладки,
компенсирующие износ. Усовершенствование шло и другими путями,
в частности — тщательный
технический анализ кинема-
тики механизмов и выбор
кратчайших и выгоднейших
перемещений подвижных час-
тей привели к тому, что со-
временные автоматы работают
почти бесшумно, несмотря
на более высокие скорости по
сравнению со старыми конст-
рукциями автоматов. Внеш-
а) Ь) с)
Фиг. 261. Конструкция направляющих
ползуна двухударного автомата:
а — старая конструкция; Ь — новейшая конст-
рукция с удлиненными направляющими; с —
система Вотербери.
няя форма их, судя по при-
Водимым снимкам, также претерпела заметное изменение. Холодновы-
садочные автоматы должны обладать высокой жесткостью; весьма проч-
ные сечения во всех опасных местах и применение стального литья
вместо чугуна для станины значительно снизили ее пружинение. Это
имеет значение прежде всего для быстроходных пресс-автоматов, где
конечное наибольшее усилие действует кратковременно; поэтому
пружинение здесь было бы особенно вредным.
Необходимо отметить и повышение точности перемещения ползуна
в направляющих. Обычные конструкции направляющих (фиг. 261, а)
заменены Т-образными с верхним расположением горизонтальных
опорных плоскостей (фиг. 261, Ь). Кроме того, направляющие с по-
мощью специального хобота, выступающего за коленчатый вал, удли-
нены. У некоторых конструкций, кроме этого, ползун направляется
двумя толстыми колонками. Колонки перемещаются в длинных брон-
зовых втулках, которые легко заменять. Это нововведение должно
препятствовать отклонениям ползуна в крайнем его положении.
Улучшение заключается и в более точном монтаже деталей: подвижные
Детали проходят балансировку; для уменьшения трения применяют
подшипники качения с автоматической смазкой под давлением.
Применяют новые конструкции и для узла отрезки заготовки.
В прежних конструкциях проволока подавалась через отрезную мат-
рицу до упора, отрезалась, и заготовка ножом с поддерживающей
защелкой переносилась к высадочной матрице (фиг. 262). В новых
американских автоматах процесс остается тем же, но перенос осуще-
ствляется по дуге окружности (фиг. 263). Применение такого кача-
ющегося ножа, принцип действия которого поясняется на фиг. 264
и 265, дает существенное преимущество в отношении уменьшения
перемещаемых масс1.
1 Примечание переводчика. Исследованиями Г. А. Навроцкого
установлено, что при этом уменьшается и величина ускорений.
ХОЛОДНОВЫСАДОЧНЫЕ ПРЕСС-АВТОМАТЫ
245
При отрезке таким методом никогда не получается плоскостности
и перпендикулярности торца, всегда будет иметь место некоторый
наклон к оси заготовки; поэтому в некоторых случаях необходима
последующая обработка стержня по
торцу. В данное время стремятся
эту операцию производить одновре-
менно с высадкой, путем соответ-
d с а
Фиг. 263. Перенос по
дуге окружности:
1 — подача проволоки: 2 —
отрезка; 3 — перенос на ли-
нию высадки; а — прозоло-
ка; Ь — поддерживающая за-
щелка; с —отрезная матрица;
d — иож; е —• высадочная ма-
трица.
Фиг. 262. Устройство для
отрезки проволоки обыч-
ной конструкции:
/ — подача проволоки; 2 —
отрезка проволоки; 3 — пере-
нос заготовки на линию вы-
садки; а — проволока; b—
поддерживающая защелка;
с — отрезная матрица; d —
отрезной нож; е — высадоч-
ная матрица.
ствующего выполнения штампа. Такое сочетание возможно для корот-
ких деталей, где косая плоскость среза мешает не столь существенно.
Вообще же нельзя думать, что торец стержня может быть обжат
усилием, действующим от выталкивателя. Полное усилие высадки
воспринимается выталкивателем лишь в начале процесса, а затем
благодаря раздаче материала это усилие передается на рабочие
поверхности матрицы. Чистый и прямой срез получается при приме-
нении ранее упомянутых заталкивателей (фиг. 260). Кроме того,
вводят некоторый наклон оси подачи материала к оси станины (см.
фиг. 198). Другим новым решением этого вопроса является устройство
(фиг. 266), состоящее из двух плоских ножей, расположенных впотай
в плите. В процессе отрезки заготовка зажимается, отрезается, за-
хватывается щипцами и перемещается вниз по дуге к высадочной
матрице. Боковое смещение или косина заготовки при этом полностью
исключаются; такое устройство работает при большом числе ходов,
одновременно получается прямой и гладкий срез, влияющий на рае.
номерное течение металла при высадке головки. Неравномерное
246
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И ОБОРУДОВАНИЕ
распределение металла на конце заготовки при косом срезе может
привести к эксцентричной или косой высадке, при этом уменьшается
и допустимое для осадки отношение длины к диаметру. При прямом
Фиг. 264 и 265. Узел переноса отрезанной заготовки по дуге окружности (автомат
американской конструкции).
и гладком срезе высаженная головка остается соосной к стержню;
металл течет более равномерно, так что детали получаются более
Фиг. 266. Узел отрезки за-
готовки системы Вотербери:
1 — подача проволоки; 2 — отре-
вка и выталкивание заготовки;
3 — перенос заготовки иа линию
высадки; а — проволока; Ь— за-
жимной нож; с — отреаная мат-
рица; d — отрезной нож; е —
матрица; / — щипцы.
чистыми и полными, без появления зау-
сенца, требующего дополнительной обра-
ботки. Поэтому иа таких автоматах мо-
жно высадить за один удар те формы, ко-
торые при применении автоматов старой
конструкции могли изготовляться лишь
на двухударных автоматах.
Правильное конструирование вытал-
кивателя очень важно для автоматов с
цельной матрицей, предназначенных для
изделий с большой длиной стержня. Труд-
ности заключаются в том, что стержень
толкателя должен быть длиннее стерж-
ня высаживаемых деталей; при больших
длинах стержня возрастает усилие вы-
талкивания, и стержень толкателя из-за
продольного изгиба или искривляется, или
ломается. Поэтому толкатели должны
работать в условиях, исключающих их
прогиб; это достигается путем создания
хорошего направления толкателя по всей
длине. На фиг. 267 схематически показа-
ны примеры немепкой и американской
конструкции выталкивателя для больших
длин стержня. Облегчение выталкивания
очень длинных болтов осуществляется и
другим способом; сначала болт частично
выталкивается из матрицы обычным способом, затем схватывается
под головкой специальными клещами и вытягивается полностью.
ХОЛОДНОВЫСАДОЧНЫЕ ПРЕСС-АВТОМАТЫ
247
б) Одноударные автоматы
Базовая конструкция одноударного холодновысадочного пресс-ав-
томата с отрезным ножом и разъемными матрицами показана на
фиг. 268. На фиг. 269 и 270 приведены автоматы разного размера
Фиг. 267. Конструкция выталкивателя холодновысадочного автомата для
большой длины стержня болта:
/ — конструкция типа Кайзер; 2 — конструкция Вотербери; а — матрица; Ь — стержень
выталкивателя; с— втулка выталкивателя; d— выталкивающий ползун; е — выталки*
ватель.
с цельными матрицами. Аналогичная машина американской конструк-
ции изображена на фиг. 271. Расположение рабочих частей штампа
показано на фиг. 272.
Фиг. 268. Схема одноударного холодновысадочного
автомата:
а — высадочный пуансон; b — ползун; с — коленчатый вал; d —
нож; е — ползун отрезного ножа; f—разъемные полуматрицы;
g— ползун зажима матриц; h — регулируемая роликовая по-
дача; i — подающие ролики; к — подаваемая проволока.
Эти машины наиболее пригодны для массового производства бол-
тов, заклепок и других деталей с небольшим размером головки. Наи-
большие длины стержня болта и заготовки, в зависимости от диа-
метра, сопоставлены на фиг. 273. Для больших длин стержня следует
применять специальные прессы.
Фиг. 272. Расположение штампа на
одноударном холодновысадочном ав-
томате.
Фиг. 273. Зависимость между диаметром
проволоки и наибольшими длинами заго-
товки и стержня болта для одноударных
холодновысадочных автоматов (схемати-
чески):
а _ наибольшая длина стержня у автоматов
с цельной матрицей; b — то же, с разъемными
матрицами; с —наибольшая длина подаваемой
заготовки у автоматов с цельными матрицами;
d — то же, с разъемными матрицами.
248 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ХОЛОДНОВЫСАДОЧНЫЕ ПРЕСС -АВТОМА ТЫ
250
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И ОБОРУДОВАНИЕ
Так как при каждом повороте коленчатого вала обрабатывается
одна деталь, теоретическая производительность соответствует числу
ходов.
Современные высокопроизводительные автоматы для диаметра про-
волоки до 3,2 мм имеют теоретическую производительность около
24 000 шт/час при длине болта до 20 мм. Аналогичные автоматы для
более длинных болтов до 40 мм достигают теоретической часовой
Фиг. 274. Сравнение производительности немецких
(D) и американских (Д) одноударных автоматов.
производительности порядка 20000 шт. Наиболее крупные одноударные
автоматы для диаметра 20 мм имеют теоретическую производитель-
ность около 4200 шт/час. Современные машины имеют производитель'
ность приблизительно на 50% большую, чем автоматы старых конструк-
ций (фиг. 274).
В некоторых случаях автоматические прессы могут применяться
для окончательной обработки предварительно высаженных заготовок.
При этом заготовки из бункера направляются в штамп, где штампу-
ются окончательно. Такой способ, для которого часто применяют
обычные известные штамповочные автоматы, распространен при изго-
товлении деталей, требующих промежуточного отжига, или для дета-
лей, у которых высаживаемый объем настолько велик, что на обычных
автоматах их изготовить не удается. Иногда такой способ обработки
применяют и тогда, когда при окончательной калибровке хотят достиг-
нуть чистой и точной штамповки.
в) Двухударные холодновысадочные автоматы
Принцип действия и конструкция двухударного автомата отли-
чается от одноударного в основном тем, что у первого попеременно
с чистовым (окончательным) пуансоном действует черновой (предва-
рительный) пуансон.
ХОЛОДНОВЫСАДОЧНЫЕ ПРЕСС-АВТОМАТЫ
251
Таким образом, лишь при втором ходе полностью изготовляется
деталь.
На фиг. 275 показана типовая конструкция автомата с колено-
рычажным механизмом и разъемными матрицами; на фиг. 276 изобра-
жен двухударный автомат с цельной матрицей, предназначенный для
изделий с большой длиной стержня. Фотоснимки двух немецких
современных двухударных автоматов различной величины приве-
Фиг. 275. Конструктивная схема двухударного холодновысадочного ав-
томата (с разъемными матрицами, отрезкой в матрицах, с коленорычажным
механизмом):
а — станина; b — маховик; с — коленчатый вал; d — шатун; е — «ломающиеся» звенья;
f — пвлзун; g — зубчатая передача (1:2); h — рычаг; i — вертикальный крестообраз-
ный ползун; h — пуансонные салазки; I — ползун зажима матриц; т — подающие ро-.
лнки; п — отрезная матрица; о — матрица; р — регулировочный клин; q — предвари-
тельный пуансон (черновой); г — окончательный пуансон (чистовой).
дены на фиг. 277 и 278; на фиг. 279 и 280 показаны американские
высокопроизводительные автоматы. Расположение штампов двухудар-
ного автомата видно на фиг. 281.
Эти автоматы также изготовляются как с цельными, так и с разъем-
ными матрицами. Наряду с этим существуют комбинированные авто-
маты, в которых возможно применение обеих конструкций матриц по
выбору.
Последняя конструкция более пригодна для малопартионного про-
изводства с большой номенклатурой изделий и малочисленным ста-
ночным парком.
Для обеспечения движения и установки чернового и чистового пу-
ансонов при высоких скоростях в этих машинах имеется механизм
252
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И ОБОРУДОВАНИЕ
Фиг. 276. Конструктивная схема двухударного холодно-
высадочного автомата (цельные матрицы) для длинных
болтов. Боковой разрез — четверть оборота при ходе
вперед. Разрез в плане—в рабочем положении:
а — станина; b — маховик; с — коленчатый вал; d — шатун; е —
ползун; f — Зубчатые колеса (1:2); g—кулачок пуансонных са-
лазок; h — рычаг; i — роговидный ползун; k — пуансонные сала-
зки; I — ползушка кулачковой дорожки; т — кулак выталкива-
теля; п — кривошип подачи; о — ролики подачи; р — отреаная
матрица; q — нож (с поддерживающей защелкой); г — регули-
руемый упор; а — матрица; t — стержень толкателя; и — толка-
тель; v — предварительный (черновой) пуансон; w — окончатель-
ный (чистовой) пуансон.
ХОЛОДНОВЫСАДОЧНЫЕ ПРЕСС -АВТОМАТЫ
253
Фиг. 277. Двухударный холодновысадочный авто-
мат для болтов с диаметром стержня до 6,5 л:м.
Фиг. 278. Двухударный холодновысадочный автомат для
болтов с диаметром стержня до 12 леи.
Фиг. 279. Американский
высокопроизводительный
холодновысадочный двух-
удариый автомат для бол-
тов с диаметром стержня
до 5 мм.
254
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И ОБОРУДОВАНИЕ
ХОЛОДНОВЫСАДОЧНЫЕ ПРЕСС-АВТОМАТЫ
255
перемещения пуансонных салазок. Старая, показанная на фиг. 282
схема сначала была заменена схемой с горизонтальным перемещением
салазок. В новой конструкции (фиг. 283) пуансонные салазки переме-
щаются в вертикальном направлении с помощью кулачка, который
сидит на шлицевом валу, вращающемуся благодаря соеди-
нению коническими зубчатыми колесами с главным валом. На
фиг. 284 показана американская конструкция перемещения пуансон-
ных салазок. В конструкции другого американского автомата отка-
зались от прямолинейного возвратно-поступательного перемещения
салазок и предпочли качательное движение пуансонодержателя
Фиг. 282. Конструкция пуансонных салазок двухудар-
ного пресса (старая конструкция):
а — пуансон предварительной высадки (черновой); b — оконча-
тельный (чистовой) пуансон в рабочем положении.
(фиг. 285 и 286), благодаря этому уменьшаются силы инерции — до-
стоинство, которое следует принимать во внимание при всех усовер-
шенствованиях в отношении повышения числа ходов.
Некоторые из многих возможностей применения этих автоматов
уже приведены в примерах, показанных на фиг. 253.
Широкое применение нашли они и для изготовления крепеж-
ных деталей. На фиг. 287 и 288 показан процесс изготовления бол-
та, причем первые три операции осуществляются на двухударных
автоматах.
Допускаемые длины заготовок и стержней обрабатываемых дета-
лей, в зависимости от диаметра, даны на фиг. 289; в этих автоматах
при применении специальных конструкций наибольшие длины стер-
жня изделий могут составлять 15 диаметров, а иногда и болыпе.Теоретщ
256
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И ОБОРУДОВАНИЕ
ческая часовая производительность составляет для коротких болтов
15 000 шт. при диаметре проволоки 5 мм и около 3300 шт. при диаметре
проволоки до 20 мм. Высококачественные современные машины
Фиг. 283. Конструктивная схема пуансонных салазок двух-
ударного автомата (системы Slidex):
/ — положение при предварительной высадке; 2 — положение при
окончательной высадке; а — станина; b — коленчатый вал; с — шг-
тун; d—ползун; е —зубчатая передача (1:2); f—коническая пере-
дача; g — кулачок; А — ролик, поджимаемый пружиной; i — ролик
с регулируемой осью; k — пуансонные салазки; I — пуансоиодержа-
тель; т —-пуансон предварительной высадки; л — высадочный пуан-
сон; * — матрица.
имеют приблизительно вдвое большую производительность, чем авто
маты старых конструкций (фиг. 290)1.
При большой длине стержня и
водительность несколько ниже.
сложной форме головки произ-
1 Примечание переводчика,
производительности наиболее современных
На фиг. 290 обозначена кривая Pj
немецких автоматов фирмы Пельтцер.
ХОЛОДНОВЫСАДОЧНЫЕ ПРЕСС -АВТОМАТЫ
257
Фиг. 284. Конструктивная схема пуансонных
салазок американского двухударного холодно-
высадочного автомата:
а — станина; b — коленчатый вал; с~~ шатун; d — пол-
зун; е — регулировка хода салазок; f — кулачковый
вал; g— кулачок; h — ролики; i — регулируемый упор;
k — пуансонные салазки; I — пуаисонодерэкатель; т —
пуансон предварительной (черновой) высадки; п —
окончательный (чистовой) пуансон.
I 2
Фиг. 285. Смена пуансонов с помощью качаний пуансонодер-
жателя:
I — пуансон предварительной высадки в рабочем положении; 2 — оконча
тельный (чистовой) пуансон в рабочем положении.
—
17 1129
258
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И ОБОРУДОВАНИЕ
Фиг. 286. Качающийся пуансонодержатель американ-
ского двухударного автомата
Фиг. 287. Холодная высадка болта Фиг. 288. Холодная высадка болта
из проволоки с диаметром, равным из проволоки с диаметром, равным
среднему диаметру резьбы стержня, наружному диаметру резьбы стержня,
а — отрезка заготовки; Ъ — предварительная высадка; с—окончательная высадка; d —
обрезка головки; е — калибровка торца стержня; f — накатка резьбы.
Наибольшая длила заготовки и стержня
Фиг. 289, Зависимость между
диаметром обрабатываемой про-
волоки и наибольшими длинами
заготовки и стержня для двух-
ударных холодновысадочных ав-
томатов (схематически):
а — наибольшая длина стержня для
автоматов с цельной матрицей;
b то же — с разъемными матрицами;
с — наибольшая подаваемая длина
заготовки для автоматов с цельной
матрицей; d то же — с разъемными
матрицами.
ХОЛОДНОВЫСАДОЧНЫЕ ПРЕСОАВТОМА ТЫ
25В
г) Трехударные холодновысадочные пресс-автоматы
Необходимость в массовом выпуске деталей, имеющих чрезмерно
большой объем головки, превосходящий возможности двухударных
автоматов обычной конструкции, привела к созданию трех- и четырех-
ударных автоматов, появившихся в США. Такие автоматы могут
применяться лишь для деталей, не требующих промежуточного от-
жига. Так как во многих случаях после третьей высадочной операции
(U — старой модели и — современной модели;
и американских (Д) двухударных холодновыса-
дочных автоматов.
необходим отжиг, применяется тогда только трехударный автомат,
а окончательно деталь деформируется в другой машине с автомати-
ческим бункерно-загрузочным устройством.
Трехударные автоматы обычной конструкции имеют уменьшенную
рабочую скорость, поэтому они заменяются новыми конструкциями.
Можно, например, теперь двухударные автоматы с помощью специаль-
ного Дополнительного устройства использовать как трехударные.
Таким образом, детали с большим объемом головки могут изготов-
ляться с производительностью, показанной на фиг. 290. Конструкция
некоторых новейших автоматов дает возможность выполнять при
втором ударе одновременно две операции. Дальнейшим развитием та-
кого метода являются многопозиционные автоматы с поперечным транс-
портированием детали, в которых производительность равна числу
ходов.
д) Узкоспециальные машины
Высокий уровень развития холодной высадки в последние годы,
между прочим, характеризуется применением новых типов специаль-
ных машин, которые строятся наряду с обычными одно- и двухудар-
ными автоматами. Появились различные типы машин специального
применения — шариковые и роликовые автоматы, автоматы для пусто-
телых заклепок.
17*
260
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И ОБОРУДОВАНИЕ
Фиг. 291. Расположение штампа на автома
те для высадки шариков (в пуансонах име
ются выталкиватели).
Для производства шариков могут использоваться автоматы обыч-
ного типа, однако более целесообразно применять специальные шарико-
вые автоматы, особенно если требуемые количества, например на под-
шипниковых заводах, очень велики. От обычных одноударных авто-
матов с цельной матрицей эти автоматы отличаются лишь тем, что
выталкиватель имеется не только в матрице, но и в пуансоне, чтобы
препятствовать застреванию высаженного шарика (фиг. 291). Теоре-
тическая часовая производи-
тельность этих автоматов со-
ставляет около 4500 шт. при
диаметре шарика 29 мм и око-
ло 24000 шт. при диаметреша-
рика 1,5 мм. Кроме значитель-
ной производительности, новые
шариковые автоматы обеспечи-
вают высокую точность изго-
товленных шариков, благодаря
чему объем шлифовальных ра-
бот снижается приблизительно
на 50%. Другой конструктив-
ной формой специализирован-
ных автоматов являются роли-
ковысадочные автоматы, на
которых можно высаживать
цилиндрические, конические,
бочкообразные детали различных диаметров и длин. Торцовым плоско-
стям роликов можно при холодной высадке дать раззенковку, чем также
сокращаются последующие шлифовальные работы. Теоретическая про-
изводительность этого типа машин примерно такая же, как у шари-
ковых автоматов, и составляет в зависимости от форм и размеров
от 3500 до 24 000 шт. в час.
Роликовые и шариковые автоматы могут строиться также и для
горячей обработки, например для шаров большого размера (для
дробильно-размольных мельниц); при этом автоматической подачи
обычно нет. Производительность, в сравнении с холодной высадкой,
меньше примерно на 30%; максимальный диаметр ролика или шарика
приблизительно вдвое больше.
Специализированной конструкции строятся и автоматы для пусто-
телых заклепок, иногда одноударные, а чаще двухударные с цельной
матрицей. Для работы применяется круглая проволока обычных разме-
ров. Заклепки с отверстием изготовляются высадкой без отхода; при
этом наряду с экономией материала устраняются также и сверлильные
работы. Конструктивно эта задача решается тем, что после высадки
головки переносящее устройство захватывает заготовку и во время
обратного хода ползуна вводит заготовку во вторую матрицу, в которой
с помощью дополнительного пуансона обрабатывается трубообразная
часть заготовки (фиг. 292). Обе операции совершаются одновременно.
ХОЛОДНОВЫСАДОЧНЫЕ ПРЕСС - АВТОМЛ ТЫ
261
На таком автомате можно изготовлять заклепки с цилиндрическим
и коническим отверстием (фиг. 293); глубина отверстия может уста-
Фиг. 292. Переносящее устройство
двухударного автомата для холодной
высадки пустотелых заклепок.
навливаться различной величи-
ны и выдерживаться с жест-
кими допусками. Теоретичес-
кая часовая производительность
машины составляет в зависи-
мости ог размеров от 6000 до
10 000 шт.
Фиг. 293. Пустотелые заклепки, из.
готовленные холодной высадкой из
обычной (сплошной) проволоки.
е) Дополнительные устройства
Кроме описанных усовершенствований старых систем и упомя-
нутых новых конструкций автоматов, появились дополнительные
устройства, которыми снабжаются эти машины в специальных целях.
Во-первых, следует указать на давно известное волочильное при-
способление для проволоки, которое имеет привод от машины и рабо-
тает с заданным ею тактом (фиг. 294). В этом волочильном приспособ-
лении за один ход протягивается длина проволоки, соответствующая
длине заготовки на одну деталь. Подробности конструкции и принцип
действия этого устройства, как правило, оснащаемого твердосплавным
инструментом, ясны из фиг. 295. В качестве исходного материала
вместо холоднотянутой проволоки может применяться значительно
более дешевая травленая или известкованная катанка, диаметр кото-
рой обычно берется на 1—1,5 мм больше. Катанку ограниченного
ряда диаметров можно обрабатывать на различные размеры под холод-
ную высадку, благодаря чему удешевляется и упрощается складиро-
вание исходного материала. Другим преимуществом является более
точная правка проволоки; благодаря точному соблюдению диаме-
тра и прямолинейности проволоки повышается стойкость инстру-
мента.
262
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И ОБОРУДОВАНИЕ
Не меньшее преимущество представляет и то, что проволока обра-
батывается тотчас после волочения, что очень важно для деформируе-
мости, особенно материалов, чувствительных к старению.
Фиг. 294. Волочильное приспособление.
Если материал непосредственно перед высадкой протягивается
на определенный диаметр в один или несколько проходов, то возни-
кающий при этом нагрев облегчает высадку головки.
Фиг. 295. Вид сверху на волочильное приспосо-
бление:
а — клещи; Ъ — волочильный ползун; с — вспомогатель-
ный зажим; d — вспомогательная подача; е — направляю-
щая втулка.
Материал, благодаря заранее выбранному обжатию при воло-
чении, получает такое упрочнение, которое позволяет изготовлять
высокопрочные винты, не применяя последующей термообработки.
Такие же соображения лежат в основе другого метода, согласно
которому низкоуглеродистая легированная или нелегированная сталь,
идущая на винты с высокой прочностью, подвергается холодному
волочению до прочности, соответствующей прочности готового винта.
После высадки винты отпускают при температуре 400—500° в течение
ХОЛОДНОВЫСАДОЧНЫЕ ПРЕСС-АВТОМАТЫ
263
]5 мин. таким образом, чтобы упрочнение и хрупкость в головке
в известной степени уничтожались, а прочность стержня не изме-
нялась. Утонение и растяжение, характеризующие вязкость, при этом
заметно повышаются. Следовательно можно использовать холодное
упрочнение при волочении исходного материала для изготовления
высокопрочных винтов.
Другим дополнительным устройством, используемым только на
крупных машинах при обработке материала диаметром свыше 16 мм,
является устройство для возобновления подачи и правки при штам-
повке из прутков, которое устанавливается как приставка к обычной
роликовой подаче. Благодаря соответствующему управлению допол-
нительными роликами можно возобновлять подачу материала по окон-
чании бунта или прутка без остановки машины. Таким образом, мо-
жет не быть потерь времени на холостые ходы машины и потерь
металла в виде концевых отходов. Дополнительное правильное устрой-
ство применяется и тогда, когда высаживаются очень длинные болты,
стержень которых должен иметь точную прямолинейность.
Хорошо оправдало себя приспособление, применяемое при высадке
деталей с острыми кромками, например, при изготовлении винтов
с полупотайной головкой и четырехгранным заплечиком. Деталь
после предварительной высадки делается несколько короче по стержню,
и лишь при окончательной высадке толкатель, действующий как
упор, отходит в конечное требуемое положение, так что одновременно
с чистовой высадкой головки производится прессование стержня
До окончательного размера. Таким образом, можно штамповать слож-
ные формы чисто и с четким заполнением кромок.
Существует и противоположный способ, согласно которому пре-
дусматривается сначала обычное деформирование на двухударном
холодновысадочном автомате, но при этом штамп проектируется так,
чтобы профиль головки заполнялся не полностью. Окончательное
заполнение осуществляется при дополнительной операции, когда тол-
катель несколько перемещает заготовку навстречу пуансону; при этом
часть стержня детали используется для полного заполнения профиля.
Этот способ, напоминающий горячее высаживание с подъемом болта
(см. фиг. 114), предназначается для холодной высадки головок болтов
с особенно большим объемом или головок с заплечиками и подголов-
ками. Большого распространения этот способ не получил.
3. МНОГОПОЗИЦИОННЫЕ ПРЕСС-АВТОМАТЫ
а) Прессы с поперечным транспортированием
В самые последние годы для изготовления винтов и болтов начали
Внедрять автомат с несколько необычным механизмом переноса за-
готовки. У такого автомата, называемого многопозиционным или автома-
том с поперечным транспортированием, матрицы укрепляются в гори-
зонтальной плоскости станины; пуансоны расположены аналогично
матрицам, но в ползуне. Все матрицы снабжены выталкивателями.
264
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И ОБОРУДОВАНИЕ
Во время работы заготовка переносится от одного комплекта матрица-
пуансон к другому в плоскости, перпендикулярной к направлению вы-
садки. За один ход ползуна получается готовая деталь. Поэтому
многопозиционные автоматы особенно пригодны для изготовления
сложных фасонных деталей, требующих нескольких операций высадки
или многократного редуцирования, т. е. тогда, когда обычные двух-
Фиг. 296. Расположение рабочих частей штампа
на многопозиционном автомате.
ударные автоматы 'не решают задачу. На фиг. 296 показано расположе-
ние рабочих частей штампа на автомате такого типа, выполняющем
одновременно четыре операции, включая отрезку проволоки. Число
промежуточных операций может быть и большее без уменьшения
производительности машины; в таких случаях автомат должен строить-
ся с увеличенной шириной. Производительность многопозиционных
автоматов в зависимости от размеров и формы составляет от 3000
до 6500 болтов в час.
б) Автомат-комбайн (болтмекер)
Принципиальная схема конструкции этой машины, совмещающей
все операции по изготовлению болта, показана на фиг. 297. Машина
объединяет и выполняет одновременно отрезку заготовки, черновую
и чистовую высадку заготовки, отрезку головки по граням, реду-
цирование стержня, скругление торца стержня и накатку резьбы.
За один ход ползуна изготовляется один готовый болт. Производитель-
ность автомата составляет при изготовлении болта размером М5
7000 шт. в час; при наибольшем размере изделия, для которого пока
построен такой автомат (М20), теоретическая производительность
3000 шт/час. Хотя из-за объединения всех операций в одной машине
наладка автомата и трудна, все же следует рассматривать этот ав.
ХОЛОДНОВЫСАДОЧНЫЕ ПРЕСС -АВТОМАТЫ
265
томат как совершенное и перспективное оборудование при изготовле-
нии деталей большими сериями.
Существенное преимущество автомата состоит в том, что каждая
заготовка подается на следующую операцию такой, что износ'после-
дующего штампа как бы согласуется с износом предыдущего. Так,
например, резьбовые плашки без опасения поломок можно устано-
вить весьма точно, так как подаваемые к ним заготовки из-за износа
лишь постепенно увеличиваются по диаметру. При обычном же произ-
водстве на отдельных машинах заготовки, как правило, перемеши-
Фиг. 297. Схема автомата-комбайна для болтов (болтмекер).
ваются, так что на накатном станке, налаженном по номинальному
размеру, фактически будут обрабатываться попеременно заготовки
с наибольшим и наименьшим размерами. Другое преимущество болт-
мекера заключается в возможности использования нагрева металла,
получающегося при его деформации; благодаря такому нагреву,
по убеждению многих, можно облегчить выполнение последующих
операций.
На фиг. 298 показано фото автомата-комбайна, а на фиг. 299 —
часть автомата среднего размера с узлом подачи. Заготовка при каж-
дом ходе последовательно передается к следующему, рядом располо-
женному комплекту матрица-пуансон, и затем выталкивается толка-
телем, приводимым качающимся рычагом и кулачковым валом (фиг. 299).
Перенос заготовки после отрезки сначала выполняет особый транспор-
тирующий палец, а затем уже клещи, зажим которых аналогичен
действию ножниц (фиг. 300); клещи расположены на ползушке, пере-
мещающейся с помощью вала, управляемого от кулачка через универ-
сальный шарнир. Раскрытие и зажим клещей осуществляется с по-
мощью.кулачков и тянущих пружин. Транспортирование отрезанного
болта на фасовку и накатку резьбы производится не клещами, а по
гнутому лотку; последняя операция выполняется при обратном ходе
ползуна.
Особенность изготовления деталей на автомате-комбайне состоит
еще и в том, что исходный диаметр заготовки берется приблизительно
26в
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И ОБОРУДОВАНИЕ
Фиг. 298. Автомат-комбайн для болтов диаметром
8—10 мм.
Фиг. 299. Вид на автомат-комбайн со сто-
роны подачи материала.
ХОЛОДНОВЫСАДОЧНЫЕ ПРЕСС-АВТОМАТЫ
2G7
на 18% больше, чем диаметр стержня детали. Поэтому заготовка
на первой операции должна сначала сужаться по диаметру До диаметра
детали, а резьбовая часть стержня редуцируется на размер под на-
катку во второй операции. Этот способ двойного редуцирования
Фиг. 300. Схема переносящих клещей автомата-комбайна:
а — поперечные салазки; b — тяга; с — пружина.
характерен тем, что деформирование головки становится возможным
за одну операцию высадки. При этом напряжения в металле значи-
тельно ниже, чем при обычных способах холодной высадки.
4. ПРОЧИЕ СПЕЦИАЛЬНЫЕ ПРЕСС-АВТОМАТЫ
Особой конструкцией пресс-автомата является коленорычажной
пресс с двумя подвижными ползунами. Схема пресса показана на
фиг. 301. Пресс-автоматы более старой конструкции оснащались
Фиг. 301. Конструктивная схема коленорычажного пресс-автомата
с двумя ползунами:
а — неподвижный матрнцедержатель; b — левый пуансон; с — правый пуансон.
загрузочным устройством для автоматической подачи нарезанных
заготовок; в новой конструкции (фиг. 302) обработка осуществляется
непосредственно из прутка или бунта. Граница обрабатываемых раз-
меров следующая: диаметр исходного материала до 17 мм, диаметр
268
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И ОБОРУДОВАНИЕ
высадки до 50 мм, теоретическая производительность в зависимости
от формы и размеров изготовляемых деталей составляет 1800—5500 шт.
в час. Автоматы могут выполняться и для штамповки с подогревом.
Процесс работы машины пояснен на фиг. 303 на примере изготовления
Фиг. 302. Пресс-автомат с двумя ползунами.
клапана. Материал подается роликами с регулируемым шагом
подачи и отрезается особым приемом: сначала зарубается с одной сто-
роны, а затем уже с другой стороны отрезается подвижным и непо-
движным ножами. Затем заготовка заталкивается левым пуансоном
Фиг. 303. Процесс обработки клапана на пресс-автомате:
— подача материала; 2 — зажим и зарубка материала; 3 — отрезка и заталкивание
заготовки в матрицу; 4 — проталкивание заготовки; 5 — высадка; 6 — окончательная
штамповка; 7— выталкивание; а — станина; Ъ — зарубающая полаушка; с— ползушка
ножа; d—левый ползун; е—правый ползун; f—матрицедержатель; £—отрезная матрица;
п отрезной нож (разъемный); i — заталкиватель; k — левый пуансон; I — матрица;
т — матрица; п — выталкиватель.
в неподвижную матрицу, где производится деформирование головки
правым пуансоном, который одновременно может служить и пуансо-
ном и матрицей. Во время процесса деформирования вплоть до дости-
НОВЫЕ МЕТОПЫ ХОЛОДНОГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ
269
жения конечного усилия левый пуансон на угле поворота коленчатого
вала в 60° остается неподвижным в крайнем положении. При обратном
ходе обоих ползунов готовая деталь выталкивается и удаляется с по-
мощью двух сбрасывателей. Преимущество такого принципа обработки
заключается в возможности деформирования за одну операцию фасон-
ных деталей с большим объемом головки. Поскольку этот метод в своей
основе аналогичен методу высадки с электронагревом, то можно,
применяя специальное направление для материала, высаживать очень
большие длины. Этот метод до некоторой степени также аналогичен
методу предварительной высадки подпружиненным пуансоном
(см. фиг. 106).
Ж. НОВЫЕ МЕТОДЫ ХОЛОДНОГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ
1. МЕТОД ДВОЙНОГО РЕДУЦИРОВАНИЯ (DEXBOLT)
Метод двойного редуцирования, называемый также методом Кауф-
мана, дает возможность значительно снизить длину высаживаемой
части при изготовлении обычных болтов благодаря применению боль-
шего диаметра исходного материала. Как правило, диаметр исходного
материала берется на 10—15%, а иногда и на 18% больше диаметра
ненарезаемой части болта. Вследствие этого получается припуск по
диаметру на первое редуцирование порядка 17—24% и по площади
сечения соответственно до 28%. Уменьшение сечения стержня под
накатку резьбы при редуцировании обычно составляет дополнительно
еще около 20%.
В сравнении с обычными методами высадки в данном случае полу-
чается меньшее 'отношение длины высаживаемого участка к диаметру
(при равном объеме высаживаемой головки), которое может быть выра-
жено следующим соотношением:
s
Sk - (1 + 0,01 р)8 •
Здесь обозначены: Sk — отношение длины к диаметру при двойном
редуцировании (при применении метода Кауфмана); s — то же отно-
шение при обычной холодной высадке того же объема головки; р —
увеличение диаметра исходного материала в % по сравнению с диа-
метром стержня. Так как р может составлять до 18%, то следует за-
ключить, что при двойном редуцировании можно штамповать за одну
операцию такие детали, у которых упомянутое отношение составляет до
3,8 вместо 2,3 при обычной высадке. Детали с большим объемом го-
ловки нельзя высаживать в один переход этим методом.
На изменение свойств металла, получающееся вследствие сильного
холодного деформирования, уже указывалось ранее (см. фиг. 123).
Однако, несмотря на упрочнение металла во всех частях детали,
прочность в головке и стержне будет все же различной; прочность
стержня чаще значительно ниже прочности головки. Поэтому нельзя
назвать полностью удачными попытки заменить высокопрочные тер-
мически обработанные болты более дешевыми болтами, изготовлен-
ными без термообработки этим методом. Правда, предел усталости
270 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И ОБОРУДОВАНИЕ
у болтов с холодным упрочнением выше, чем у термообработанных.
К преимуществам этого метода относится также и возможность
применения обычного катаного протравленного или известкованного
материала, так как требуемый жесткий допуск на стержне получается
за счет процесса редуцирования. Часто отжиг для снятия напря-
жений, необходимый для деталей, высаженных нормальным методом,
здесь может быть устранен, так как нет резкого различия в проч-
ности переходных сечений. Можно думать, что при применении
метода двойного редуцирования благодаря меньшим нагрузкам обра-
батываемого металла вряд ли будут возникать трудности, связанные
с изменением свойств материала.
2. ВЫДАВЛИВАНИЕ (ПРЕССОВАНИЕ ИСТЕЧЕНИЕМ)
В последние годы имеет место дальнейшее развитие обработки
выдавливанием таких деталей, как болты и винты. При этом исполь-
зуется тот опыт, который был получен при развитом в ФРГ мас-
совом производстве различных фасонных деталей методом выдавли-
вания. По своему характеру выдавливание не относится к высадке
в узком смысле этого слова. Но так как этот метод частично конкури-
рует с высадкой, а частично удачно его дополняет, рассмотрение этого
метода мы считаем необходимым.
Холодное выдавливание, называемое также ударным выдавлива-
нием, характерно тем, что при деформировании в закрытой полости
штампа создаются напряжения в металле выше предела текучести; при
этом надо учитывать, что характер нагрузки ударный. Матрица имеет
только выпускное отверстие для вытекания металла (выходное отвер-
стие), поэтому сечение здесь, в отличие от высадки, уменьшается. Ограни-
чения уменьшения сечения, обычного для редуцирования, при этом
нет. Так как металл нагружается давлением в течение всего процесса
и получает постоянное направление в матрице, степень деформации
теоретически может быть любой величины. Как правило, уменьшение
поперечного сечения при выдавливании составляет до 70% и в исклю-
чительных случаях до 80%.
В отличие от высадки, при выдавливании имеется предел размера
прессуемой детали, ниже которого метод выдавливания применять нельзя,
так как при малом диаметре получается отношение периметра к площади
сечения больше, и, значит, увеличиваются потери на трение. Наимень-
ший диаметр исходного материала составляет около 6 мм, а диаметр
стержня готовой детали 3,5 мм. При выдавливании полых тел нижняя
граница рационального применения составляет 10—15 мм (по диаметру
пуансона).
При промышленном применении этого метода для деформирования
стали с целью снижения трения между материалом и матрицей необ-
ходима соответствующая подготовка поверхности материала. Зна-
чение подготовки поверхности здесь важнее, чем при обычной высадке.
Такое требование является следствием того, что работа ведется при
высоких давлениях, которые при уменьшении сечения за одну опера-
НОВЫЕ МЕТОДЫ ХОЛОДНОГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ
271
цию на 60—70% составляют 150—170 кПм/л*. Хорошие результаты
дало фосфатирование в сочетании со смазочными средствами.
Требования к исходному материалу принципиально те же, что и при
высадке с высокими степенями деформации. Так, например, высоко-
углеродистые стали можно деформировать, если они тщательно отож-
жены.
В отношении благоприятного угла конуса на матрице положение
несколько иное, чем при других известных методах деформирования.
Фиг. 304. Схема процесса выдавли-
вания.
Заготовка.
Фиг. 305. Выдавливание с изме-
нением исходного сечеиия.
Оптимальный угол, независимо от степени деформирования и условий
трения, составляет 63°.
Отдельные операции выдавливания сплошных тел изображены
на фиг. 304. При этом можно значительно уменьшать не только цилин-
дрические сечения, нои любые другие формы (фиг. 305). Эти возмож-
ности используются, например, при изготовлении шестигранных болтов.
При этом достигается оформление шестигранной головки без обычного
процесса получения цилиндрической заготовки с последующей обрез-
кой под шестигранник. Благодаря этому процесс изготовления стано-
вится более рентабельным, и достигается еще большая экономия
материала даже в сравнении с процессами холодной высадки.
Операции такого метода изготовления болтов изображены на
фиг. 306. Исходным берется шестигранный материал с закругленными
кромками. Обычно круглый катаный пруток достаточно протянуть
один раз через шестигранную волоку на размер под ключ, несколько
меньший соответствующего размера готового болта.
Материал сначала отрезается и затем немного осаживается. После
этого осуществляется дальнейшее увеличение сечения шестигранной
части и одновременно выдавливание стержня; последней операцией
головка прессуется до чистового размера, торец головки обжимается
до перпендикулярности к стержню, а резьбовая часть редуцируется
на диаметр под накатку. Таким образом, этот метод является безот-
ходным.
272 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И ОНОРУЛОВАНИЕ
На фиг. 307 показан процесс изготовления винта с внутренним
шестигранником методом выдавливания. Процесс аналогичен преды-
дущему, но следует заметить, что сечение цилиндрической заготовки
на третьей операции больше, чем у готового винта; лишь на последней
операции головка доводится до окончательного размера за счет уве-
'-2 } „
Фиг. 306 и 307. Процесс холодного выдавливания болта
и винта с внутренним шестигранником:
I — отрезка заготовки; 2 — предварительная осадка и выдавливание;
3 — выдавливание стержня; 4 — редуцирование стержня и формовка го-
ловки; а — поджим; b — отрезная матрица; с — нож; d — переносящие
клещи; е — предварительный пуаисоп; ( — матрица; g — выталкиватель;
ft — переносящие клещи; i — пуансон выдавливания; k — матрица; I —
вставка для редуцирования; т — выталкиватель; л — замыкающий пуан-
сон: о — пуансон формовки головки; р — матрица; q — вставка для ре-
дуцирования; г — выталкиватель.
личения ее высоты. Характерно, что и здесь, несмотря на круглую
форму головки, исходную заготовку берут шестигранной. Благодаря
этому получаются более благоприятные условия деформирования
и упрочнения стержня. Но вообще возможно в этом случае применять
заготовки круглого сечения. Болты, изготовленные выдавливанием,
имеют большую прочность головки и стержня и получают без допол-
нительной термообработки сравнительно высокие механические свой-
ства, так что эти болты конкурируют с термообработанными болтами.
НОНЫЕ МЕТОДЫ КОЛОДНОГО ДЕФОГМИГОНАННЙ
273
Правда- в этом случае также не достигается предполагаемого равного
упрочнения в головке и стержне (см. фиг. 123).
Изготовление болтов с внутренним и наружным шестигранником
первоначально осуществлялось рассматриваемым методом в единичном
производстве па чеканочном прессе. Дальнейшее развитие привело
к созданию многооперационных пресс-автоматов с поперечным пере-
носом заготовок. Общие виды этих автоматов новейших конструкций,
так называемых болтопрессоваге-
лей, показаны на фиг. 308 и 309.
Фиг. 308 и 309. Вид спереди и сзади на пресс-автомат дня выдавливания бол-
тов (болтопрессователь).
Эти автоматы строятся трех размеров для диаметра стержня 6, 10
и 16 мм и соответственно длин до 70, 80 и 100 мм. Их производитель-
ность должна равняться удвоенной обычной производительности двух-
ударных автоматов.
Применение выдавливания в массовом производстве особенно
выгодно при наличии деталей с большими объемами головки, которые
невозможно изготовить обычными способами высадки.
В этом отношении особенно интересен пример изготовления заго-
товки ударника, показанный на (риг. 310. Эту простую деталь нельзя
высаживать из-за большой высоты головки и, следовательно, большого
объема. Нет возможности изготовления ее путем одинарного или двой-
ного редуцирования из заготовки, равной диаметру головки, так
как припуск по сечению весьма высок, и материал подвергался бы
или изгибу, или осаживанию. Редуцирование необходимо в таком
случае проводить трехкратное. В то же время выдавливание гаранти-
рует качественное изготовление детали за одну операцию даже из
стали с высоким содержанием углерода.
В последнее время было установлено, что детали различных форм
могут изготовляться методом выдавливания на быстроходных одно-
ударных пресс-автоматах. Принцип работы пресса при этом соот-
ветствует обычно принятому при холодной высадке; исходный материал
может подаваться в прутках или бунтах. Однако необходимо преду-
смотреть специальное выполнение штампа, как это показано нафиг. 311,
где в качестве примера изображен комплект рабочих частей штампа
для изготовления заготовки ударника.
18 1129
274
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И ОБОРУДОВАНИЕ
Так как при деформировании возникает большое количество тепла,
в штампе предусматривается соответствующее охлаждение.
3. КОМБИНИРОВАНИЕ ВЫСАДКИ И ВЫДАВЛИВАНИЯ
Дальнейшее развитие выдавливания сплошных тел осуществляется
путем объединения выдавливания с холодной высадкой. Такой метод
как с предварительной вы-
обработки может осуществляться
садочной операцией, так и вы-
давливанием с последующей вы-
садкой. Решающими при этом
являются форма и размеры из-
готовляемых деталей (фиг. 495—
497).
Фиг. 310. Выдавлива-
ние заготовки удар-
ника.
Фиг 311 Штамп для холодного
выдавливания заготовки ударни-
ка на одноударном холодновыса-
дочном пресс-автомате:
а — исходный материал; b — отрезка»
матрица; с — исж; d — упор; е — арми-
рованная матрица для выдавливания;
f — пуансон; g — выталкиватель; h —
охлаждающая проставка; I — охлажде*
ние.
а) Высадка перед выдавливанием
При выдавливании различных деталей, особенно полых, у которых
высота заготовки мала по сравнению с диаметром, применение безот-
ходной отрезки заготовки едва ли
возможно, так как весьма трудно
выполнить отрезку без отхода при
малом отношении длины к диамет-
ру. В этих случаях оказалось целе-
сообразным применять цилиндриче-
скую заготовку большей длины и
соответственно меньшего диаметра.
Фиг. 312. Выдавливание с предвари-
тельной высадкой.
которая затем на предварительной
операции осаживается до требуемо-
го диаметра. После необходимого
промежуточного отжига и подготовки поверхности можно изготов-
лять желаемую деталь выдавливанием.
Холодная штамповка гаек вырубкой
275
На фиг. 312 показан пример применения такого способа; при этом
перед выдавливанием осуществляется операция высадки, для того
чтобы осуществить безотходную отрезку стержня длиной более диа-
метра, а затем изготовить деталь малой высоты. В этом случае можно
применять обычные одноударные и двухударные холодновысадочные
автоматы. Такой принцип работы является, между прочим, основой
нового малоотходного способа изготовления гаек и им подобных
деталей (см. фиг. 333).
б) Выдавливание с последующей высадкой
Во многих случаях, когда изготовление деталей обычной холодной
высадкой невозможно из-за слишком большого отношения длины
к диаметру, а простое выдавливание неприемлемо из-за сложности
формы детали, с успехом используют объединение обоих методов.
При этом, например, сначала стержень детали прессуется, а затем
высаживается головка (см. фиг. 495). В известном смысле такой ме-
тод представляет дальнейшее развитие метода двойного редуцирова-
ния. Значительное применение нашел он в новых технологических про-
цессах изготовления нормалей. Правда, такой принцип обработки
применяется не по технологическим соображениям, а в расчете на
то, что при правильном выборе диаметра исходного материала можно
добиться равных степеней деформации во всех сечениях и, следова-
тельно, равного холодного упрочнения (см. фиг. 123 и 125). Условие
равенства прочности головки и болта, которое не достигнуто при дру-
гих, ранее упоминавшихся методах обработки, здесь выполняется
в более высокой степени, хотя совершенно равномерных значений
прочности получить не удается (см. фиг. 126). Однако возможно до-
стигнуть без дополнительной термообработки, только за счет упроч-
нения, предела прочности на разрыв порядка 60—70 кПмм2 при высо-
ком пределе текучести и достаточном удлинении. Способ холодного
упрочнения имеет особое преимущество для крепежных деталей бла-
годаря получению подобающего для них предела текучести. Предел
усталости также достаточно высок. Помимо экономии на термооб-
работке рентабельность этого метода основана также на применении
в качестве исходного материала дешевой катанки вместо холодно-
тянутой стали. Впрочем, сюда нужно добавить еще и снижение требо-
ваний к материалу в сравнении с простой высадкой, так как при
таком процессе местные деформации значительно меньше.
3. ХОЛОДНАЯ ШТАМПОВКА ГАЕК ВЫРУБКОЙ
1. ВЫРУБКА ГАЕК
Помимо изготовления гаек на автоматах резанием из профиль-
ного материала, например из шестигранника, наиболее известным
методом изготовления гаек и аналогичных им деталей является холод-
ная штамповка гаек вырубкой. При этом детали штампуются в одну
276
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И ОБОРУДОВАНИЕ
или несколько операций из полосового материала и затем формуйжя
на окончательный размер. Основанные на этом процессе гайковы-
рубные прессы строятся как кривошипные горизонтальные, так и
вертикальные.
а) Горизонтальные гайковырубные прессы
Схема обработки на горизонтальном гайковырубном прессе пока-
зана на фиг. 313. Материал в виде бунтов или отдельных полос подает-
Фиг. 313. Процесс изготов-
ления гайки на горизонталь-
ном гайковырубном прессе:
ся автоматически, сначала пробивается,
затем отрезается, чеканится по торцу и
наконец в отдельной штамповочной опе-
рации с помощью так называемой за-
чистки штампуется до окончательного
размера. На фиг. 314 изображено распо-
ложение рабочих частей штампа и пока-
зано их действие. При этом на одной сто-
роне располагаются пуансоны, на дру-
гой — соответствующие им матрицы.
Из-за этого штампуемый материал на-
гружается всегда с одной стороны. Чтобы
устранить этот недостаток, в других кон-
струкциях последняя пара матриц и
пуансонов располагается в обратном по-
рядке, так что нагрузка на полосу при-
лагается с другой стороны. Обычное
размещение инструмента на торце пол-
зуна приводит к появлению больших
боковых сил при отрезке заготовки.
Эти силы передаются на направляю.
щие ползуна и вызывают преждевре-
менный износ. В новой конструкции,
схема которой показана на фиг. 315,
I — пробивка; 2 — отрезка за-
готовки и чеканка торца; 3 —
остановка пуансона, смена мат-
риц и заталкивание заготовки
в зачистную матрицу; 4 — об-
ратная смена матриц; 5 — зачи-
стка; а — пробивной пуансон;
b — пробивная матрица; с — от-
резной и чеканящий пуансон;
а — отревной нож; е — упор; f —
захватывающий стержень; g —
цанга; h — обжимная матрица;
i — зачистная матрица; k — за-
чистной пуансон.
предусмотрен ползун с сильно разви-
той длиной направляющих, примерно
вдвое больше по сравнению со стары-
ми конструкциями. Благодаря этому дав-
ление распределяется на всю площадь
направляющих, и преждевременного из-
носа можно не опасаться. Матрицы н
пуансоны располагаются с обеих сто-
рон паза, проходящего в середине пол-
зуна. Благодаря такому изменению рас-
положения рабочих частей штампа операции пробивки и подче-
канки совершаются при ходе вперед, а операции отрезки и зачистки —
при обратном ходе.
ХОЛОДНАЯ ШТАМПОВКА ГА! К ВЫРУЪКОЙ
vn
Фиг. 314. Схема расположения штампа у горизонтального гайковыруб-
ного пресса (кулачковый пресс с рычажной передачей):
а___станина; Ь — ползун; с — зажимная колодка для штампа; d — матрицедер-
жатель; е —ползушка для смены матриц; f — съемник; g — матрицедержатель про-
бивной матрицы: й—пробивная матрица: i — пробивиой пуансон; к — отрезной
нож; 1 — отрезной и чеканящий пуансон; т — захватывающий стержень с цангой;
п _ упор; о — обжимная матрица; р — зачистная матрица; q — зачистной пуан-
сон; г — сбрасыватель.
Фиг. 315. Схема горизонтального гайковырубного
пресса с сильно развитыми направляющими j пол-
зуна:
а — станина; b — ползун; с — коленчатый вал; d — пода-
ющие ролики; eit 'ел — блоки штампа; f — пуансон для
вырезки уголков; g — пуансон для пробивки отверстия и
чеканки фасок; Л — зачистной и отрезной пуансон.
278
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И ОБОРУДОВАНИЕ
б) Вертикальные гайковырубные прессы
В прессах вертикальной конструкции наблюдать за штампами
значительно лучше, чем в горизонтальных прессах. Кроме того, благо-
даря иной конструкции штампа легче обработать детали с обоих тор-
цов чеканкой и придать им лучший вид.
Полоса также сначала пробивается, затем вырезаются уголки,
наконец, сама гайка отрезается, чеканится и зачищается на оконча-
тельный размер. Такой метод может быть применен и как только
штамповочный, при котором гайка изготовляется только с одной
фаской, и как сочетание штамповки с зачисткой. В последнем случае,
изображенном на фиг. 316, можно штамповать гайки с двухсторон-
ней фаской.
Общие виды прессов этой конструкции изображены на фиг. 317
и 318, а расположение штампов — на фиг. 319, из которой ясны
и конструкция, и принцип работы каждого штампа.
На фиг. 320 показано транспортирование заготовки между отдель-
ными операциями. Эти машины строятся по типу кривошипных прес-
сов четырех размеров для гаек с диаметром резьбы до 16 мм. За каж-
дый ход изготовляется .одна гайка. Теоретическая производитель-
ность у прессов для малых размеров гаек до М8 составляет 5200 шт.
в час, у больших прессов — около 3800 шт. в час.
в) Меры по сокращению отхода
Существенный недостаток изготовления гаек вырубкой из полосы
заключается в свойственном этому методу большом отходе металла;
в зависимости от формы и размера отход металла доходит до 50%
к весу исходного материала и соответственно 100% и более— к чис-
тому весу гаек. Таким образом, отход при этом процессе даже выше,
чем при изготовлении резанием. С целью повышения рентабельности
процесса стремятся сократить отход.
В этом направлении, например, пытались вырубку углов заменить
безотходной надсечкой, подобно тому как работают прессы для
горячей штамповки гаек. Полоса надсекается соответственно шести-
гранной форме гаек так, чтобы отход при дальнейшей штамповке был
меньше. Другой способ уменьшения отхода основывается на том,
что отверстие не пробивается, а едва намечается и затем раздается.
Заготовка по размеру выбирается такой, чтобы при раздаче и обжа-
тии в закрытой матрице получить окончательную форму гайки. Этот
способ уже гораздо ближе не к штамповке вырубкой, а к пластиче-
ской малоотходной штамповке гаек.
2. ХОЛОДНАЯ ШТАМПОВКА ГАЕК
Наблюдаемое в последние годы дальнейшее развитие технологии
и оборудования для изготовления гаек направлено главным образом
на расширение применения холодной пластической обработки давле-
ХОЛОДНАЯ ШТАМПОВКА ГАЕК
279
Фиг. 316. Схема вырубки и штамповки гаек с двухсторонней фаской:
/ — пробивка; 2 — вырубка уголков; 3 — обрезка и чеканка; 4 — чеканка вто-
рой фаски; 5 — зачисткав размер; а — пробивной пуансон; д— пробивная мат-
рица; с — пуансон вырезки уголков; d— матрицы для гыргзки уголков; е —
отрезной и чеканящий пуансон; f—отрезной нож; g — обжимная матрица;
h — обжимной пуансон; I — плита; Л — зачистной пуансон; I — зачистные мат-
. рины.
Фиг 317 и 318. Виды спереди и сзади на вертикальный гайковырубной
пресс.
280
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИ? ПРОЦЕССЫ И ОЬОРУДОЕЛНИЕ
Фиг. 31У. Схема расположения штампа для вырубки гаек:
1 — ползун; 2 — зажимная колодка штампа; 3 — плита штампа; 4 — опорная пли-
та; 5 — корпус пробивного комплекта; 6 — матрицедержатель; 7 — пробивная мат-
рица; 8 — направляющая; 9 — пробивной пуаисон; W— матрицед* ржатель с кры-
шкой; //—ма;рица ьырубкп угольников; 12 — пуансон вырубки угольников; 13 —
отрезная матрица; 14 — отрезной в чеканящий пуансон; 15 — упор; 16 — рукоят-
ка хпора; 17 — кронштейн упора; 18 — захватывающий стержень; 19— шибер;
20 — обжимной пуансон; 21 — ловитель; 22 — опорная плита; 23 — клещи шибера;
24 — переносящие клещи; 25 — нижняя зажимная матрица; 26 — верхняя зажим-
ная матрица; 27 — пуансон зачистки; 28 — ловитель; 29 рычаг сбрасывателя
(со сбрасывателем).
Фиг. 320. Расположение штампа на вертикаль-
ном гайковырубпом прессе.
ХОЛОДНАЯ ШТАМПОВКА ГАЕК
281
нием и использование опыта из других областей технологии в целях
достижения высокого коэффициента использования материала. На
фиг. 321 наглядно показано, какая экономия материала возможна
при холодной штамповке гаек в сравнении со способом вырубки гаек.
При взятом годовом производстве круглым счетом 10 млн. гаек для
размера Мб экономия, напри-
мер, составляет 26 т, при
производстве около 5 млн. га-
ек размером М24—250 т. От-
сюда ясна экономичность но-
вого способа изготовления га-
ек. В отношении производи-
тельности у современных ма-
шин, наоборот, достигнуты
весьма скромные успехи, как
это видно из данных, приве-
денных на фиг. 322. Неожи-
данным является даже неко-
торое снижение производи-
тельности новых машин по
сравнению с производитель-
ностью прессов для горячей
штамповки гаек. Однако при
этом не следует упускать из
виду улучшение качества га-
ек, изготовленных новыми
малоотходными методами.
Гайки имеют не только хоро-
ший вид, не уступающий фре-
зерованным гайкам, но и
удовлетворяют высоким требо-
ваниям в отношении соблю-
дения допусков по наруж-
ным размерам и эксцентрич-
ности отверстия. Другим преимуществом такого метода является то,
что при обработке мягкой низкоуглеродистой проволоки получают-
ся гайки с высокой прочностью, полученной благодаря упрочне-
нию. Такая прочность прежде достигалась только применением вы-
сокоуглеродистых сталей. Достойно внимания и применение материа-
ла протравленного горячекатаного вместо холоднотянутого.
Что касается области применения, то необходимо отметить, что этим
методом можно изготовлять очень высокие гайки, или так называе-
мые гайки с глухим отверстием, которые вырубкой изготовить вообще
нельзя или если можно, то с большим трудом. Кроме того, новейшие гай-
ковысадочные автоматы не ограничиваются изготовлением только
гаечных заготовок. При применении иного штампа можно изготовлять
и другие детали в массовом масштабе при тех же благоприятных
/О 10 7.5 6.9 6.9 6.5 НЛН.ШЮ
Средняя гадоВая производительность
одной машины
Фиг. 321. Сравнение в количественном от-
ношении расхода материала и отхода при
различных методах штамповки гаек.
282
технологические процессы и оборудование
предпосылках. Правда, для деталей малых размеров, например,
для гаек с размером менее Мб, они применяются редко, так как для
малых размеров гаек превалирующим процессом все же является
вырубка.
3/16 % 5/е % /г % М дюймы
Диаметр резьбы гайки
Фиг. 322. Сравнение производительности при холодной
штамповке гаек различными методами:
А «—горизонтальные гайковырубные прессы старой конструкции;
В — вертикальные гайковырубные прессы старой конструкции;
0 — автомат системы Гатебур; D— автомат системы Вотербери;
Е — автомат системы Недшроэф.
а) Холодная штамповка гаек из шариков
Уже давно известен метод холодной штамповки гаек из заготовки,
имеющей вид шарика. Шарик, проходя ряд штамповочных операций,
деформируется без отхода до шестигранной формы. На основе подоб-
ного процесса деформирования спроектированы прессы для холодной
штамповки гаек из шариков. Однако большого распространения
в производстве этот метод не получил.
б) Метод Вотербери
Схематически показанный на фиг. 323 метод холодной штамповки
гаек из круглого прутка (метод Вотербери) предусматривает пять
операций, проводимых одновременно, так что за каждый ход пресса
изготовляется одна заготовка гайки. Пресс-автоматы представляют
собой специализированную разновидность упоминавшихся много-
позиционных автоматов с поперечным переносом заготовки. Они сходны
не только по внешнему виду (фиг. 324), но и по конструкции с новей-
шими автоматами-комбайнами для изготовления болтов (фиг. 325).
Расположение штампов показано на фиг. 326, а их форма и принцип
работы — на фиг. 327. Штампы сравнительно просты в изготовлении
и могут несколько раз перетачиваться. Стойкость рабочих деталей
штампа значительно выше стойкости штампов для вырубки гаек.
Применяемая круглая проволока, свойства которой должны удов-
летворять требованиям применяемых штамповочных операций, должна
ХОЛОДНАЯ ШТАМПОВКА ГАЕК
283
деформироваться так же хорошо, как обычная проволока для высадки,
и не иметь внутренних и внешних дефектов. Диаметр проволоки
до недавнего времени составлял около 80% размера под ключ. На
новых машинах обрабатывается несколько более толстая проволока
с диаметром в диапазоне 88—90% размера под ключ.
Фиг. 323. Процесс изготовления гаек по методу Вотербери:
1 — отрезка заготовки; 2 — осадка; 3 — двухсторонняя калибровка фа'
сок; 4 — окончательная формовка с наметкой отверстия; S — пробивка
отверстия. (При калибровке фасок с одной стороны шестигранник должен
предварительно формоваться на третьей операции); а — поджим; b— нож;
с — отрезная матрица; d — переносящие клещи; е — пуансон осадки; f—
матрица; g — упор и выталкиватель; h — переносящие Клещи; i — пуан-
сон калибровки фасок; k — матрица; I—упор и выталкиватель; т—
переносящие клещи; пуансон для наметки отверстия; оа — полые
пуансоны; р — пробивной пуансон; q —’пробивная матрица.
Связанное с холодным деформированием упрочнение создает также
и здесь высокие показатели механических свойств (см. фиг. 127);
в зависимости от применяемого материала достигается предел проч-
ности 60кГ/мм2и выше. Можно считать, что прочность исходного ма-
териала повышается на 50% и выше, не слишком уменьшая предпи-
санное значение удлинения. Достоинством метода является также
более благоприятное замкнутое расположение волокон, чем у гаек,
изготовленных вырубкой или резанием. Однако самым значительным
преимуществом является сравнительно малый отход, который состоит
лишь из высечки с высотой около половины высоты гайки и в общем
составляет, сообразно форме и размерам гайки, от 15 до 25%.
Теоретическая производительность в час для преславтоматов
Вотербери составляет у малых конструкций для изготовления гаек
с резьбой Мб 7500 шт., у больших машин для гаек с резьбой до 26 мм
3000 шт.
в) Метод Нейшенл
Другой спроектированный в США многоударный пресс-авто-
мат для холодной штамповки гаек основан примерно на аналогичном
предыдущему технологическом процессе. Заготовка, отрезанная от
круглого прутка, сначала правится осадкой по торцам, затем
уже в третьей операции формуется шестигранник с предварительной
наметкой отверстия, потом заготовку переворачивают и с другой
284
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И ОБОРУДОВАНИЕ
Фиг. 324. Гайкоштамповочный пресс-автогаг фирмЬ Вотербери для
гаек размером до 12 мм.
Фиг. 325. Схема гайкоштамповочного пресс-агтомата фирмы Вотербери.
ХОЛОДНАЯ ШТАМПОВКА ГАЕК
285
Фиг. 326. Расположение штампов в гайкоштампо-
вочном пресс-автомате.
286
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И ОБОРУДОВАНИЕ
стороны также намечают отверстие. После вторичного поворота в пос-
ледней операции пробивается отверстие.
Отличием этого метода является применение сферического пуансона
для наметки отверстия, а не цилиндрического или конического, как
обычно. Благодаря такой форме пуансона возможно лучшее запол-
Фиг. 328. Гайкоштамповочный пресс-автомат для гаек
до 16 мм фирмы Нейшенл.
нение кромок. В остальном пресс-автомат Нейшенл, напоминающий
по своему виду автомат-комбайн для болтов (фиг. 328), в отношении
применения и производительности аналогичен прессам Вотербери.
г) Метод Гатебур
На фиг. 329 изображена схема процесса изготовления гаек из ше-
стигранной заготовки, запроектированного в Швейцарии фирмой Гате-
бур. Деформирование заготовки осуществляется в четырех операциях,
которые в противовес американским методам выполняются на уста-
новке, состоящей из двух отдельных машин. В первом пресс-автомате
(фиг. 330) заготовка отрезается и штампуется начерно под шестигран-
ник с образованием фаски на одном торце; перед чистовой обработ-
кой на втором прессе проводится отжиг, который целесообразно
совместить с фосфатированием поверхности. Заготовка затем подается
из бункера фаской вверх в первую матрицу второго пресса, где вы-
давливаются с обеих сторон углубления. При этом благодаря вытес-
нению материала из лунок гайка поверху получает готовый размер.
На последней операции пробивается отверстие. Для второго пресса
до сего времени предпочиталось вертикальное исполнение, которое,
очевидно, имеет преимущество в отношении более легкого транспор-
тирования заготовок (фиг. 331). Однако в последнее время стали
применять для этой цели горизонтальные автоматы с поперечным
переносом (фиг. 332). Прессы сконструированы таким образом, что
ХОЛОДНАЯ ШТАМПОВКА ГАЕК
287
могут применяться также и для других целей при оснащении их
соответствующими штампами.
В качестве исходного материала берется прокатанная проволока,
предварительно протянутая через шестигранную волоку для полу-
Фиг. 329. Процесс изготовления гаек по методу Гатебур:
I — отрезка заготовки; 2 — односторонняя калибровка и черновая штам-
повка. Промежуточный отжнг; 3 — чистовая штамповка с наметкой от*
верстия; 4 — пробивка отверстия; а — поджим. Ь — нож; с — отрезная
матрица; d — черновой пуансон; е — матрица; f — упор и выталкиватель;
g — переносящие клещи; А — пуансоны наметкн отверстий; I — чистовые
пуансоны; й — матрица; i — пуансон пробивной; т — пробивная матрица.
чения шестигранника со скругленными кромками. Размер под ключ
материала при этом должен составлять 90—95% от аналогичного
размера готовой гайки. Отрезать заготовку необходимо при точном
соблюдении ее объема, чтобы не полу-
чить на последней формовочной операции
заусенца на торцовых кромках гайки.
Фиг. 331. Вертикальный
пресс-автомат фирмы Га-
тебур для последних двух
операций.
Фиг. 330, Гайкоштамповочный
пресс-автомат фирмы Гатебур
для первых двух операций (для
размера до 16 лои).
Эти автоматы строятся для тех же размеров, что и американские.
Их производительность, правда, несколько ниже (см. фиг. 322), так
как производительность в целом определяется по второму прессу,
>88
Технологические процессы и оборудование
работающему несколько медленнее первого. В зависимости от формы
и размера гаек отход составляет по отношению к чистому весу 8 —14%,
соответственно к черному весу 7—12%. При изготовлении весьма
высоких гаек или гаек с глухим отверстием отхода можно избежать
вообще.
Гайки, изготовленные этим методом, имеют хороший внешний вид
и большую точность; они имеют более высокую, чем исходный материал,
прочность благодаря холодному
упрочнению, хотя увеличение
прочности из-за введения отжи-
га и несколько иного характера
деформирования ниже,- чем у
гаек, изготовляемых из кругло-
го проката (см. фиг. 128). В си-
лу этого высокая прочность гаек
должна обеспечиваться правиль-
ным выбором исходного матери-
ала с соответстсвующим хими-
ческим составом.
Преимуществом рассматрива-
емого метода по сравнению с
многооперациопной штамповкой
на одном автомате является
Фиг. 332. Новый горизонтальный пресс- меньшая чувствительность К
автомат, фирмы Гатебур для послед- возможным дефектам исходно-
них двух операций (для размера го материала; при этом нагруз-
до 6 ки на материал значительно
ниже. В дальнейшем предпо-
лагается объединить выполнение всех операций на одном прессе
и изготовлять гайки по этому методу также на многооперационном
автомате, так как благодаря сравнительно малым деформациям можно
отказаться от промежуточного опыта. Оправдан ли отказ от столь
важного преимущества, каким является промежуточный отжиг, пока-
жет дальнейшая практика.
д) Метод Мальмеди
В отличие от заграничных малоотходных методов изготовления
гаек в появившемся недавно в ФРГ усовершенствованном процес-
се сознательно предусматривается образование заусенца в закрытых
штампах при окончательной формовке детали. После холодной срор-
мовки гайка в заключение подвергается зачистке. Достоинством такого
метода является меньшая точность штампов и не очень жесткие до-
пуски при обработке заготовки на предварительных операциях.
Операции этого нового метода, которые выполняются аналогично
методу Гатебур на двух отдельных пресс-автоматах, показаны на
фиг. 333. Исходным материалом является круглый прокат, диаметр
которого значительно меньше, чем при других методах, и составляет
ХОЛОДНАЯ ШТАМПОВКА ГАЕК
289
всего 65% размера гайки под ключ. Отрезанная заготовка, требуемая
длина которой для обычных гаек составляет 1,6—1,8 диаметра, оса-
живается примерно на 55% до диаметра,составляющего приблизительно
97% размера под ключ готовой гайки. Таким образом, процесс соче-
тает высадку и прессование, о чем уже говорилось. При этом имеется
возможность получения из проволоки без отхода заготовки с малым
отношением высоты к диаметру путем включения дополнительной
Фиг. 333. Пресс изготовления гаек по методу Мельмеди:
/ — отрезка заготовки; 2 — осадка; 3 — черновая штамповка и наметка отверстии; 4 —
пробивка заготовки; 5 — зачистка в размер; а — отход при пробивке; Ь~ отход при за-
чистке.
операции осадки. За этой операцией следует операция отжига с после-
дующим фосфатированием. Потом, уже во втором автомате,, заготовки
в закрытой матрице формуются под шестигранник с наметкой отвер-
стия, а затем пробиваются. В последней операции гайка зачищается
начисто под размер. Важно, что для этого метода не требуется специаль-
ных машин; можно изготовлять гайки, имея лишь одноударный хо-
лодновысадочный автомат и вертикальный пресс обычной конструк-
ции, применяемый для вырубки гаек. Целесообразно составить группу
из трех машин, причем на одноударном автомате производится пред-
варительная осадка заготовки, а два других пресса, оснащенные
специальными штампами, служат для выполнения окончательных
операций. Возможная производительность такой группы машин весьма
высокая и приблизительно вдвое больше, чем производительность,
достигнутая на гайковырубных прессах. Другим достоинством этого
нового метода является отсутствие особых требований к материалу.
И. УХОД ЗА ОБОРУДОВАНИЕМ
Безупречная и бесперебойная работа различных штамповочных
машин возможна лишь в том случае,если вопросам ухода и содержания
оборудования уделяется достаточное внимание. Устранение неисправ-
ностей в машине должно проводиться не только тогда, когда уже
невозможно дальнейшее продолжение работы. Рекомендуется вместо
ремонта от случая к случаю переходить к предупредительному ремонту
и периодическому контролю состояния машины. Внедрение такого
мероприятия значительно облегчается благодаря применению машин-
ных карт, в которые вносятся сведения как о времени регулировоч-
ных проверочных испытаний, так и о времени и характере прово-
димых ремонтных работ. Затраты, необходимые для этого, ничтожны
в сравнении с получаемыми преимуществами. Тщательный и регуляр-
19 ы аы
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И ОБОРУДОВАНИЕ
290
ный уход и контроль скажутся не только в уменьшении непред-
виденных случаев разладки машин, но и в устранении длительных
и дорогих капитальных ремонтных работ, так как при этом можно
заранее обнаружить возможные неполадки. Различные мероприятия
по уходу и результаты, появляющиеся по причине пренебрежения
этими мероприятиями, обобщены для фрикционных прессов
в табл. 55. Наряду с указанным необходимо уделять внимание общей
Таблица 55
Правила ухода за фрикционным винтовым прессом
и последствия неправильного ухода
Требования правильного ухода Последствия неправильного ухода
Правильная регулировка направ- ляющих. Плотное прилегание фрикционной обшивки к маховику и чистота ее поверхности. Пускать пресс в ход лишь в слу- чаях, когда удар ползуна будет вос- принят инструментом или какой-либо прокладкой. Зажимные болты должиы сидеть по возможности вплотную к инстру- менту. Обеспечивать надежное крепление инструмента. При большом зазоре повреждение ин- струмента и неточная работа. Замасленная или неплотно прилегаю- щая обшивка приводит к неравномерной работе шпинделя. Заклинивание винта, повреждение гайки и органов управления. Слишком далеко отстоящие болты мо- гут привести к ослаблению крепления инструмента, а следовательно, и к повреж- дению или поломке. Слабо закрепленный инструмент может привести к поломке инструмента и по- вреждению машины. Опасно!
опрятности оборудования и инструмента, так как это сказывается
не только на чистоте готовых деталей, но и на износе инструмента
и оборудования. Например, весьма эффективным очистным приспособ-
лением является управляемый вручную паровой кран, соединенный
гибким шлангом с водяным аккумулятором, работающим под давлением
14 ат. К этому приспособлению придается бачок с мыльным или мою-
щим раствором, также работающий под давлением, благодаря которому
моющие средства распыляются вместе с паром. Такое одновременное
применение растворителей, подогрева и давления оказалось весьма
эффективным для обезжиривания и очищения большей части машин-
ного парка.
К. ВНУТРИЦЕХОВОЙ ТРАНСПОРТ
Для бесперебойного хода производства и экономичности различ-
ных способов обработки решающим является не только производи-
тельность отдельных машин. Значительное влияние оказывают орга-
низация производства, а также тип и состояние применяемых транспорт-
ных средств. В промышленности за рубежом, прежде всего в США,
уже давно поняли это; там используют все технические возможности,
чтобы постоянно улучшать средства внутрицехового транспорта и этим
способствовать обеспечению хода работы и повышению продуктивности.
ВНУТРИЦЕХОВОЛ ТРАНСПОРТ 291
1. ЗНАЧЕНИЕ ТРАНСПОРТА
Технологический процесс изготовления от подачи материала до
готовой к сдаче детали состоит, в части транспорта, из боль-
шого числа отрезков времени, затрачиваемых на подъем, опускание,
сдвигание и перемещение. Однако это лишь частично выявляется
в затратах .средств и времени на транспортирование, чаще же все
это включается как вспомогательное время к общей норме времени.
Хотя эти затраты средств и времени составляют значительную часть
общего времени, их величину узнать довольно трудно. Это является
основной причиной того, что во многих случаях проблеме транспор-
та не уделяется должного внимания.
Однако значение этого вопроса не ограничивается только рацио-
нализацией и удешевлением внутрицехового транспорта и ускоре-
нием благодаря этому ходу производственного процесса. Косвенно
влияние его распространяется и на снижение себестоимости, так
как рациональный транспорт позволяет сократить до минимума
промежуточное складирование, а следовательно, и средства, вложен-
ные в полуфабрикаты. Ускоряется оборот материалов в производстве,
поэтому сокращается время обслуживания, облегчается наблюдение,
уменьшается потребность в площадях. Кроме того, в производствах
с большой программой при надлежащих транспортных стредствах
легче осуществить смену объекта производства, благодаря чему
упрощается выполнение малых заказов и сокращаются сроки поставки.
2. ПОТОЧНОСТЬ ПРОИЗВОДСТВА
Сокращения времени, затрачиваемого на транспортирование, и свя-
занных с этим расходов следует добиваться прежде всего за счет
сокращения длины транспортирования. Развитие массового произ-
водства в современной промышленности тесно связано с вопросами
применения конвейеров и поточных линий. Благодаря продуманному
соединению соответствующих обрабатывающих машин в последова-
тельности, заданной технологическим процессом, с приданием этой
группе машин рациональных средств транспорта можно до минимума
сократить издержки производства по всему производственному циклу.
Такое мероприятие одновременно облегчает также текущий надзор
за производством и контроль качества.
Правда, построение производства по такому принципу требует
для каждой группы деталей отдельной поточной линии, а так как
на большинстве предприятий предпочитают многосторонние возмож-
ности производства, такая перестройка может быть проведена лишь
с большими трудностями. Из опыта известно, что это сложнее там,
где обширнее номенклатура изделий и разнообразнее операции,
проводимые при обработке. Возможности перестройки часто ограни-
чены также условиями помещения. При этом следует отметить недо-
статок поточных линий, обусловленный тем, что продуктивность
их определяется по наименее производительной обрабатывающей
19*
292
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И ОБОРУДОВАНИЕ
машине. Равенство циклов работы отдельных единиц оборудования
поточной линии обеспечивается зачастую лишь при отказе от полной
возможной отдачи некоторых машин. Далее, при разладке и выходе
из строя одной единицы останавливается вся поточная линия, так
как промежуточный запас полуфабрикатов ограничен, а иногда и во-
обще отсутствует.
Однако, несмотря на эти ограничения, в ряде случаев представ-
ляется возможным за счет поточного расположения машин обеспе-
чить бесперебойный, иногда автоматизированный процесс производ-
ства. Усовершенствования подобного рода следует прежде всего про-
водить там, где производство связано с устойчивым технологическим
процессом.
Вопросу удаления отходов также необходимо уделить достаточно
внимания. В этом направлении имеются большие возможности для
сокращения вспомогательных работ. Необходимо обеспечить при этом,
во-первых, разделение деталей и отходов и, во-вторых, наиболее
удачное их удаление.
Наконец, бесперебойному ходу процесса способствует правиль-
ная организация рабочего места. Должно быть достаточно места для
принимаемых или отправляемых деталей и материала. Правда, наи-
более значительную роль в производственном процессе играет дви-
жение обрабатываемых заготовок, а невозможности их складирования.
Надлежащее складирование обеспечивает только порядок, а не уско-
рение протекания процесса. Однако упорядочение косвенно также
способствует улучшению хода работы.
3. ТИПЫ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ
Широкие, сулящие явный успех, возможности рационализации
производства представляет собой введение в эксплуатацию соответ-
ствующих производительных транспортных средств, транспортеров,
подъемников. Необходимо учитывать, что транспортная проблема
должна решаться не только на плоскости, но и в пространстве, по-
этому внимание должно быть уделено и высоте расположения транс-
портных устройств.
На устаревших предприятиях еще господствуют ручные тележки
и даже простые тачки. Их следует по возможности заменять тележ-
ками с подъемной платформой и съемными ящиками, так как это дает
заметное повышение производительности вследствие исключения по-
грузки на них и разгрузки.
Кроме прерывного подвижного транспорта, в серийном и массо-
вом производстве еще шире применяют грузоподъемные виды транс-
порта, чаще автоматизированные: канатные подъемники, кошки
и мостовые краны; монорельсы в связи с этим играют уже вспомога-
тельную роль. Монорельсы применяются при установке и ремонте
оборудования, они пригодны также на складе материалов. О совре-
менных транспортных средствах доя обслуживания перевозок и скла-
дирования материалов уже говорилось (см. фиг. 52—55).
ВНУТРИЦЕХОВОЙ транспорт
893
а) Тара для транспортирования
Тара различного конструктивного исполнения — от сваренной
из уголков рамки с деревянным дном до изготовленного из профили-
рованного железа ящика может покупаться и изготовляться простей-
шими средствами у себя. Размеры ее следует выбирать такими, чтобы
самую большую пустую тару один рабочий мог передвигать, а два
рабочих — поднимать. Тара на предприятиях пли рабочих местах,
обслуживаемых женщинами, должна быть меньше и легче. Для обес-
печения достаточного срока эксплуатации необходим регулярный
осмотр тары; поврежденная тара должна сниматься с эксплуатации
и ремонтироваться. На больших предприятиях рационально выделить
одного ремонтника или сварщика для надзора за исправным состоя-
нием тары.
б) Ручные подъемные тележки
Обычные тележки строятся с консольным расположением плат-
формы для легких грузов и дышлового типа — для грузов весом свыше
2 т. Наличие подъемной платформы, которая устанавливается на
требуемую высоту, дает возможность легко выполнять разгрузку
и погрузку. Правда, такое транспортирование нагруженной тары
нерационально при больших расстояниях или плохом состоянии
пола. На современных предприятиях ручные тележки применяют,
как правило, только для возврата порожней тары, чтобы не загружать
электрокары. Ручной транспорт груженой тары применяется лишь
в исключительных случаях.
в) Самоходные средства прерывного транспорта
Безрельсовый самоходный транспорт имеет большую скорость
и более высокую грузоподъемность, чем ручные тележки. Кроме
того, он менее чувствителен к состоянию пола и независим от силы
рабочего. Несмотря на более высокие первоначальные и эксплуата-
ционные расходы, самоходный транспорт более экономичен, чем руч-
ной, при условии надлежащего его использования.
Важнейшей основой использования самоходного транспорта явля-
ется накопление перемещаемых материалов большими количествами
весом до нескольких тонн. Для накопления служат соответству-
ющие стеллажи или емкости, обеспечивающие складирование с мак-
симальным использованием занимаемого пространства непосредствен-
но у машин или на складах.
Самоходные тележки, так же как и ручные, лучше применять
с подъемной платформой, что облегчает загрузку и разгрузку. Име-
ются и другие узкоспециальные конструкции тележек (см. фиг. 54
и 55).
На основе эксплуатационного опыта с учетом только действующего
тарифа на электроэнергию можно сказать, что в ФРГ электро-
привод тележек выгоднее, чем привод с использованием двигателя
294 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И ОБОРУДОВАНИЕ
внутреннего сгорания. Это, прежде всего, относится к крупным пред-
приятиям, где гарантированы необходимые условия содер-
жания безрельсового транспорта. Имеются многочисленные типы и
конструкции электротележек разных размеров. Наибольшая грузо-
подъемность обычных электрокар составляет 3 т, электророллеров
2 т, электровагонеток 5 т. Электрокары с подъемником и электро-
роллеры выполняются и как тягачи с тяговым усилием до 5 т, а спе-
циальные электротягачи и буксиры могут иметь тяговое усилие до
15 т.
Для специальных целей, в особенности когда необходима большая
мощность для подъема или преодоления крутых подъемов, рационален
и привод от двигателя внутреннего сгорания. Экономичность его за-
висит от соотношения цен на электроэнергию, дизельное топливо
и бензин. В США и некоторых других странах цены на бензин сравни-
тельно низкие, поэтому тележки с бензиновыми двигателями там
применяют чаще, чем с аккумуляторным приводом.
г) Рельсовый транспорт
Кроме безрельсового транспорта, применяются и рельсовые ваго-
нетки, особенно для перемещения тяжелых грузов, а также на пред-
приятиях с плохим состоянием пола. Рельсовый транспорт, приме-
няемый чаще в цехах для горячей обработки, имеет некоторые недо-
статки, в частности — малую маневренность и малые возможности
для разъезда. Зато рабочий вручную может перемещать рельсовую
вагонетку с грузом до 3 т.
д) Лотки
Наряду с подвижным прерывным транспортом эффективно приме-
няются и различные виды непрерывного автоматического транспор-
тирования. Простейшей формой их являются лотки, т. е. наклонные
металлические или деревянные желоба. Наклон зависит от типа
транспортируемых деталей; для цилиндрических деталей требуется
меньший наклон, чем для призматических. Иногда можно отказаться
от ската деталей и перемещать их вручную. Лотки могут быть и криво-
линейными; кроме того, они иногда работают совместно с другими
транспортными средствами (фиг. 336).
е) Рольганги
Рольганги являются наиболее простыми устройствами, не нуждаю-
щимися в приводе, и требуют небольшого ухода. Они устанавливаются
или с уклоном 0,02—0,05, или горизонтально. В последнем случае детали
передвигают вручную на небольшое расстояние.
При необходимости перемещения на большую длину, когда уклон
недостаточен для самостоятельного перемещения деталей, применяют
приводные рольганги.
Рольганги могут быть прямолинейными или криволинейными.
Для создания проходов на участках рольганга, располагаемых на
ВНУТРИЦЕХОВОЙ ТРАНСПОРТ
$95
переходах, встраиваются откидные участки. Ответвления делаются
с помощью откидываемых или отодвигаемых разводок (фиг. 334).
Для перпендикулярных ответвлений на перекрестке ставят поворот-
ные круги (фиг. 335), которые, правда, имеют тот недостаток, что могут
поворачивать, как правило, только одну деталь.
Фиг. 334. Ответвление рольганга.
Фиг. 335. Поворотный круг роль-
ганга.
Особую конструкцию представляют спиральные рольганги, до-
пускающие спуск деталей с большой высоты (например, с верхнего
этажа) при минимальных габаритах рольганга.
Короткие рольганги хорошо устраивать у места обслуживания
обрабатывающих машин, например у прессов. Располагая наклон-
ный лоток перпендикулярно рольгангу и обеспечив регулярную за-
грузку лотка достаточным количеством заготовок (краном или тележ-
кой), можно освободить рабочего от потерь времени на наклон, подъем
и перемещение деталей и тем самым сосредоточить его внимание
на основном задании.
ж) Цепные транспортеры
Цепные транспортеры пригодны преимущественно для тяжелых
деталей, например, для перемещения больших заготовок от ножниц
или пилы к нагревательной печи. В этом случае цепной транспортер,
движущийся со скоростью 10—50 м/мин, связывается с приемной
плитой печи. Вообще цепные транспортеры в серийном и массовом
производстве применяются не столь часто.
з) Ленточные транспортеры
Для прямолинейного перемещения малых и средних деталей от
одной единицы оборудования к другой или иа контроль, или еще
296 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И ОБОРУДОВАНИЕ
куда-либо особенно эффективны ленточные транспортеры. Они имеют
скорость в пределах 0,5—3 м/мин и могут устанавливаться горизон-
тально или наклонно.
Существует специальная конструкция ковшового транспортера.
Она применяется для подъема заготовок или полуфабрикатов, например,
для загрузки бункеров, а также для передачи с этажа на этаж
на многоэтажных предприятиях.
и) Подвесные транспортеры (круговые транспортеры)
Подвесные транспортеры отличаются от обычных монорельсов тем»
что они имеют замкнутую траекторию движения. Пол не нагружается»
так как транспортер подвешивается на потолке или на кронштейнах
к стене. Траектория может быть не только прямолинейной, но идти
и по кривой, а также, с известным ограничением, проходить через
верхние и нижние этажи, над переходами и оборудованием. Обычно
их загрузка и разгрузка производится на ходу.
Для транспортирования мелких и средних деталей применяют
специальный ковшовый подвесной транспортер. Тара для загрузки
при этом выполняется в виде люльки или ковша, но может заменяться
крюками или клещами, например для транспортирования бунтов
Фиг. 336. Совмещение подвесных транспор-
теров с лотками.
проволоки. Наибольшая нагрузка на ковш колеблется в зависимости
от его размера в пределах от 60 до 200 кг\ но подвесные транспортеры
могут применяться и для более тяжелых грузов. Длина транспортера
практически не ограничена, поэтому такой тип наиболее подходящ
для перемещения на большие расстояния, например для транспор-
тирования полуфабрикатов из одного помещения в другое — в тра-
вильное, упаковочное отделения, на контроль и т. п. Кроме того,
эти транспортеры могут комбинироваться с другими средствами не-
прерывного транспорта. При этом, например, возможна автоматиче-
ская передача транспортирующей тары с крючка на лоток (фиг. 336),
IV. ПЕЧИ И НАГРЕВАТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ
Важность печей и нагревательных установок для подготовки
материалов под штамповку, а также значение нагрева для беспере-
бойного хода процесса и экономики производства в полной мере
установлены лишь в последнее время. Необходимо подчеркнуть, что
при всех методах горячей штамповки затраты на нагрев весьма велики;
они, как правило, выше, чем заработная плата, и составляют при
грубой оценке около 30% общей себестоимости (исключая капиталь-
ный ремонт оборудования и печей).
Поэтому в последнее время усовершенствования прямо или косвенно
направлены на снижение затрат на нагрев, при этом не только на улуч-
шение существующих или создание новых печей, по и на правильный
выбор размера печи и подходящего топлива. Кроме того, в данное
время установилось мнение о необходимости работать с подогревом
воздуха, регулированием количества сжигаемого топлива и с аппа-
ратурой для измерения температуры. Вместе с применением защитных
средств для предупреждения образования окалины все больший удель-
ный вес приобретает электронагрев при штамповке; при этом наряду
с нагревом сопротивлением растет значение индукционного нагрева.
А. КОНСТРУКЦИЯ ПЕЧЕЙ
Для штамповки и высадки применяется большое число различных
нагревательных печей. Наряду с печами для местного нагрева прутков
и проволоки имеются печи дня нагрева и отжига призматических
и цилиндрических заготовок и штампованных полуфабрикатов. В соот-
ветствии с целями применения печи различают по виду сжигаемого
топлива, а также по размерам и конструктивному выполнению.
1. ВИДЫ ТОПЛИВА
Для нагрева в печах используются всевозможные виды топлива.
Применяется кокс и уголь, а также жидкое топливо, генераторный
газ, получаемый из антрацита, кокса, брикетов бурого угля и, наконец,
все в большей мере-природный газ.
Раньше большое распространение имели угольные и коксовые
печи. На фиг. 337 показана очковая поворотная печь для местного
нагрева заготовок, а на фиг. 338—угольная кузнечная печь малого
размера. Эти конструкции печей характерны большими потерями
I
298
ПЕЧИ И НАГРЕВАТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ
тепла, так как в них не используются горячие отходящие газы. Кроме
того, для достижения требуемой рабочей температуры необходимо
Фиг, 337. Поворотная очковая
коксовая печь:
а — очко; b — подвод воздуха»
с — воздушная камера; d — колпак;
с—откидная колосниковая решетка.
применение высококачественного угля.
Прогресс в этой области привел преж-
де всего к печам с полугазовой топ-
кой, где обеспечивается использование
отходящего тепла в выложенном кир-
пичом рекуператоре и допускается при-
менение бурых углей. Для крупных
кузнечных печей стала применяться
регенеративная система Сименс. За гра-
ницей часто применяется для печей
нефть и мазут, но в ФРГ жидкое
топливо применяется редко из-за его
высокой стоимости. Сжигание нефти яв-
ляется наиболее распространенным про-
межуточным решением при переходе на
газ.
В последнее время все больше приме-
няют газовые печи, являющиеся сегод-
ня, несмотря на подчас высокую стои-
мость газа, стандартными конструкция-
ми печей, используемых при горячей вы-
садке и других штамповочных работах.
Некоторые современные конструкции по-
казаны на фиг. 339 и 340.
Преимуществом газового отопления
является, прежде всего, возможность применения весьма малых печей,
а также легкое регулирование, удобное обслуживание, более чистая ра-
Фиг. 338. Малая угольная кузнечная печь:
а — заслонка; Ь — под; с —дымоход; d — заслонка дымохода; е — колосники; f -> шла-
ковые отверстия.
бота. Так как соединение с газовой магистралью имеется не у всех
предприятий, следует рассмотреть возможности собственного произ-
КОНСТРУКЦИЯ ПЕЧЕН
299
I
I
300
ПЕЧИ И НАГРЕВАТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ
водства генераторного газа. В качестве топлива для газогенератора
лучше всего брать кокс, применение которого не требует устройства
дорогой и хлопотной очистки от смол. С недостатком сравнительно
низкой температуры сжигания газа, с низкой теплотворной способ-
ностью можно примириться, так как благодаря- высокой температу-
ре отходящих газов возможен достаточный' подогрев и воздуха, и
газа.
В качестве отправной величины для суждения о возможности
установки коксогенераторной станции можно считать, что стоимость
установки без учета стоимости зданий, фундамента и монтажа состав-
ляет, сообразно величине газогенератора, 40 000—50 000 германских
марок.
2. КОНСТРУКТИВНЫЕ ФОРМЫ ПЕЧЕЙ
Для местного нагрева нарезанных заготовок применяются главным
образом очковые печи (см. фиг. 337 и 339). При работе из прутка более
приемлемы малые кузнечные печи (см. фиг. 338 и 340). Аналогичные
Фиг. 341. Мазутная проходная печь для нагрева при автоматической
штамповке гаек.
конструкции печей применяются и для полного нагрева заготовок
и кубиков. Кроме того, применяют печи с вращающимся подом,
а иногда печи с толкателем и роликовым подом, если идентичность
продукции и ее размеры это допускают.
Особое значение приобретает вопрос качества печей в связи с экс-
плуатацией ранее описанных современных высокопроизводитель-
ных пресс-автоматов. Так, например, автомату для горячей штамповки
гаек фирмы Гатебур придается печь около 7 м длины (см. фиг. 240).
Она выполнена в виде тоннельной саморазгружающейся печи с электро-
управляемым поперечным переносом заготовок и с восемью щелями
для одновременного нагрева восьми рядом расположенных прутков
длиной порядка 6 м. Для уменьшения угара и окалины печь работает
на жидком топливе. Потребление топлива составляет около 120 кг
КОНСТРУКЦИЯ ПЕЧЕН
801
в час; время пуска вплоть до рабочей температуры 1100° составляет
всего лишь около 1 часа. В качестве другого примера на фиг. 341
показана проходная печь гаечного автомата фирмы Недшроеф. Печь
передвижная и с помощью вспомогательного электродвигателя может
отодвигаться от автомата на расстояние до 1,2 м (для обеспечения
большей доступности подхода к инструменту). Топливо печи жид-
кое, имеется одиннадцать форсунок, расположенных на одной стороне;
их общее потребление составляет около 140 кг мазута в час. Печь
тщательно изолирована и имеет подогрев воздуха. Расход мазута
на 1 т пропускаемого металла составляет 170 кг. При желании печь
может переналаживаться на отопление газом.
3. РАЗМЕРЫ ПЕЧЕЙ
В зависимости от целей применения размеры печей весьма сильно
разнятся. В рассматриваемой области работ нагрев в основном обес-
печивается малыми кузнечными печами, мельчайшими кузнечными
печами и так называемыми карликовыми кузнечными печами. Малыми
кузнечными печами называют печи с площадью пода 0,5—3 м2. Сюда
относятся камерные печи для отжига, печи с толкателем для тяжелых
деталей, а также наиболее тяжелые печи для нагрева пруткового
материала. К мельчайшим кузнечным печам с площадью пода 0,1—
—0,5 м2 относится большое число печей для нагрева прутков и малые
камерные печи для отжига. Карликовые печи, имеющие площадь
пода ниже 0,1 м2, — это все печи для нагрева мелких деталей, тонких
прутков и обычные печи для нагрева заготовок болтов.При установлении
рационального размера печи следует прежде всего учитывать, что печи
должны иметь по меньшей мере ту же производительность, что и об-
служиваемые прессы или ковочные машины. Так как производитель-
ность печи зависит от типа, формы и размера нагреваемого материала,
нельзя непосредственно брать за основу расчета номинальную произ-
водительность, указанную поставщиком. Следует в каждом отдельном
случае выяснить условия производства и нагрева с учетом возника-
ющих потерь тепла.
Опыт показал, что нагревательные печи редко выбираются слишком
малых размеров; гораздо чаще, особенно с учетом частой смены про-
граммы производства, берутся большие печи, которые поэтому недоис-
пользуются. Даже карликовые печи, с площадью пода меньше 0,04 м2,
используются большей частью лишь на 25—60%. Соответствующий
показатель печи выражается напряженностью пода, и эта характери-
стика имеет решающее значение для оценки расхода топлива и, сле-
довательно, экономичности печи. Чем больше напряженность пода,
тем меньше потребление топлива на I кг нагреваемого металла (фиг. 342).
Правда, при увеличении напряженности пода свыше 250 кг/м2 в час
не происходит дальнейшего значительного снижения расхода топлива.
Все же рекомендуется печи выбирать с учетом возможно большей
удельной производительности. Независимо от абсолютных размеров
печи можно принять наибольшие значения напряженности пода:
302
ПЕЧИ И НАГРЕВАТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ
у печей для нагрева прутков 450 кг!м2 в час, у печей для отжига
400 кг/м2 в час, для малых печей с толкателем 250 кг/м2 в час. Значе-
ния даны из расчета чистого рабочего времени и непрерывной работы.
Фактическая производительность пода зависит еще от температуры
печи и условий передачи тепл.а. У печей для нагрева прутков и печей
для отжига напряженность
пода в среднем можно счи-
тать равной 300 кг/м2 в час.
Если при наилучшем исполь-
зовании оборудования про-
изводительность пода не пре-
вышает 150 кг!м2 в час, зна-
чит печь слишком велика и
должна быть заменена печью
с меньшим размером пода.
Учитывая большое значе-
ние для экономики нагрева
размера печи, вернее, размера
пода, в последнее время было
проведено нормирование раз-
меров пода и стандартизация
печей. Согласно DIN 24205,
для камерных печей с плоским
'подом установлены девять
основных и десять дополни-
тельных размеров с площадью
пода от 0,063 до 2,5 м2,
Фиг. 342. Потребление топлива печыо в за-
висимости от напряженности пода (для га-
зогенераторной кузнечной методической пе-
чи с подогревом воздуха).
для камерных печей для нагрева пруткового материала по DIN 24207—
шесть размеров с квадратным подом площадью от 0,063 до 0,63 м2
и по DIN 24208 для малых печей с толкателем — семь размеров с пло-
щадью пода от 0,25 до 4 м2. При этом у печей, предназначенных для
нагрева прутков, и печей с толкателем в качестве исходных данных
взята оптимальная напряженность пода соответственно 400 и 250 кг/м*
в час.
На фиг. 343 показана зависимость рациональных размеров пода
и пропускной способности печи для разных размеров нагреваемых
прутков. При определении площади пода следует помнить, что пло-
щадь определяется не произведением габаритов печи, а полезными
размерами ее пода. Используемая ширина пода принимается равной
ширине рабочего окна печи.
4. ОБМУРОВКА
Среди многих источников потерь энергии у печи решающую роль
играют потери через ее стенки. Благодаря соответствующей изоляции
стенок и свода эти потери могут быть значительно снижены. Даже при
толщине изоляции свыше 250 мм кривая потерь при увеличении изо-
КОНСТРУКЦИЯ ПЕЧЕН
303
.пирующего слоя проявляет тенденцию к резкому падению. Поэтому
у современных печей применяют большие толщины изолирующего
слоя.
Однако, с другой стороны, увеличение толщины изолирующего
слоя ведет к повышению количества тепла, аккумулируемого в стен-
ках печи. Это не имеет значения при непрерывной эксплуатации печи,
но при прерывном процессе производства играет большую роль, так
как в этом случае потери на аккумулирование могут быть больше
Фиг. 343. Размеры пода печей в зависимости от размера нагреваемых прутков,
экономии, полученной благодаря утолщению слоя изоляции. Во всех
случаях, когда работа производится не непрерывно, а в одну или две
смены, с большими промежутками времени между ними, не следует
огнеупорную футеровку делать слишком толстой; оптимальную тол-
щину изоляции необходимо устанавливать в каждом случае в зави-
симости от конкретных условий. При прочих равных условиях сле-
дует предпочесть уменьшенную толщину футеровки.
При выборе огнеупорного кирпича нужно учитывать, что для сво-
да и других наиболее интенсивно разогреваемых частей печи приме-
няют шамотный кирпич с содержанием глинозема не менее 42%;
этот кирпич начинает размягчаться лишь при температуре свыше 1400е.
Изоляционный кирпич должен быть также пригоден для высоких тем-
ператур. Кирпич, предназначенный для этой цели, имеет малую теп-
лопроводность и низкий удельный вес; он обладает высокими изоли-
рующими свойствами, но под действием высокой температуры скло-
нен к усадке. Определенный удельный вес обусловливается также и
требуемой прочностью на сжатие. Поэтому для изоляции стенок и по-
да не следует применять кирпич с удельным весом менее 700 кг/л?;
лишь для свода можно применять более легкий изоляционный кирпич.
304
ПЕЧИ И НАГРЕВАТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ
5. ГОРЕЛКИ
При выборе горелок для определенной печи производственник часто
встречается с той трудностью, что при наличии огромного количества
конструкций горелок свойства этих различных конструкций далеко не-
достаточно ясны. Часто подчеркивают применимость той или иной
горелки для какой-либо цели, но именно в печах, предназначенных
для совершенно различных процессов, устанавливают одинаковые го-
релки. А ведь применение несоответствующей конструкции горелки
может привести к большим трудностям. Так, например, только нера-
циональной конструкцией горелки можно объяснить тот факт, что
часто жалуются на слишком большой угар или чрезмерное окалинооб-
разование, несмотря на работу с недостатком воздуха. Зачастую теми
же причинами объясняется неравномерный или недостаточный на-
грев и перерасход газа.
Если в печах для горячей высадки и штамповки нагреваются за-
готовки деталей, эксплуатируемых при высокой температуре, необ-
ходимо обеспечить весьма быстрый нагрев заготовок и самой печи.
Поэтому для этих печей требуются горелки, работающие с коротким
пламенем и обеспечивающие быстрое и интенсивное перемешивание
смеси. Благодаря последнему достигается высокое значение темпе-
ратурного к. п. д., и несгоревшие газы задерживаются в простран-
стве печи. Этому способствуют также большой угол наклона струи
газа и воздуха, большая скорость выхода струи при малой ее высоте
и большой ширине. Наряду с прочим от конструкции горелки требу-
ют удобства обслуживания и регулировки, нечувствительности
к повышенной влажности и безопасности при обратном ударе. В свете
этого и следует оценивать рациональность разных конструкций горе-
лок, применяемых для нагревательных печей.
а) Горелка с самозасасыванием воздуха
Самозасасывающая горелка, у которой воздух засасывается в печь
благодаря инжектирующему действию потока газа, в современных
печах обычно на применяется. Прежде всего нельзя рекомендовать эту
горелку там, где необходимо обеспечить хорошую регулировку. Для
этой конструкции горелки характерна низкая экономичность, так
как соотношение газа и воздуха в смеси может регулироваться лишь
в узких пределах, и горелка работает почти всегда с большим или
меньшим недостатком воздуха. Эта горелка в подавляющем большин-
стве случаев заменена различными конструкциями горелок с при-
нудительной подачей воздуха.
б) Тангенциальная горелка
Б этой конструкции, называемой также осеструйной, газ течет
вдоль оси, а воздух—касательно относительно корпуса смесителя.
Основными особенностями такой конструкции является очень быст-
КОНСТРУКЦИЯ ПЕЧЕИ
305
b а
рое смешивание газа и воздуха на пути от корпуса до устья и Доволь-
но большие потери давления из-за сильных завихрений. Такая
конструкция применяется в шаровых горелках (фиг. 344). Однако
характерный недостаток этой весьма употребительной горелки за-
ключается в появлении избытка воздуха на внешней стороне пламени,
обусловливаемого тем, что вращающийся воздух центробежной силой
откидывается к периферии. Наибольший из-
быток воздуха будет у места контакта на-
греваемого металла и пода, что приводит к
интенсификации угара и окалинообразова-
нию. Кроме того, эта горелка имеет сравни-
тельно высокое сопротивление для воздуха и
при малых нагрузках не обеспечивает защи-
ту от обратного удара. Но с другой стороны
конструкция ее проста и надежна, что осо-
бенно важно для производства.
Конструкция этой горелки подверглась
некоторым усовершенствованиям. Так, мож-
но добиться уменьшения сопротивления про-
теканию воздуха путем встройки трубки в
патрубок горелки (фиг. 345); смешение газа и воздуха улучшает-
ся тем, что между конической частью мундштука горелки и её
устьем размещается смесительный канал, одновременно сни-
жающий пределы возможности обратного удара. В зависимости
344. Схема шаровой
горелки:
а — подвод воздуха; Ь —
подвод газа; с — устье горел-
ки; d — футеровка.
Фиг.
от длины канала меняется сте-
пень перемешивания. При при-
менении генераторного газа
можно поменять подвод газа и
воздуха; получаемый при этом
избыток газа в оболочке пламе-
ни значительно снижает угар.
в) Вихревая (турбулентная)
горелка
Горелка с вихревым тече-
нием характерна тем, что воз-
дух и газ, поступающие по
трубам, приводятся во враще-
Фиг. 345. Тангенциальная горелка с воз-
душной трубой:
а — подвод воздуха; b — подвод газа; с — устье;
(I — футеровка; е — смесительный канал; f — труб-
ка дутья.
Ние с помощью спиральных направляющих пластин. Так как воз-
дух и газ встречаются лишь по выходе из устья горелки, эта кон-
струкция характерна хорошей регулируемостью и гарантиро-
вана от обратного удара. Сильное завихрение способствует интен-
сивному перемешиванию смеси и большей потере давления.
Такие горелки оправдали себя при применении для малых пе-
чей.
20 1/29
306
ПЕЧИ И НАГРЕВАТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ
г) Прямоточная горелка (с параллельными потоками)
В этой конструкции горелки потоки газа и воздуха перемещают-
ся параллельно и встречаются лишь у устья горелки. Выходное от-
верстие ее делается круглым или прямоугольным. Для горелки ха-
рактерны малое падение давления и надежное обеспечение от обрат-
ного удара, что, в свою очередь, дает большую область регулирования.
Горелка монтируется, в основном, в больших печах с большой длиной
пламени; для мелких печей она мало пригодна.
д) Горелка с двойным потоком воздуха
(с наружным и внутренним потоками воздуха)
Комбинация тангенциальной
Фиг. 346. Принципиальная схема го-
релки с двойным потоком воздуха:
О — подвод воздуха; Ь — подвод газа; о —
устье; й — футеровка.
горелки с прямоточной приводит к
наличию двух потоков воздуха —
наружного и внутреннего (фиг.
346). Такая конструкция в ряде
случаев заслуживает особого вни-
мания, так как распределением ко-
личества воздуха между внутрен-
ним и наружным каналами мож-
но изменять длину пламени. В рас-
сматриваемых. печах короткая дли-
на пламени достигается за счет
увеличения внутреннего потока
воздуха. Работающие на этом прин-
ципе горелки особенно подходят
для малых кузнечных печей.
6. ПОДОГРЕВ ВОЗДУХА
В последнее время убедились в
том, что печи в кузницах рацио-
нально эксплуатировать с предварительным нагревом воздуха. Затраты
на установку новой печи с рекуператором могут компенсироваться весь-
ма быстро, так как при этом получается значительное сокращение
расхода газа. При надлежащем подогреве воздуха до обычной
температуры порядка 400° можно рассчитывать на экономию газа
в 20—30% и более.
При выборе конструкции рекуператора определяющим фактором
является температура отходящих газов, которая для рассматривае-
мых печей составляет до 1400°. В этой области высоких температур
передача тепла осуществляется преимущественно за счет лучеиспус-
кания, поэтому рационален воздухоподогреватель с большой поверх-
ностью лучеиспускания. Простейшей конструкцией рекуператора
является чашечный рекуператор. Благодаря встраиванию излучаю-
щих тел, например, труб, жароупорного листа (фиг. 347) и увеличению
КОНСТРУКЦИЯ ПЕЧЕН
307
поверхности нагрева с помощью наварки ребер можно значительно
улучшить теплотехнические качества такого рекуператора.
Обычно подогрева газа (коксового) при его высокой калорийно-
сти не производят, однако это
может дать эффект для малокалорийных
газов (генераторного газа). При комби-
нированном подогреве воздуха и газа
газовый подогреватель устраивается во-
круг воздушного и изолируется сна-
ружи.
7. ОТВОД ГАЗОВ
Для большего совершенствования
энергетического хозяйства целесообраз-
но отходящие из рекуператора газы
подвести доя дополнительного исполь-
зования в отоплении или при подогреве
горячей воды. Если же дальнейшая
утилизация тепла не осуществляется,
рекомендуется отвести газы таким
образом, чтобы не ухудшать условий
Груба-излучатель
Фиг. 347. Рекуператор с вытяж-
ным колпаком.
труда на предприятии за счет вредных составляющих компонентов
отходящих газов.
При сжигании природного газа в достаточно вентилируемом поме-
щении отходящие газы вызывают гнетущую духоту вследствие боль-
шей влажности (свыше 20%) природного газа. Содержащиеся в ге-
нераторном газе соединения серы и углекислый газ могут быть вред-
ными, а при известных условиях и опасными для здоровья. Водя-
ные пары и сернистые соединения не только создают антисанитарные
условия работы, но и вызывают коррозию машин и конструкций.
При этом коррозией могут быть затронуты и материалы на складах;
в первую очередь этому подвержены чистотянутая стальная прово-
лока и прутки.
8. ПРОЧИЕ УСТРОЙСТВА
Точное соблюдение состава газовоздушной смеси и сжигание с хо-
рошим использованием топлива в современных печных установках
достигается благодаря наличию контрольных и регулирующих уст-
ройств для газа и дутья, например, газо- и воздухорасходомеров.
Наряду с обычными регистрирующими приборами для. измерения
температуры, служащими для наблюдения за общим ходом работы
печи, в современных установках предусматривают и электрические
регулирующие приборы для управления температурой печи. Прав-
да, еще нельзя ввести повсюду автоматическую регулировку темпе-
ратуры, так как недостаточна производственная надежность этих
приборов и они слишком чувствительны к повышенной влажности.
308
ПЕЧИ И НАГРЕВАТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ
Б. РАСЧЕТНЫЕ ДАННЫЕ ПО ПЕЧАМ И ТОПЛИВУ
1. ХАРАКТЕРИСТИКА ТОПЛИВА
Для нагревательных печей применяется твердое, жидкое и газо-
образное топливо. Наряду с уменьшением применения угля и кокса,
которые теперь применяют лишь размолотыми в тонкую пыль, за гра-
ницей все большее распространение в качестве топлива получает
жидкое топливо, а в Германии в первую очередь газ.
В зависимости от типа производства газа и обусловленной этим
разной теплотворной способности существуют так называемые бедные
газы, т. е. газы с теплосодержанием ниже 3000 ккал!мл и богатые
газы с более высоким теплосодержанием.
а) Теплосодержание
Данные о теплосодержании наиболее употребляемого твердого,
жидкого и газообразного топлива обобщены в табл. 56. Для твердого
топлива эти значения относятся к сухому топливу; соответствующие
данные для сырой массы топлива, как правило, значительно ниже.
Так, теплосодержание сырого бурого угля, транспортируемого с вы-
сокой влажностью до 40—60%, падает до 2000 ккал!кг, теплосодержа-
Таблица 56
Данные о теплосодержании наиболее употребляемых видов топлива
Виды топлива Наибольшее значение Но Наименьшее значение Htl
в ккал/кг* в ккал/м* при 0*С в ккал!кг* в ккал/м3 при 0*С
Молодые бурые угли . 6 350—6 550 6 250—6 450
Старые бурые угли . . Сухие газопламенные 6 600—7 050 6 500—6 900
угли (содержание летучих 28-38%) ‘ Жирные каменные 7 250—7 750 7 100—7 600
угли (коксующиеся) . . (содержание летучих 19-27%)‘ 7 800—8 350 7 600—8 100
Кузнечные угли • . . (содержание летучих 12-18%) . . • 7 900—8 450 7 700—8 200
Антрацит (содержание летучих 6-11 %) /. . . 7 950—8 550 7 800—8 300
Кокс 7 400—7 700 7 300—7 600
Мазут 10 500—11 500 9 500—10 500
РАСЧЕТНЫЕ ДАННЫЕ ПО ПЕЧАМ И ТОПЛИВУ
309
Продолжение табл. 56
Виды топлива Наибольшее значение Но Наименьшее значение Ни
в ккал/кг* в ккал/м* при 0е С в ккал/кг* в ккал/хР при 0* С
Доменный газ .... Буроугольный генера- торный газ .' Каменноугольный ге- нераторный газ .... Коксовый генератор- ный газ Водяной газ (коксо- вый) Отходящие газы коксо- вой печи Городской газ (све- тильный) 910—980 1 300—1 500 1 250—1 450 1 200—1 300 2 800—2 900 4 100—5100 4 000—4 750 890—960 1 200—1 400 1 150—1 350 1 100—1 250 2 550—2 650 3 600—4 600 3 500—4 250
* Данные о теплотворной способности твердого топлива относятся к сухим углям.
ние буро-угольной пыли в состоянии поставки составляет от 5400
до 5100 ккал/кг. Сообразно влажности меньшие значения теплосодер-
жания угля составляют — 6000 — 8000 ккал!кг, для кокса соответст-
вующие значения 6500—7500 ккал/кг.
б) Потребность воздуха и количество отходящих газов
Количество воздуха для правильного состава горючей смеси уста-
навливается в зависимости от вида топлива него химического содер-
жания. Аналогично подсчитывают количество отходящих газов, воз-
никающих при сжигании. Для предварительных расчетов достаточно
определить эти значения, исходя из теплосодержания топлива, по
приближенным формулам, приводимым в табл. 57. Точное определе-
ние, необходимое для правильного регулирования печи и горелок
при применении газообразного топлива, может проводиться на основе
данных, представленных в табл. 58. Там же указан ориентировочный
химический состав различных сортов сжигаемого газа и отходящих
газов, появляющихся при различных условиях сжигания.
2. ИСТОЧНИКИ ПОТЕРЬ
Неизбежные при эксплуатации печи потери можно разделить на
потери с отходящими газами и различного рода потери холостого
хода, которые зависят не от пропускной способности печи, а от времени
ее работы.
310
ПЕЧИ И НАГРЕВАТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ
Таблица 57
Расчет количества воздуха и отходящих газов по минимальной
теплопроизводительности
Виды топлива Теоретическое коли- чество воздуха Отходящие газы при теоре- тическом сжигании
норм. м*/кг норм. мЧкг
Твердые виды топлива Мазут 1.01 , 100011 и + °-5 0,88 1000 Ии + Ь65 0,915 1000 +1,5 1000 "и
Бедные газы (Ни < 3000 ккал/м3 при 0°; доменный газ, генератор- ный газ, водяной газ) Богатые газы {Ни > 3000 ккал/м3 при 0°; отходящие газы коксовой печи, природный газ, город- ской газ, смешанный газ) норм. Л£8/л:8 НОРМ. Мг/м‘
н 1000 « 1.09 „ 1000 И“ ~ 0,725 1йоо^+,-° 1,14 1000 И“ + 0,25 •
а) Потери с отходящими газами
Потери с отходящими газами играют особую роль уже потому,
что они составляют, как правило, наибольшую долю всех потерь.
Они тем больше, чем ниже теплотворная способность топлива и чем
больше масса (при равной отдаче тепла) образующихся при сжигании
отходящих газов. Потери увеличиваются при плохой регулировке
горелки, т. е. при недостатке или избытке воздуха. Увеличе-
нию потерь способствует повышение температуры отходящих
газов, хотя, с другой стороны, при применении их для подогрева воз-
духа потери снижаются. При теплотехнических расчетах потери с от-
ходящими газами учитываются к. п. д. сжигания и включаются в теп-
ловой баланс.
б) Потери через стенки
Среди потерь холостого хода основную роль играют потери через
стенки. Величина их в большой степени зависит от конструкции и раз-
меров печи, а также от рабочей температуры печи. Эти потери, как уже
упоминалось, могут быть резко снижены при изоляции стенок и свода.
Данные для оценки потерь за час работы, отнесенные к единице пло-
щади пода, приведены в табл. 59. Значение потерь через стенки
РАСЧЕТНЫЕ ДАННЫЕ ПО ПЕЧАМ И ТОПЛИВУ
311
О химическом составе и характере сжигания наиболее употребляемых промышленных газов
«5
Богатые гады (Нн > 3000 ккал/м.' при 0*С) Камен- ноуголь- | ный газ СЧ ГО Ь- Ю СО 00 СО со СО С<О О СР ОО ь* ф сч 5030 4500 0,223 4,609 4,839 5,070 5,300 5,531
Камен- ноуголь- ный газ ГО ь- ф СЧ CD СО го го сч 6 о ю d ’Ф сч 10 01- 4520 4000 0,250 4,116 СЧ ГО ’Ф о сч сч со со со го г-~ СП чф хГ тГ ’ф
| Камен- ноуголь- ный газ 00 ”Ф СО ГО CD СЧ ГО — OQ т-Г 6 61Л 6 N Г.О1- 4100 3630 0,276 3,679 со г- — го CD ’ф СО —< го О сч хф СО -ф ’ф -Ф
1 Смешан- ный газ ГО СЧ Ф^ Ф СП СЧ СС г-7 — о" о со сп о — Ф СЧ ю "го 4540 4070 0,246 4,069 СЧ CD СП СО СЧ Ф CD ГО •ф ф' Ф ф"
Бедные газы (Нн < 3000 ккал/м* | при 0* С) Водяной газ | | 1 Ь- 00 000 ф G) 6 6 СО ГО 2830 2580 98Е0 — СО ф СО Ь- со ф го со г- СЧ СО Ф ГО со сч сч’ сч сч” сч’
Буро- уголь- ный ге- нератор- ный газ го го | CD о о" CD ГО — СО СЧ *-« Ф S о Ф СО 0,718 со ГО Ю Ф СО ГО Ф О CD сч — сч со со Ф
Генера- торный газ Г- | | | ф ГО —5 О ГО сч- го Ф ГО СЧ — 0,848 0,979 1 1,028 1,077 1,126 1,175
К ~ <о л го О S ь ч со | I I СЧ ГО ] г- 1 1 1 спсч 1 СЧ 61,0 о о S о 1,053 Й СО О ГО СО СП со ГО Q г- ГО ГО СП
Виды газа со, с2н4 В % С6Нв о2 со Н2 сн4 N2 Наибольшее значение Яо Наименьшее значение Ни Л€3/Ю00 ккал Ни при 0°С । Ппн теоретическом сжигании При коэффициенте избытка воздуха 1,05 При коэффициенте избытка воздуха 1,1 При коэффициенте избытка воздуха 1,15 При коэффициенте избытка воздуха 1,2
1 1 ! Химический состав газов Теплосодержание газа |в ккал/м2 при 0° 1 Потребление газа на '1000 кал Количество потреб- ного воздуха в мР/м2 (газа при 0°
312
ПЕЧИ И НАГРЕВАТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ
Продолжение табл. 58
Богатые газы (Ни > 3000 ккал/м* при 0* С) Камен- ноуголь- ный газ СО CD СП СМ Ю СО LQ о СМ iD iD ID CD CD СО СП оо СП О СП CM CD CD, CM ОО” СП о —
Камен- ноуголь- ный газ co id id co о CM CD XF LQ ID LO ID — О О') ОО СМ СП CM CD ео r-^cD г-” о о см ь-
I Камен* ноуголь-1 ный газ О CO Г-- iD XT TFiDr^CH — TF ’•tf ID СП СМ СП (<СМ”СП CM CD СО LO CD CD О О” — СМ г-
1 Смешан- ный газ CO CO rf -rf ID СП — CO ID ’•cF iD ID iD CM О о”сп — CM CD с? СП СП —1 — CD
Бедные газы {Иц < 3000 ккал/м* при 0*С) Водяной газ 00 CH О CM CO co о — CM_ см” cm" co co co со со О’ 223 — iD О0 CD IQ LO — — — CD
• С- 05 >,О «з th Ь л о> S ж к 00 xF О CD CM сп о — — сч —Г см см” см" cm” СМ со о 00 сп см” — CM^LQ CM^ r-Tcn cm”—
Генера- торный газ 00 CO 00 CO O0 b-y OO O0 CH CH СО СП tQ 00 CD ЧГ — CD CDC"y — t<cD —
Домен- ный газ Г- CO r- —' ID iD CD CD b- b- СП CD 1D см” —XD см г- GO tO О — — LQ — CM r-
Виды газа При теоретическом сжи- гании При коэффициенте избытка воздуха 1,05 При коэффициенте избытка воздуха 1,1 При коэффициенте избытка воздуха 1,15 При коэффициенте избытка воздуха 1,2 При теоретическом СО2 сжигании Н2О Ns - При коэффициенте CO2 избытка воздуха 1,1 H2O . n2 О2
Количество отходя- щих газов в м3/м3 при 0° газа Химический состав отходящих газов в %
РАСЧЕТНЫЕ ДАННЫЕ ПО ПЕЧАМ И ТОПЛИВУ
313
Таблица 59
Потери через стенки на 1 м2 в час для различных конструкций печей
Конструкция печи Малые печи с пло- щадью пода до 2 лг® в ккал/м* Средине печи с пло- щадью пода 2—5 м* в ккал/м* Крупные печи с площадью пода свыше 5 лгв в ккал/м*
Не изолированные Изолированные - 30 000—40 000 18 000—25 000 25 000—30 000 15000—18 000 18 000—25 000 12 000—15 000
становится заметнее при малых размерах печи, так как с уменьше-
нием размера печи увеличивается отношение площади охлаждаемых
поверхностей и площади пода. Для мельчайших печей с площадью
пода менее 0,5 лг2 и карликовых с площадью пода ниже 0,1 л«2 сле-
дует принимать потери значительно более высокими.
в) Потери на аккумулирование
Потери на аккумулирование могут рассматриваться как потери
из-за прерывной эксплуатации. Они также зависят и от конструкции
печи, причем увеличиваются при увеличении толщины футеровки
и изоляции. Таким образом, зависимость этих потерь от толщины
стенки обратная. Будет ошибочным, если благодаря увеличению изо-
ляции в огнеупорной футеровке возникнет большой запас тепла и по-
тери на аккумулирование будут больше, чем достигнутое сокращение
потерь тепла через стенки. Поэтому, как уже упоминалось, огнеупор-
ная шамотная футеровка Должна выполняться по возможности тонь-
ше. Кроме того, избежать потерь на аккумулирование можно при не-
прерывной работе, например, при многосменном производстве. Одно-
временно получается и большая экономия топлива.
г) Прочие потери
Потери на излучение возникают благодаря открытым заслонкам
и щелям; эти потери весьма высоки у работающей печи, так как они
увеличиваются пропорционально увеличению температуры печи в чет-
вертой степени. Естественно поэтому требование Держать заслонку
по возможности закрытой, а печь хорошо заделанной. Эти мероприя-
тия направлены к тому, чтобы ограничить потери на истечение вслед-
ствие выбивающегося пламени. Следует заметить, что у печей, рабо-
тающих при избытке давления, избежать полностью потерьна излуче-
ние не удается. При водяном охлаждении имеют место еще и потери
на охлаждение, но они незначительны.
3. К.п.д. ПЕЧЕЙ
При оценке к. п. д. печи рассматривают к. п. д. сжигания,
к. п. д. поверхности нагрева и полный к. п. д. печи.
Если обозначить общую тепловую энергию, подводимую к печи
814
ПЕЧИ И НАГРЕВАТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ
с топливом, через Q, количество тепла, оставшееся в печи, через Qb
и использованную энергию тепла, т. е. энергию, полученную нагре-
ваемым материалом, через Qn, то для определения к. п. д. получим
следующие соотношения:
/ Qb
к. п. д. сжигания =-^ ;
ч
Qn
к. п. д. поверхности нагрева -»]л=7т-;
Уь
Qn
общий ИЛИ ПОЛНЫЙ К. П. Д. rt ~-ty-Цн
ч
а) К. п. д. сжигания
Основным определяющим элементом полного к. п, д. печи яв-
ляется в первую очередь к. п. д. сжигания. К. п. д. сжигания опре-
деляется через теплосодержание топлива, теплосодержание подводи-
мого воздуха, температурой отходящих газов и коэффициентом из-
бытка воздуха, т. е. отношением содержания воздуха в смеси горю-
чее — газ относительно теоретической горючей смеси. К. п. д. сжига-
ния непосредственно зависит от величины потерь с отходящими га-
зами. Численные данные для различных производственных условий
приведены в табл. 60. При установлении температуры отходящих
Таблица 60
Данные о к. п. д. сжигания при различных производственных условиях
Температура отходящих газов • С Коэффициент избытка воз- духа Уголь Отходящие газы коксовой печи Генераторный газ
Т еп лосодерж а н и е Яй«7000 ккал/кг Теплосодержание Ни >=4000 ккал/м9 при 0* С Теплосодержание Яй»»1350 ккал/м9 при 0*С
Температура подогрева воздуха в *С
0 200 400 0 200 400 0 200 400
800 0,8 1,0 1,2 0,45 0,67 0,61 0,51 0,74 0,69 0,56 0,81 0,78 0,47 0,66 0,60 0,52 0,72 0,68 0,58 0,79 0,76 0,40 0,57 0,52 0,45 0,62 0,58 0,49 0 67 0,65
1200 0,8 1,0 1,2 0,30 0,48 0,39 0,35 0,55 0,47 0,41 0,62 0,56 0,31 0,46 0,38 0,36 0,53 0,46 0,41 0,59 0,54 0,18 0,32 0,25 0,23 0,38 0,31 0,27 0,43 0,38
1600 0,8 1,0 1,2 0,13 0,23 0,16 0,18 0,35 0,25 0,34 0,43 0,33 0,14 0,26 0,15 0,19 0,32 0,22 0,24 0,39 0,30 0,07 0,12 0,03 0,04 0,17 0,09
газов можно считать, что у нагревательных печей с температурой
нагрева 1100—1300° температура отходящих газов составляет в сред-
нем 1150—1400°; для предварительных расчетов принимают темпера-
туру отходящих газов на 50—100° выше температуры выдачи.
РАСЧЕТНЫЕ ДАННЫЕ ПО ПЕЧАМ И ТОПЛИВУ
315
50 100 150 ZOO Z50 кг/м^ос
Напряженность пода печи
Фиг. 348. Приближенные значения к. п. д.
поверхности нагрева средней кузнечной пе-
чи в зависимости от загрузки печи.
Аналогичные значения следует брать и при расчетах печи с рекупе-
ратором.
Уже исходя из этих ориентировочных значений можно видеть
большое влияние на к. п. д. сжигания подогрева воздуха, а также
правильного установления состава горючей смеси. Эти факторы влияют
и на потребление топлива. Повышение к. п. д. сжигания возможно
с помощью подогрева вводимых материалов^! мер, направленных на
сокращение потерь. К. п. д.
сжигания для природного,
коксового или городского
(светильного) газов можно по-
высить, например, при опти-
мальных условиях производ-
ства и подогреве воздуха до
400° для идеальной смеси до
0,6—60%; однако он снижает-
ся до 0,55—55% при 20%
избытка воздуха и до 0,4—
40% при 20%избытка газа.
Отсюда следует, что более
высокий коэффициент избытка
воздуха, т. е. сжигание при
избытке воздуха, ие столь
сильно снижает к. п. д. сжи-
гания, как работа при коэф-
фициенте избытка воздуха, меньшем единицы (неполное сгорание).
Если, желая снизить окалинообразование, работают с избытком
газа, то не следует из соображений высокого к. п. д. сжигания
брать коэффициент избытка воздуха ниже 0,95. Однако такая точ-
ная установка невозможна при обычных способах регулирования,
и с этой точки зрения появляется необходимость в указателе смеси,
встроенном в печь.
б) К. п. д. поверхности нагрева
t К. п. д. поверхности нагрева учитывает прежде всего различ-
ные потери в камере печи, например, потери через стенки, потери
на излучение, от утечек через щели и стыки, потери охлаждения и
потери из-за несгоревшего топлива. Кроме того, значительную роль
играет нагрузка печи, т. е. напряженность пода печи. Этот фактор
сказывается сильнее, чем различные чисто теплотехнические меро-
приятия, и поэтому на него следует обратить особое внимание.
Приближенные значения к. п. д. поверхности нагрева средней
кузнечной печи при различной ее нагрузке приведены на фиг. 348.
У малых печей с размерами пода ниже 1 лг2 к. п. д. еще меньше.
Это объясняется тем, что наружные охлаждающие площади, отнесен-
ные к единице площади пода, с уменьшением последнего чрезвычайно
сильно растут. У мельчайших и карликовых печей с площадью пода
316
ПЕЧИ И НАГРЕВАТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ
ниже 0,5 м2 и соответственно — 0,1 м2 относительные охлаждающие
площади в 6 раз больше, чем у средних печей. Это особенно заметно
в значениях к. п. д. и потреблении топлива этих печей.
в) Полный к. п. д. печи
Произведение к. п. д. сжигания на к. п. д. поверхности нагрева
является полным к. п. д. печи. Для предварительных расчетов можно
для этого к. п. д. принять значения по табл. 60 и согласно фиг. 348.
Кроме того, рассчитать полный к. п. д. печи можно, взяв отношение
полезной тепловой энергии (см. табл. 62) к энергии, содержащейся
в топливе.
Таблица 61
Данные о полном к. п. д. различных печей
(теплотехническом к. п. д.)
Конструкции печей
Очковые печи............................................
Коксовые малые печи.....................................
Методические газовые печи старой конструкции (с газовым топ-
ливом) ...............................................
?4алые кузнечные печи с подогревом воздуха..............
Малые печи с толкателем.................................
Полный
к. п. д. пе’
В %
2—5
1,5—5
5-10
15—20
20—25
Данные об общем теплотехническом к. п. д. печей, применяемых
при объемной штамповке и высадке, вообще весьма разноречивы.
Однако средние значения, представленные в табл. 61, скорректиро-
ванные в зависимости от условий эксплуатации, могут быть приняты
для ориентировочных расчетов. В приведенных значениях учтены
обычные потери на пуск и холостую работу печи; если же не учиты-
вать эти потери и отнести к. п. д. только к чистому времени нагрева
материала, то к. п. д. повысится примерно на четверть приведенного
значения.
4. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПЕЧИ
Кроме использования площади пода, что уже подчеркивалось,
значительное влияние на расход тепловой энергии оказывает исполь-
зование печи во времени, т. е. отношение фактического рабочего вре-
мени печи к времени сжигания топлива в печи. При этом под рабочим
временем следует понимать время, в течение которого в печи нагре-
вается материал, а время сжигания слагается из времени пуска,
рабочего времени, времени холостого хода, а также из времени на
задержки, связанные с паузами и перебоями в работе. Влияние коэф-
фициента использования во времени на удельное потребление тепла
для печей устаревших и современных конструкций показано на фиг.
349. Отсюда видно, что современная, хорошо изолированная и регу-
лируемая печь значительно менее чувствительна к изменениям исполь-
зования во времени и к предвиденным и непредвиденным останов-
РАСЧЕТНЫЕ ДАННЫЕ ПО ПЕЧАМ И ТОПЛИВУ
317
кам в работе, чем печи старой конструкции. Расход тепловой энергии
устаревшей печи при хорошей удельной производительности пода
и полном использовании во времени мало отличается от того же рас-
хода у современных печей; однако при уменьшении использования
во времени этот расход резко увеличивается. Удельный расход теп-
Фиг. 349. Сравнение потребления тепла в современ-
ной малой кузнечной печи и в старой печи в зави-
симости от степени использования во времени:
а — старая конструкция печи; b — современная печь.
ловой энергии у современных печей остается приемлемым даже при
использовании во времени в 40—60%.
В связи с этим следует отметить, что высокий расход тепловой
энергии у устаревших печей объясняется не только их плохим состоя-
нием, а главным образом неудовлетворительной фактической напря-
женностью пода и недостаточным использованием печи во времени.
Чем хуже печь и чем выше температура ее работы, тем большее вни-
мание должно уделяться этим двум основным определяющим факторам.
Для улучшения использования печи во времени и, следовательно,
повышения экономичности эксплуатации печи следует, наряду с умень-
шением времени пуска, сокращать время на остановки, уход и перебои
в работе печи. Каждый перерыв в работе печи не только снижает
производительность, но и увеличивает удельный расход топлива.
С этой точки зрения еще более необходима тщательная подготовка
к работе, своевременное изготовление новой оснастки, сокращение
неиспользуемого подготовительного времени и ограничение отдель-
ных перерывов в работе. Благодаря проведению таких чисто экс-
плуатационных мероприятий можно часто в большей мере сокра-
тить расход энергии печи, чем проведением ее чисто теплотехниче-
ского усовершенствования,
5. ДАННЫЕ О РАСХОДЕ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ
Расход тепла относят пли ко времени, т. е. к часу работы печи,
или же к количеству продукции. В последнем случае в подсчет про-
изводительности печи вносят только вес материала, нагретого до тем-
318
ПЕЧИ И НАГРЕВАТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ
пературы обработки, поэтому при местном нагреве прутков не следует
учитывать их полного веса. Вообще же расход тепловой энергии мож-
но указывать и в тепловых единицах, что действительно для всех ви-
дов топлива, и в количественных единицах, т. е. в килограммах для
твердого и в нормальных кубических метрах для газообразного
топлива.
а) Расход энергии при пуске
Расход тепловой энергии при пуске печи, после некоторой приоста-
новки ее эксплуатации, определяется прежде всего оставшимся запа-
сом тепла в печи, который зависит от длительности остановки и ка-
чества заделки печи во время паузы. Кроме этого, влияют конст-
рукция печи, расход тепла на аккумулирование, потери через стен-
ки, потери с отходящими газами, а также вообще все прочие факторы,
определяющие полный к. п. д. печи. Между прочим, считается аксио-
мой, что кратковременный резкий пуск печи снижает расход
топлива.
В качестве отправных значений может быть принято, что у малых
печей на пуск затрачивается 150 000 ккал/м2 пода печи, что равно-
сильно необходимости для пуска на 1 м2 пода около 38 м? природного
или светильного Газа при 0° с калорийностью 4000 ккал/м2 (при усло-
вии работы печи при температуре 1200°).
б) Расход энергии при холостом ходе печи
Расходом энергии при холостом ходе считается количество тепла,
необходимое для того, чтобы держать печь при рабочей температуре
без загрузки материала. Этот расход зависит в первую очередь от
величины рабочей температуры, а также от потерь с отходящими
газами, потерь через стенки благодаря излучению, просачиванию
и охлаждению. При рабочей температуре 1200° можно считать этот
расход у очковой печи для нагрева прутков равным (1 ~ь- 2,5)- 10е ккал/м2
пода печи в час; соответствующие значения у печей для отжига
(0,5 ч-1)-10° и у современных кузнечных печей (0,25 ч-0,3)-10е
ккал/м2 в час. Значения для других рабочих температур следует
брать по данным фиг. 350.
в) Полезный расход тепловой энергии
Полезный расход тепла получается из произведения рабочей
температуры, средней удельной теплоемкости нагреваемого мате-
риала и загружаемого веса материала. Приближенные данные о по-
лезном расходе тепла при нагреве 1 кг стали на различную темпера-
туру даны в табл. 62. Для легких металлов (алюминия, магния и т. п.)
эти значения намного выше; у меди, ее сплавов, а также цинка и олова
несколько ниже, чем у стали.
РАСЧЕТНЫЕ ДАННЫЕ ПО ПЕЧАМ И ТОПЛИВУ
319
Таблица 62
Ориентировочные значения для расчета полезного тепла при нагреве
1 кг стали с 20°С до различных температур
Температура нагрева в * С 20 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300
Полезное количество тепла в ккал/кг 0 10 22 35 50 65 80 100 130 150 170 185 200 215
г) Общий расход тепловой энергии
Из-за различия конструкции печей и их к. п. д. нельзя дать
обобщенных значений о расходе тепла и топлива для всех печей, при-
меняемых при горячей высадке и штамповке. Обычные величины
Фиг. 350. Данные об удельном расходе тепла при
холостом ходе печи в зависимости от полного
к. п. д. и различной температуры печи:
а — очковые печи; b — устаревшие методические печн;
с — современные кузнечные печи с подогревом возду ха;
d — малые печи с толкателем.
для горячей штамповки сталей при нагреве в закрытых кузнечных
печах и печах для отжига составляют (0,6 -д- 3)- 10е ккал на 1 т про-
пускной способности печи, что соответствует 150—750 л«3 при 0° при-
родного газа с калорийностью 4000 ккал1л?. При нагреве концов-
прутков в малых очковых печах с большим числом нагревательных
отверстий значения расхода еще больше. Вообще необходимо отме-
тить, что при прочих равных условиях удельный расход тепла воз-
растает с уменьшением размеров печи. Отправные значения удель-
ного расхода тепла и газа для различных печей представлены диаграмм
мой на фиг. 351.
320
ПЕЧИ И НАГРЕВАТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ
общее потребление тепла =
Если, сделав некоторые упрощающие допущения, пренебречь
детальными подробностями, например, напряженностью пода печи
и использованием печи во времени, можно расход тепла при грубых
ориентировочных расчетах определить по соотношению
полезный расход тепла + потери через стенки
к. п. д. сжигания
Данные о полезном расходе тепла могут быть взяты из табл. 62;
для потерь через стенки — из табл. 59; к. п. д. сжигания — из
табл. 60.
103 ккал/кг
пропускной
способности
Nm3/m NM3!m
пропускной пропускной
способности способности
Температура нагрева
Фиг. 351. Данные об удельном расходе тепла или газа для печей в зависимости
от полного к. п. д. и различных температур печи:
а — очковые печи; b — устаревшие методические печи; с — современные кузнечные печи
с подогревом воздуха; d — печи с толкателем.
Этот приближенный метод расчета поясним следующим примером.
Малая кузнечная печь, отапливаемая природным газом, с пло-
щадью пода 1,2 л«2 и часовой пропускной способностью 180 кг рабо-
тает с температурой выдачи 1250° и, следовательно, с температурой
отходящих газов 1350°. Печь устарелой конструкции не изолирована
и не имеет подогрева воздуха. Необходимо установить, какой эконо-
мии тепла следует ожидать, если эту печь заменить печью другой
современной конструкции, с изоляцией, подогревом воздуха и воз-
можностью регулирования смеси (при прочих равных условиях).
Полезный расход тепла (табл. 62) 208 X 180 = 37 400 ккал/час;
потери через стенки (табл. 59) 35 000 ккал/м2, час, а при названных
размерах пода 35 000 -1,2 = 42 000 ккал/час; к. п. д. сжигания
при отсутствии подогрева воздуха и коэффициента избытка воздуха
0,9 ( из табл. 60) определен интерполированием 0,32. Тогда рас-
ход тепла составит
37 400+42 000 Q.o ,
---------------- 248 000 ккал/час
РАСЧЕТНЫЕ ДАННЫЕ ПО ПЕЧАМ И ТОПЛИВУ
321
или около 62 норм, м3 газа в час при теплосодержании 4000 ккал/м3.
У современной изолированной печи с подогревом воздуха до 350°
и регулированием содержание смеси (прочие условия одинаковы)
потери через стенки по табл. 59 составят только 21000-1,2=
= 25 200 ккал/час и к. п. д. сжигания при идеальном процессе 0,49.
В этом случае требуемый расход тепла составит
----jg—— = 128 000 ккал/час
или 32 норм, м3 природного газа в час. Следовательно, экономия
газа составила бы приблизительно 50%, так что полученная стоимость
новой печи при двухсменной эксплуатации была бы покрыта за счет
экономии топлива за 10 месяцев.
Дальнейшего улучшения теплотехнических показателей можно
добиться (в приведенном примере) за счет увеличения напряженности
пода печи, которое принято равным только 150 кг/м2 в час. При вы-
боре меньшей печи с площадью поДа 0,75 м2 и напряженностью пода
240 кг/м2 в час к. п. д. нагревательной поверхности увеличился бы
с 0,53 до 0,64 (см. фиг. 348) и расход тепла уменьшился бы до 106 000
ккал/час или 27 норм, м3/час газа.
6. ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬ НАГРЕВА
Продолжительность нагрева, т. е. время, необходимое для передачи
тепла и равномерного прогрева материала, зависит от его теплопро-
водности, иначе говоря, от химического состава, от формы и размеров
нагреваемого материала, особенно от отношения его площади по-
верхности к объему, затем от разности температур печи и материала,
от коэффициента теплопередачи печи и, наконец, от производитель-
ности и загрузки печи.
Эти факторы, влияющие в разной степени, не позволяют рекомен-
довать приемлемые для всех случаев данные о времени нагрева. Од-
нако для приближенных расчетов можно принять, что при штамповке
нелегированных сталей, нагреваемых в печи с рабочей температурой
1300°, время нагрева до 1200° составляет 20—25 сек. на 1 мм толщины.
Для тонких деталей следует брать меньшее значение, для массивных —
большее. При нагреве легированных сталей, которые при слишком
быстром нагреве могут получить трещины, время нагрева больше
и составляет 70 сек. на 1 мм толщины.
Влияние на продолжительность нагрева температурного перепада
между печью и деталью графически показано на фиг. 352. Из характе-
ра кривой видно, что время нагрева резко падает с увеличением пе-
репада температур; при повышении температуры печи на 60—100°
время нагрева может сократиться До половины.
Однако быстрый нагрев, вызываемый высокой температурой печи,
ведет к уменьшению к. п. д. и большому расходу топлива. Кроме
того, это может привести к чрезмерному оплавлению шлаков, так как
21 1129
322
ПЕЧИ И НАГРЕВАТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ
материал начинает плавиться на поверхности, еще не прогревшись
внутри.
Поэтому, как правило, не следует прибегать к такой возможности
повышения скорости нагрева1. При правильном использовании пода
лучше, если температура печи лишь немного превышает желаемую
температуру деформирования.
Фиг. 352. Зависимость вре-
мени нагрева от температу-
ры печи при нагреве болтов
диаметром 22 мм на 1300°.
В. ОКАЛИНООБРАЗОВАНИЕ И УГАР
Благодаря реакции печных газов с
нагреваемым материалом на поверхности
его образуются различные окислы. Окали-
нообразование начинается уже при срав-
нительно низких температурах; у нелегиро-
ваиных сталей — при температуре значи-
тельно ниже нижней точки превраще-
ния.
Обезуглероживание стали, наоборот, ста-
новится заметным лишь при высокой
температуре. Угар, возникающий при
нагреве, т. е. потери металла в связи с
шлакованием образовавшейся окалины
при температурах ниже 700°, также весьма незначителен.
Отдельные газы при сгорании совершенно различным образом
влияют на окалинообразование. Водяные пары способствуют окисле-
нию гораздо больше, чем двуокись углерода и воздух. Поэтому склон-
ность к окалинообразованию, в зависимости от вида топлива печи
и состава топочных газов, резко различна и, например, заметно боль-
ше в печах, отапливаемых природным,дли городским газом, чем в пе-
чах с генераторным газом. По тем же причинам в печах с жидким
топливом окалинообразование и угар меньше, чем в других печах.
1. ОКАЛИНООБРАЗОВАНИЕ
Помимо вида и состава топлива, на характер окалинообразования
влияет температура печи, продолжительность нагрева, состав смеси
воздух — горючее и другие эксплуатационные факторы. Правда,
.. полностью устранить окалинообразование только за счет этих факторов
нельзя. Степень окалинообразования зависит, кроме того, и от хими-
ческого состава нагреваемого материала, однако при прочих равных
условиях это влияние незначительно, так как время нагрева для леги-
рованных сталей ср авнительно невелико. Зато химический состав имеет
большое значение с точки зрения прилипания окалины к поверхно-
сти нагреваемого материала и возможности ее удаления при штамповке.
Очень сильно прилипает окалина при нагреве никелевых сталей.
1 По последним данным, скоростной нагрев безусловно целесообразен при
размерах материала до 60 мм—Прим, перев.
ОКАЛИНООБРАЗОВАНИЕ И УГАР
823
Способность к налипанию определяется также настройкой печи
и составом атмосферы печи. При обычно принятой эксплуатации печи
с коэффициентом избытка воздуха ниже 1, что делается для умень-
шения окалины, количество окалины сокращается, однако она стано-
вится «клейкой», весьма трудно отделяемой при деформировании,
благодаря чему быстро изнашивается инструмент, а окалина может
впрессоваться в поверхность поковки. Во избежание этого следует
настраивать печь лишь на малый избыток газа порядка 2—5%.
2. УГАР
Окалинообразование сопровождается потерей металла на угар.
Вообще при предварительных расчетах можно принять, что при
нагреве нелегированных сталей до температуры обработки угар
составляет 4—6% (при нагреве заготовки целиком). При более
низкой температуре и сокращении времени нагрева берутся меньшие
значения. При местном нагреве, в зависимости от величины неде-
формируемой части, угар составляет 0,5—4%.
Так как материал начинает угорать сравнительно поздно,
например, для нелегированных сталей при температуре порядка
700—800°, целесообразно осуществлять нагрев До температуры 700°
по возможности медленно, чтобы равномерно прогреть материал
по всему сечению. Таким путем можно сократить время нагрева при
высоких, критических с точки зрения окалинообразования темпера-
турах, и этим уменьшить угар.
3. ТЕКУЧЕСТЬ ШЛАКОВ
В вопросе, требуется ли текучесть шлаков у нагревательных пе-
чей для штамповки, единого мнения нет. Некоторые новейшие иссле-
дования по печам говорят, что работа с жидким шлаком не обяза-
тельна и, следовательно, шлаковые отверстия не нужны. С другой
стороны, имеется мнение о том, что при работе без жидкого шлака
твердая окалина легко внедряется в деталь, и после галтовки,-трав-
ления или пескоструя остаются заметные на глаз царапины на по-
верхности; кроме того, штампы, эксплуатирующиеся при твердых
шлаках, изнашиваются быстрее.
Если работают с жидким шлаком, то необходимо, чтобы он был
достаточно текуч и не застывал в шлаковых отверстиях. При выла-
мывании шлака легко повреждается обмуровка, поэтому температура
шлака должна быть достаточно высокой. Сообразно составу шлака
температура его размягчения составляет 1200—1300°, а начало раз-
жижения 1250—1320°.
4. ПРИМЕНЕНИЕ ЗАЩИТНОЙ АТМОСФЕРЫ
Общим недостатком всех нагревательных печей является неиз-
бежность окалинообразования при высоких температурах. Даже
при эксплуатации печи с избытком газа полностью удовлетворитель-
21*
324
ПЕЧИ и нагревательные установки
кого результата получить не удается. Поэтому во многих случаях
лучшим мероприятием считается обеспечение печи защитной атмосфе-
рой. Так, современные кузнечные печи, спроектированные в США,
имеют муфели, которые во время работы печи наполняются азотом,
служащим в качестве защитного газа. Расход азота составляет
0,3 ма/мин во время нагрева и 0,7 м^/мин во время загрузки и выгрузки
материала из печи; подготовка азота производится в специальном
генераторе. Эти и подобные им печи с защитной атмосферой способст-
вуют решению задачи — получить для пластического горячего фор?
мообразования заготовку, свободную от окалины.
Фиг. 353. Схема установки для подготовки защитной атмо-
сферы с литием:
а — кран; Ъ — насос; с — генератор инертного газа (с газовым на- •
гревом); d— водяной конденсатор; е — испаритель лития (нагревается от
650 до 820*); f — литиевые патроны; g — печь.
Однако область применения таких печей ограничена; к тому же
время работы металлических муфелей весьма коротко, а керамические
муфели не всегда имеют достаточную плотность для поддержания
контролируемой атмосферы печи.
Кроме того, интересующие нас печи работают чаще с открытой
заслонкой, особенно при местном нагреве деталей.
В последнее время удалось удовлетворительно и экономично ре-
шить проблему горячего деформирования без окисления и обезуглеро-
живания путем пуска паров лития в атмосферу печи. Этот способ
• был разработан для внедрения в производство в США во время войны;
недавно должны были применить его и во Франции.
Схема необходимой установки показана на фиг. 353. Способ осно-
ван на том, что к печи'придается дополнительная аппаратура, состоя-
щая из генератора инертного газа и испарителя лития. В установке,
названной генератором инертного или защитного газа, пропан или
светильный газ частично сжигается, затем возникшая при этом вода
осаждается в водоосаждающем конденсаторе, и выделяемый таким
образом инертный газ с содержанием 2,5% СО2> 18% СО, 14% Н8
и (5—15)% СН4 направляется в испаритель лития. Испаритель пред-
ставляет собой простой аппарат, в который закладываются литиевые
г патроны.
I Благодаря активности лития соединение его с кислородом проис-
! ходит с большим выделением тепла; водяные пары в печи распада-
ются с образованием окисла лития и водорода и восстановлением окиси
железа. Таким образом, при введении Фаров лития в атмосфере печи
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ НАГРЕВ
325
устраняется вредное действие водяных паров, кислорода и двуокиси
углерода.
Непосредственно после этого литий образует на поверхности де-
тали тончайший слой из окисла лития, который очень прочно пристает
к стали и придает детали при охлаждении блестящий серебристый
цвет. Следовательно, действие лития не ограничивается только полным
устранением кислорода и водяных паров из атмосферы печи и преду-
преждением окисления во время нагрева. Благодаря образованию
защитного слоя на стали литий препятствует обезуглероживанию
и образованию окалины также и на пути от печи к прессу. Этот слой
окиси лития защищает наружную поверхность детали и при последую-
щем охлаждении на воздухе.
Потребление лития чрезвычайно мало. Оно составляет около 38 г
лития на 1 т стали, или около 1 г лития на 1 л<8 защитного газа в час.
Кроме того, можно предположить другие преимущества: устранение
протравливания и пескоструйной очистки, уменьшение работы дефор-
мирования, отсутствие загрязнения инструмента, уменьшение трения
между деталью и матрицей и повышение благодаря этому стойкости
инструмента до 400 %. Вследствие смазывающего действия покрытия
окисью лития появляется возможность высадки сложных форм дета-
лей со сложным контуром и острыми кромками; одновременно допу-
стимо и соблюдение весьма жестких допусков. Однако в Германии
этот метод еще не внедрен.
Г. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ НАГРЕВ
Применение электроэнергии для нагрева при штамповке сначала
ограничивалось нагревом методом сопротивления, и лишь недавно
эффективное применение нашел индукционный нагрев. Основное
отличие этих способов нагрева от обычных способов заключается
в том, что тепловая энергия передается материалу не излучением и не
за счет теплопроводности; повышение температуры в детали осуществ-
ляется без наличия собственно нагреваемого пространства печи.
Так как почти все потери, неизбежные при обычных способах передачи
тепла к детали, отпадают, а излучение и утечки тепловой энергии весь-
ма малы, то получается значительное увеличение к. п. д.
Другим преимуществом электрических нагревательных установок
является то, что они не требуют времени для разогрева перед пуском
в эксплуатацию. Благодаря'этому можно избежать потерь времени
и энергии на пуск и охлаждение печи; установка готова к эксплуа-
тации в любое время независимо от длительности перерыва в работе.
Электроустановки более удобны при обслуживании и допускают
точный контроль температуры детали без перегрева или передержек.
Благодаря этому косвенно получается улучшение качества готовой
продукции; это особенно отражается на окалинообразовании и обез-
углероживании, которые при этом методе нагрева очень ограничены.
Наряду со снижением потерь металла на угар появляется и за-
метное сокращение расхода инструмента.
326
ПЕЧИ И НАГРЕВАТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ
Преимущества электронагревательных установок состоят в том,
что кузнечные цехи при этом не будут подвергаться загрязнению,
они могут быть более чистыми, без копоти, пыли и чада продуктов
сгорания.
I. НАГРЕВ СОПРОТИВЛЕНИЕМ
Принципиально конструкция нагревательной установки, работа-
ющей по методу сопротивления, состоит из понижающего трансфор-
матора с тонкой ступенчатой регулировкой вторичного тока от 2 до
Фиг. 354. Пятнадцатипозиционная на-
гревательная установка для нагрева под
штамповку методом сопротивления. Но-
минальная мощность 50 кеа.
Фиг. 355. Установка для нагре-
ва прутков диаметром до 28 мм
(с пневматическим зажимом).
Номинальная мощность 40 ква.
беи двух подвижных зажимных приспособлений, чаще всего выпол-
няемых в виде обычных тисков из твердой меди. Трансформатор раз-
мещается в нижней части установки. После зажима заготовка нагре-
вается током вторичной цепи порядка 10 000 а, но с малым напряже-
нием. Время нагрева очень коротко и может легко регулироваться
соответственно диаметру и длине нагреваемого материала; обычно
время нагрева составляет околс 5 сек. для малых размеров и 30 сек.
при диаметре 28 aim.
Давно известные и хорошо зарекомендовавшие себя нагреватели
Для заклепок, работающие по этому методу, нашли дальнейшее раз-
витие в конструкции нагревательных установок различных типов.
На фиг. 354 показана пятнадцатипозиционная установка для нагрева
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ НАГРЕВ
327
мелких заготовок. Изображенная нафиг. 355 нагревательная установ-
ка, снабженная пневматическим зажимным устройством, предназна-
чена прежде всего для нагрева длинных прутков. В последнее
время в порядке дальнейшего развития этого метода построены стан-
ки, которые одновременно с нагревом могут производить высадку ма-
териала. Такой станок, являю-
щийся как бы специализирован-
ной конструкцией стыковой сва-
рочной машины, изображен на
фиг. 356. По принципу работы этот
станок сходен с высадочной маши-
ной с электронагревом, уже описан-
ной выше (см. фиг. 167). Этот
станок применяется для нагрева
сталей, а также для алюминия, ла-
туни и в меньшей мере для меди.
В качестве отправных значений
Для подсчета расхода энергии по
этому методу можно принять, что
для нагрева 1 т стали на 1000°
необходимо 250—350 квт-ч, т. е.
(0,2 ч- 0,3) • 10е ккал на 1 т. При
нагреве на 1200° аналогичные зна-
чения составляют соответственно
300 — 420 квт-ч или (0,25ч-0,35) х
X 10е ккал на 1 т. Для малых дета-
лей следует брать большие значе-
ния, а для больших — меньшие. В
тельные установки такого типа
кий к. п. д. чем топливные печи; обычно к. п. д. составляет 55—
75%.
Несмотря на это, электронагрев сопротивлением не нашел еще
большого распространения. Этот метод оказался неэффективен во
многих случаях потому, что передача очень большого тока на заго-
товку требует хорошего контакта ее с губкой, чтобы избежать потерь в
месте контакта и повреждения зажимных губок. Эта проблема до сего
времени еще удовлетворительно не решена; особенно трудно получить
требуемые малые сопротивления в местах контакта при нагреве не-
обработанного катаного и кованого материала.
Фиг. 356. Высадочная машина с
электронагревом для прутков диа-
метром до 25 мм. Номинальная
мощность 50 ква.
силу вышеизложенного нагрева-
имеют значительно более высо-
2. ИНДУКЦИОННЫЙ НАГРЕБ
Индукционный нагрев, при котором не возникает никаких трудно-
стей с качеством контакта, приобретает все большее значение для штам-
повки в последние годы. При этом методе деформируемый в горячем
состоянии материал переносится в магнитное поле катушки, питаемой
переменным током высокой и повышенной частоты. Благодаря воз-
никающим при этом вихревым токам материал нагревается до же-
328
ПЕЧИ И НАГРЕВАТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ
лаемой температуры и глубины без непосредственного контакта между
материалом и нагревательным элементом. Нагрев производится с помо-
щью шпулеобразного.индуктора, охватывающего деталь. Индуктор при-
соединяется через промежуточный трансформатор к генератору, по-
дающему желаемую мощность при соответствующей частоте. Приме-
няя токи высокой и повышенной частоты можно в каждом необхо-
димом случае осуществлять и концентрировать нагрев в опреде-
ленном месте. Нагрев производится сравнительно короткое время.
Для примера можно сказать, что для нагрева до ковочной темпе-
ратуры прутка диаметром 38 мм при нагреваемой длине 140 мм
требуется от 20 до 24 сек.
При выборе частоты тока для индук-
Фиг. 357. Установка
для индукционного нагрева.
ционного нагрева руководствуются главным
образом размерами • исходного материала,
а именно, диаметром для круглого прутка
или размером узкой стороны—для поло-
сового материала. Так как меньшие раз-
меры требуют высокой частоты, то полу-
чается, что для ’ полосового материала
при равной площади с материалом круг-
лого сечения требуется более высокая час-
тота. Вообще для сечений, наиболее часто
применяемых при штамповке, обычной
частотой является 10000 гц, причем
максимальный к. п. д. получается лишь
при площади круглого сечения свыше
200 мм2, а при полосовом — лишь при
480 мм2. Поэтому .круглый материал для
индукционного нагрева более применим,
хотя принципиально можно применять этот метод и для других
сечений.
В соответствии с различными целями применения, для сплошного на-
грева заготовок в виде прутка или кубика или для местного нагрева
концов прутка запроектированы различные нагревательные установки.
На фиг. 357 показана простейшая форма установки для индукцион-
ного нагрева всего сечения материала до требуемой рабочей темпера-
туры. На фиг. 358 и 359 изображены установки для местного нагрева
участка прутка под головку, высаживаемую после на прессе или го-
ризонтально-ковочной машине. Заготовки прутка при этом заклады-
ваются в транспортирующую цепь и двигаются через желобообразный
открытый с одной стороны нагревательный индуктор. После достиже-
ния конечного положения заготовка выбрасывается и может пода-
ваться к прессу.
Существует возможность наладить работу и таким образом, чтобы
подача нагретой заготовки осуществлялась автоматически с тактом,
определяемым производительностью пресса. Соответствующим под-
бором питающей среднечастотной установки можно согласовать время
нагрева с производительностью обрабатывающей машины,при этом
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ НАГРЕВ
329
управление обеспечивается с помощью регулируемого реле вре-
мени.
Таким образом исключается обычная для настоящего времени зави-
симость производительности и ритма обрабатывающей машины от
нагревательной печи, значительно повышается пропускная способ-
ность и степень использования прессов.
Фиг. 358 и 359. Индукционная установка для местного нагрева прутков
под высадку.
На фиг. 360 показан подаватель заготовок с автоматической пода-
чей их под нагрев. Подаватель предназначен для заготовки с диа-
метром или габаритом сечения от 20 до 80 мм и длиной до 600 мм.
Заготовки, подлежащие нагреву, накладываются в магазин, который
Фиг. 360. Подаватель заготовок
с индукционным нагревом.
Фиг. 361. Установка для автома-
тического местного нагрева концов
прутков.
выполнен наклонным и может регулироваться соответственно разме-
рам заготовки. Из магазина заготовки передвигаются шаговым тол-
кателем в индуктор. Направление перемещения заготовок перпенди-
кулярно оси заготовки. При таком направлении подачи обрезанные
или отпиленные заготовки не опираются своими торцами, имеющими.
330
ПЕЧИ И НАГРЕВАТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ
заусенец, на нижний настил, благодаря чему снижается износ внут-
ренней облицовки.
Автоматическая установка для местного нагрева прутков диамет-
ром 25—60 мм при общей длине 500—1200 мм и длиной нагреваемой
части до 300 мм показана на фиг. 361. Поворотный круглый магазин
подводит прутки к нагревательному желобу, выполненному в виде
сдвоенной катушки. В кольцевое пространство, образованное наруж-
ной и внутренней катушками, прутки вдвигаются шаговым толкате-
лем, причем такт подачи устанавливается с помощью реле времени.
Фиг. 362. Пресс-автомат фирмы Гатебур с дополнительным
подающим устройством для встройки среднечастотной на-
гревательной установки.
Так как восприятие тепла при индукционном нагреве осущест-
вляется непосредственно самой деталью, то возникает новая возмож-
юсть — расположить установку для индукционного нагрева на прес-
сах, горизонтально-ковочных машинах и другом обрабатывающем
оборудовании. Индуктор можно установить непосредственно перед
деформирующим инструментом, благодаря чему отпадают обычные
операции подачи в печь, выемки из печи, подачи в машину и т. д.
Особенно благоприятны возможности применения индукционного
нагрева в различных высокопроизводительных пресс-автоматах. На
фиг. 362 для примера показан автоматический пресс для горячей
штамповки гаек фирмы Гатебур, снабженный дополнительным подаю-
щим устройством, предназначенным для встройки среднечастотной
нагревательной установки. В качестве ориентировочного значения
для выбора подходящего размера установки можно принять, что в
среднем от 30 до 50% энергии, отдаваемой сетью, обращается непо-
средственно для нагрева материала. Здесь уже учтены к. п. д. уста-
новки двигатель-генератора и нагревательного индуктора. Для теоре-
тических расчетов требуемой номинальной мощности в основу
берется нагреваемое количество материала. При сплошном нагреве
материала до температуры 1150—1250° обычно считают среднее по-
требление 500 квт-ч на 1 /и; при малых сечениях расход несколько
выше (до 550 квт-ч), а при больших снижается до 380 квт-ч. Средний
расход энергии при рабочей температуре 1000° ниже примерно на 15%,
а при температуре 800° — на 30% от вышеприведенных значений.
На фиг. ЗбЗ графически показаны некоторые данные о произво-
дительности индукционных нагревательных установок, предназна-
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ НАГРЕВ
331
ченных для пресс-автоматов при штамповке гаек. Отсюда можно вы-
брать значения необходимой мощности установки при различных
размерах материала и необходимой производительности. Кроме того,
Фиг. 363. Часовая производительность (а), но-
минальная мощность (Ь) и стоимость (с) индук-
ционных нагревательных установок для гайко-
штамповочных автоматов различных размеров.
приведены данные об общей стоимости установки; при этом следует
Фиг. 364. Производительность (а), номинальная
мощность (Ь) и стоимость (с) индукционных на-
гревательных установок для местного нагрева
прутков.
учитывать, что в Германии установки с частотой 10 000 гц строятся
только с номинальной мощностью 175 кет, так что для автоматов
332 ПЕЧИ и нагревательные установки
с более высокой производительностью должны устанавливаться одно-
временно две нагревательные установки.
При местном нагреве концов прутка расход энергии вообще не-
сколько выше, чем при нагреве заготовок целиком, так как даже при
весьма кратковременном нагреве часть тепла уходит в направлении
ненагреваемого конца прутка. Кроме того, при местном нагреве
магнитное рассеивание больше. Данные о необходимой номиналь-
ной мощности и стоимости установок для различной пропускной
способности при таком варианте нагрева приведены на фиг. 364.
Несмотря на высокую стоимость установки, обусловливаемую
дорогой ценой электрической части (двигатель-генератор и конден-
саторы), индукционный нагрев в последнее время успешно распро-
страняется в ФРГ, особенно при горячей штамповке. При при-
меняемых тарифах на электроэнергию общая сумма эксплуатационных
расходов не больше, чем у газовых печей, несмотря на высокие амор-
тизационные отчисления, являющиеся основой этих расходов.
V. ИНСТРУМЕНТ
А. РОЛЬ ИНСТРУМЕНТА В ПРОИЗВОДСТВЕ
Значение инструмента весьма возросло в связи с развитием
методов штамповки, развитием пресс-автоматов, а также в связи с
расширением области применения штамповки. Высокую произво-
дительность современнвж пресс-автоматов можно использовать
только тогда, когда инструмент имеет большую стойкость и этим
самым снижаются до минимума простои из-за частой смены инстру-
мента.
Стойкость инструмента влияет не только на количественный выпуск
продукции, но также и на сохранение точности и внешнего вида гото-
вой детали. Необходимость в частых контрольных операциях зависит
также от состояния инструмента; текущий контроль качества состоя-
ния поверхности и соответствия калибрам может быть значительно
сокращен при увеличении стойкости инструмента.
Наряду с технической стороной дела, выдвигающей на первый
план вопрос инструмента, имеются также и экономические сообра-
жения, которые требуют всесторонней оценки.
Это вытекает из сравнительно большой доли стоимости инстру-
мента в общей стоимости часовой эксплуатации машины. Эта доля
в зависимости от номенклатуры производства и требований к точности
составляет для холодновысадочных автоматов, как правило, 20^-30%.
При точной штамповке труднодеформируемых металлов доля инстру-
мента в общих расходах может быть и более 50%. При применении
другого оборудования, в частности, при массовом производстве дета-
лей при невысоких требованиях к точности, доля расходов на инструмент
меньше, но все же составляет солидную статью в общей экономике
предприятия (см. фиг. 519). В табл. 63—67 на основе некоторых приме-
ров из области метизного производства приведены данные по стои-
мости инструмента на винтовых фрикционных прессах, болтоковочных
машинах, прессах для горячей штамповки гаек, двухударных
холодновысадочных и гаечных автоматах. Здесь даны ориенти-
ровочные значения, не претендующие на универсальность, но доста-
точно обоснованные для приближенных расчетов.
334
ИНСТРУМЕНТ
Таблица 63
Стоимость инструмента для винтовых фрикционных прессов
(ориентировочные значения) в германских марках
Размеры болта М12 М24
Двухсторонняя матрица из легированной штампован- ной стали Высадочный пуансон со вставкой из легированной штамповой стали Общая стоимость комплекта 25 20 45 35 25 60
Таблица 64
Стоимость инструмента болтоковочиых машив (ориевтировочиые значения)
_________________________в германских марках__________________________
Размеры болта М12 М24 Размеры болта М12 М24
Две зажимные полума- трицы из легирован- ной штамповой стали 55 80 Обжимной пуансон со вставкой из легированной стали 10 25
Две боковые обжимки и по одной верхней и нижней обжимке из того же материала - . 45 75 Общая стоимость комплек- та . НО 180
Таблица 65
Стоимость инструмента для горячей штамповки гаек в германских марках
Размеры резьбы гайки М24
Комплект инструмента, состоящий из пробивного пуан- сона, выталкивателя, отрезного пуансона и матрицы из ле- гированной штамповой стали 50 100
Таблица 66
Стоимость инструмента для двухудариых холодвовысадочных автоматов
___________(ориентировочные данные) в германских марках_____
Размеры болта Мб М12
Конструкция автомата Разъемные матрицы Цельные матрицы Разъемные матрицы Цельные матрицы
Две полуматрицы из нелегировэнной
инструментальной стали 25 — 37
Высадочная матрица из нелегирован- ной инструментальной стали 15 22
Черновой (предварительный) пуансон 8 1 8
Чистовой (окончательный) пуансон . Общая стоимость комплекта инстру- 7 1 5
мента (без отрезного ножа и отрезной матрицы) 40 30 70 55
ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ К ИНСТРУМЕНТУ
335
Таблица 67
Стоимость инструмента гайковырубных прессов в германских марках
Размеры резьбы гайки Мб М12 Размеры резьбы гайки Мб М12
Конструкция пресса Горизон- тальный Верти- кальный Конструкция пресса Горизон- тальный Верти- кальный
Пробивной пуан- сон Пробивная матри- ца Отрезной и чека- ночный пуансон Отрезной нож . . Захватывающий стержень . . - Обжимная матри- ца 1 2 7 6 1 3 1,5 2,5 5 10 2 4 Зачистной пуансон . Зачистная матрица . Матрицедержатель - 2 пуансона вырубки угольничков . . . Матрицы вырубки угольничков . . . Ловители Стоимость комплекта 6 7 22 55 9 8 40 15 5 2 105
По этим соображениям оказывается, что в отношении инструмента
следует уделять должное внимание двум проблемам:
1) удешевлению инструмента при его изготовлении;
2) обеспечению повышения стойкости инструмента.
Эти две проблемы могут решаться и обсуждаться раздельно. Меро-
приятия для решения первой проблемы направлены на снижение
лишь части общих расходов на инструмент, решение второй проблемы
ведет к преимуществам также и в технологическом отношении. Обычно
мероприятия второго направления снижают стоимость не только
благодаря уменьшению расхода инструмента, но и косвенно, благодаря
снижению количества остановок машины, вызываемых износом или
поломками инструмента. '
Б. ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ К ИНСТРУМЕНТУ
1. НАГРУЗКА НА ИНСТРУМЕНТ
Нагрузка на инструмент при штамповке слагается из большого
числа частных нагрузок. Эти нагрузки возникают большей частью
совместно, но доля их различна в зависимости от применяемого ме-
тода обработки и оборудования. Быстроходность, высокая точность,
применение труднодеформируемых материалов — все это еще более
повышает требования к инструменту.
По основным признакам можно разделить нагрузки на механи-
ческие и термические.
336
ИНСТРУМЕНТ
а) Механические нагрузки
Большое число методов обработки требует от инструмента совер-
шенно различных свойств; силы, появляющиеся при деформировании,
вызывают сжатие, износ, удар по инструменту. Поэтому инструмент,
с одной стороны, должен иметь хорошую вязкость, с другой стороны,
высокую износостойкость, а также большую прочность и твердость.
У некоторых инструментов, в особенности при конической или более
сложной форме высадки, к этому добавляются разрывающие нагруз-
ки, обусловленные большой величиной возникающих давлений. Эти
разнотипные и частично противоположные нагрузки необходимо
учитывать путем соответствующего конструирования инструмента и
выбора способа обработки, подходящей инструментальной стали,
правильной термообработки и, что очень важно, заботливого обра-
щения с инструментом.
б) Термические нагрузки
У инструмента для горячей обработки возникают дополнительно
тепловые нагрузки, зависящие от температуры обработки, скорости
обработки, продолжительности контакта между деталью и инструмен-
том, условий охлаждения инструмента. Благодаря тепловым нагруз-
кам появляется значительный износ, в первую очередь выступающих
кромок. К этим нагрузкам добавляются другие, обусловливаемые
постоянной сменой температуры, благодаря длительным или коротким
паузам между рабочими ходами. Поверхность инструмента нагревает-
ся вследствие контакта с деталью, температура которой постоянно изме-
няется и, кроме того, более или менее резко охлаждается в зависимости
от вида охлаждения, например, охлаждения воздухом, сжатым возду-
хом,водой. Эти периодические температурные колебания и очень не-
равномерное распределение температуры в теле инструмента, усугублен?
ное малой теплопроводностью легированных инструментальных сталей,
ведут к возникновению термических напряжений, которые после не-
которого времени эксплуатации становятся причиной появления тре-
щин. При применении водяного охлаждения особенно часто появля-
ются так называемые разгарные трещины, поэтому высоколегирован-
ные стали должны охлаждаться не водой, а менее резко действую-
щими средствами, например, сжатым воздухом.
Однако тепловые нагрузки появляются не только при горячей
штамповке, но, правда, в меньшей степени, и при холодной высадке
и холодной объемной штамповке. Как видно на фиг. 365, температура
инструмента проволочно-гвоздильных, одно- и двухударных холодно-
высадочных автоматов повышается с увеличением числа ходов. Прав-
да, следует думать, что увеличение температуры при дальнейшем уве-
личении скорости будет не столь велико. Нафиг. 366 приведены темпе-
ратуры высадочного пуансона в зависимости от его средней скорости.
Больший нагрев инструмента у проволочно-гвоздильного автомата
объясняется тем, что здесь пуансон по сравнению с диаметром прово-
локи мал; менее интенсивный нагрев у двухударного холодновысадоч-
ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ К ИНСТРУМЕНТУ
337
ного автомата обусловлен работой пуансона только при каждом вто-
ром ударе. Средняя температура инструмента остается сравнительно
низкой, и поэтому условия работы здесь не идут ни в какое сравнение
ГВоздильныи ' О0ноударнь1й Дйухударный 1
автомат автомат * пресс-автомат \
* 100
—Разъемная вы-
садочная ма-
трица о ?s
---высадочный
пуансон <z> 70
-—Черновой
пуансон О> 60
Заготовка
болта 8 х30
«У
<ъ
| hO
го
250 400 500 6'00 100 160 200 240 50 80 ЮО /20
Vи.спо ходов ползуна в минуту
Фиг. 365. Влияние числа ходов оборудования на темпе-
ратуру инструмента при холодной высадке.
с условиями работы инструмента для горячей обработки. Однако
нагрев инструмента следует учитывать для составных конструкций,
если коэффициенты линейного рас-
ширения различных частей инстру-
мента неодинаковы, например, при
применении твердосплавных вста-
вок.
2. СТОЙКОСТЬ ИНСТРУМЕНТА
Стойкость инструмента раз-
лична при разных методах об-
работки. Но и на одном и том же
оборудовании разные детали де-
формирующего инструмента име-
ют разную стойкость. У холодно-
высадочных автоматов, например,
наиболее важными в этом отноше-
нии являются высадочные матри-
цы. Они сменяются до четырех раз
в смену (в зависимости от нагруз-
Фиг. 366. Нагрев высадочного пуансона
в зависимости от средней скорости.
ки и конструкции инструмента, а также исходя из требований со-
блюдения очень узких допусков на стержень высаживаемого болта).
Черновой и чистовой пуансоны имеют, как правило, более высокую
стойкость. Еще большую стойкость у этих автоматов имеют отрез-
22 1129
338
ИНСТРУМЕНТ
ные ножи и отрезные матрицы, которые обычно меняются очень
редко.
> В штампах для горячей штамповки матрицы во многих случаях
также быстрее изнашиваются, чем пуансоны. Это, между прочим,
объясняется еще и тем, что матрицы более длительное время соприка-
саются с нагретой заготовкой и поэтому подвержены более сильным
тепловым нагрузкам и более резким температурным колебаниям.
Факторы, определяющие стойкость, могут быть внешнего порядка,
т. е. вытекающие из характера использования инструмента, и внутрен-
ние, обусловленные состоянием и способом изготовления инстру-
мента.
Табл. 68 содержит обобщение важнейших факторов, которые
влияют на общее состояние инструмента.
Таблица 68
Факторы, влияющие на стойкость высадочвого инструмента
Инс гру мент Высаживаемая деталь Материал Оборудование и метод обработки Прочие влияния
Применяемая инструменталь- ная сталь. Термообработ- ка. Форма инст- румента. Качество обра- ботки. Форма и раз- меры детали. Пределы до- пусков. Степень дефор- мации. Деформируе- мость. Точность. Состояние по- верхности. Тип деформи- рования. Температура обработки. Быстроход- ность и скоро- сти обработки. Охлаждение инструмента. Состояние оборудования. Установка инструмента. Смазочные средства.
а) Внешние факторы
Уже упомянуто, что производительность инструмента зависит,
в первую очередь, от требуемой точности изготовляемых деталей,
от их формы и размеров, а также от свойств обрабатываемого материала.
Чем жестче допускаемые размерные отклонения, чем сложнее форма,
тем неизбежно ниже стойкость инструмента. Кроме того, стойкость
снижается с увеличением диаметра обрабатываемого материала или
детали. Другим недостаточно учитываемым фактором, влияющим на
стойкость, является состояние применяемого оборудования и надле-
жащий монтаж инструмента. При проведении мероприятий, обеспечи-
вающих повышение стойкости, об этом забывать нельзя.
Ущерб стойкости инструмента причиняет высокое сопротивление
деформации; уменьшают стойкость инструмента труднодеформируе-
мые стали и цветные металлы. Следует установить связь между каче-
ством поверхности материала и стойкостью инструмента. Обработка
материалов с налипшей ржавчиной и окалиной способствует истира-
нию и износу инструмента.
ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ К ИНСТРУМЕНТУ
339
У деталей, деформируемых вгорячую, твердый слой окалины пре-
пятствует процессу деформации и ускоряет износ инструмента. Тща-
тельная очистка от окалины весьма важна для повышения долговеч-
ности инструмента.
Еще большее значение имеет состояние поверхности обрабатывае-
мого материала для методов холодного деформирования. Трение
между материалом и инструментом мешает не только процессу высад-
ки, но в еще большей мере способствует износу инструмента, так
что снижение сил трения весьма важно. По этим соображениям ма-
териал для холодной высадки должен быть защищен от коррозии,
так как пятпа ржавчины могут повредить матрицы и прочие детали
инструмента. Кроме того, материалы почти во всех случаях снабжают
покрытием, обеспечивающим, наряду с облегчением процесса дефор-
мирования, повышение долговечности инструмента. Действие покры-
тия тем значительнее, чем больше нагрузки при деформировании.
При применении разъемных матриц этот фактор имеет меньшее зна-
чение. Удлинению срока службы инструмента при холодной высадке
способствует нанесение легкой масляной пленки на материал. Нане-
сение производится или с помощью пропитанных маслом лоскутов
шерсти, или же простейшим приспособлением,устанавливаемым перед
подающими роликами. При этом удаляются с материала все инород-
ные тела и загрязнение. В некоторых случаях к матрице подводится
постоянный приток масла. Однако при этом следует обратить вни-
мание на то, чтобы масло не оказалось между деталью и инструментом,
так как иначе нельзя получить четкого заполнения формы в кромках.
Для сложных деталей хорошо зарекомендовала себя смазка керо-
сином.
Не следует забывать при холодном деформировании о влиянии
поверхностного обезуглероживания. Так, стойкость матрицы при
холодной высадке сильно обезуглероженной проволоки может сни-
зиться на 50% и более. Высокая прочность проволоки, вызванная
холодным упрочнением при волочении, не сказывается отрицательно
на стойкости матрицы; более того, при этом чаще наблюдается
повышенная стойкость. Однако данное замечание относится только к
высадочным матрицам, а не к остальным деталям инструмента.
Уместно указать, что повышение стойкости инструмента часто
возможно и за счет организационных мероприятий. Опыт показал,
что точное и систематическое изучение стойкости, определение источ-
ников ошибок при одновременном контроле за надлежащим монтажом
инструмента может способствовать повышению стойкости.
Вообще строгий контроль и оценка полученных результатов ра-
циональны уже только потому, что этим повышается чувство ответ-
ственности у работников производства.
При этом также можно получить ценные сведения благодаря сов-
местной работе инструментальщиков, с одной стороны, и эксплуата-:
ционников — с другой.
22*
340
ИНСТРУМЕНТ
б) Влияние изготовления инструмента
Наконец, причины плохой стойкости инструмента, и его преждевре-
менного износа или поломки могут заключаться в дефектах при ме-
ханической обработке, в неудачном выборе стали, в неправильной
термообработке самого инструмента. Ошибки в проектировании
инструмента, например, принятие слишком резких переходов сечений
Фиг. 367. Вставки пуансона
и матрицы для горячей штам-
повки болта с полупотайной
головкой и подголовком.
Фиг. 368. Штамп для горя-
чей штамповки гайки.
Штампы, вышедшие из строя из-за появления трещин.
или неправильная обработка вызывает трещины при шлифовке, что
способствует преждевременной поломке инструмента. Перегрузка
или эксцентричная нагрузка во многих случаях приводят к выходу
инструмента из строя. То же самое можно сказать и относительно
ошибочного выбора стали для инструмента. Наконец, не соответству-
ющая данным условиям термообработка, например, слишком высокая
температура охлаждения или неравномерная закалка, могут быть
причинами появления трещин. Для примера на фиг. 367 и 368 пока-
заны некоторые вышедшие из строя инструменты. Наиболее часто
встречающиеся ошибки и их последствия обобщены в табл. 69.
Таблица 69
Часто встречающиеся дефекты при изготовлении штамповочного инструмента
и следствия этого
Дефекты Следствия
Грубая обработка рабочих по- верхностей. Резкие переходы в сечениях, слишком острые углы, без доста- точных скруглений. Закалка при слишком высокой температуре (перегрев стали). Преждевременная поломка при работе. .Малая работоспособность, так как преждевременно выкрашиваются кромки; иногда появляются трещины при закалке. Малая вязкость и поэтому малая работо- способность; при закалке возможно появле- ние тпещин.
КОПС ГРУ И ГОР Л НИЕ ИНСТРУМЕНТА
341
Продолжение таблицы 69
Дефекты Следствия
Слишком сильный перегрев (пе- режог стали). Закалка при слишком низкой температуре. Неравномерный или неполный нагрев (например, при слишком быстром нагреве). Поверхностное обезуглерожива- ние инструмента (во время нагрева). Неблагоприятное охлаждение (на- пример, неструйное охлаждение). Слишком слабый или кратковре- менный отпуск; неблагоприятный отпуск при слишком низкой тем- пературе или малом времени. Отпуск при слишком высокой температуре. Трещины при закалке или преждевремен- ная поломка при работе. Пережжонный ин- струмент нельзя использовать. Отсутствие закалки или неблагоприятное принятие закалки; в зависимости от обстоя- тельств, мягкие места на рабочей поверхно- сти. Возможность появления после некото- рого времени трещин на закаленном слое. Неравномерное принятие закалки, поэтому малая работоспособность. Инструмент легко трескается, углы и кромки выкрашиваются. Неблагоприятное принятие закалки. Воз- можность появления мягких мест на рабо- чей поверхности, отсюда малая работоспо- собность инструмента. Неравномерная толщина слоя закалки и недостаточное ее проникновение, поэтому быстрый износ и малая работоспособность. Малая вязкость, выкрашивание или по- ломка после непродолжительного времени работы. Слишком малая твердость, поэтому силь- ный износ рабочей поверхности и малая ра- ботоспособность.
В. КОНСТРУИРОВАНИЕ ИНСТРУМЕНТА
1. НАПРАВЛЯЮЩИЕ ИНСТРУМЕНТ УСТРОЙСТВА
При холодной и горячей штамповке разнообразных по форме
сечения деталей возникают и боковые усилия, которые должны вос-
приниматься хорошими направляющими. Лучшее направление ин-
струмента обеспечивают хорошо направляемые ползун или салазки.
Поэтому для современных автоматов, имеющих ползуны с удлинен-
ными за коленчатый вал направляющими, не следует предусматривать
каких-либо дополнительных мероприятий для направления инстру-
мента. Наоборот, при работе на фрикционных или ковочных прессах
такое направление целесообразно, в первую очередь, при штамповке
деталей с жесткими допусками, а также в тех случаях, когда зазор
в напрагляющих ползуна слишком велик.
Инструменты могут направляться с помощью планок, выступов,
колец, штырей и колонок. Обычные для крупных инструментов npir
горячей штамповке параллельные направляющие планки (долевые
замки) весьма просты (фиг. 369), но имеют тот недостаток, что при не-
удовлетворительном направлении ползуна может предварительно про-
342
ИНСТРУМЕНТ
изойти смещение материала, а уже только после начнут действовать
направляющие планки. Кроме того, параллельные планки предохра-
няют от сдвига только в одном направлении. Показанное на фиг. 370
направление с помощью угловых выступов создает лучшее предохра-
нение инструмента от боковых сил; выступы для более легкого ввода
верхнего штампа скашиваются приблизительно на треть высоты,
а остальная часть имеет вертикальные плоскости. Недостаток такой
Фиг. 369. Долевые замки
штампов.
Фиг. 370. Угловые
выступы штампа.
конструкции заключается в склонности к откалыванию выступов,
чем вызывается опасность несчастных случаев. Вообще этот тип на-
правляющих замков значительно удорожает инструмент.
Фиг. 371. Кольцевые направляющие штампов:
а — направляющее кольцо в верхнем штампе;
b — направляющее кольцо в нижнем штампе;
1 — неглубокое направление; 2 — глубокое направление.
Весьма употребительны кольцевые направляющие замки, преиму-
щество которых заключается в простоте изготовления. Важна доста-
точная высота направляющего кольца; необходимо, чтобы кольцо
уже работало, когда инструмент начал совершать деформирование.
Кольцо выполняется не коническим, а, исключая короткий скос,
цилиндрическим. Между направляющими поверхностями предусматри-
вается зазор, сообразно величине детали, 0,25 мм или больше. Кольцо
можно располагать в верхней или нижней части инструмента (фиг. 371);
его размещают там, где имеет место больший диаметр инструмента.
У зажимных полуматриц горизонтально-ковочных машин преду-
сматриваются иногда направляющие, которые могут быть выполнены
либо в виде штифтов, либо в виде поперечных замков (фиг. 372). Здесь
направляющие устройства сдвигаются назад, чтобы не мешать исполь-
зованию полуматриц в передней части. При направлении с помощью
штырей или штифтов (фиг. 373) длину выступающей части штыря
КОНСТРУИРОВАНИЕ ИНСТРУМЕНТА
343
следует выбирать так, чтобы нижняя кромка направляющего отвер-
стия уже находилась на цилиндрической части в момент, когда
Фиг. 372. Направление
зажимных полуматриц гори-
зонтально-ковочной машины:
а — направление штырями;
b— направление замками.
a = /0^J5° c~0,15d
0,3 d h^>0,5-1,5d
l^>1,5~2d
Фиг. 373. Размеры шты-
рей для направления
штампов.
инструмент вступает в контакт с обрабатываемым материалом. Штыри
всегда располагают в нижней части, верхняя часть имеет соответст-
вующие отверстия, большие по диаметру на 0,2 — 0,5 мм и
скругленные на нижней кромке
радиусом 2—3 мм.У малых штам
пов достаточно двух штырей
располагаемых напротив; для
крупных штампов предусматри-
вают четыре штыря.
В случае, если доступность
инструмента не ухудшается бла-
годаря направляющим штырям,
возможно и колоночное на-
правление с помощью двух рас-
полагаемых рядом колонок боль-
шого размера (фиг. 374).
2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ
ИНСТРУМЕНТА
Конструкция инструмента за-
висит от различных факторов—
от формы детали, избранного ме-
тода обработки, размера маши-
ны, формы и размеров исходного
материала, а также его состава и
состояния при поставке, изготов-
Фиг. 374. Штамп с колоночным направ-
лением для кривошипных ковочно-штам-
повочных прессов.
344
ИНСТРУМЕНТ
ляемого количества деталей и, наконец, типа применяемой инструмен-
тальной стали. Несмотря на такое многообразие влияющих
факторов, имеются некоторые принципиальные положения, которые
следует учитывать во всех случаях.
а) Общие положения
Уже указывалось, что следует избегать острых кромок и углов,
а также резких переходов по сечениям. В таких местах необходимо
предусматривать скругления и галтели, чтобы добиться лучшего те-
чения материала и меньших напряжений в инструменте. Эти радиусы
перехода должны быть достаточно велики и у инструмента для холод-
ной высадки должны составлять в зависимости от размеров детали
от 0,3 до 1 мм. В крупных штампах для горячей обработки требуются
еще большие скругления. Это имеет значение еще и потому, что отска-
кивающая от детали окалина легко застревает в углах, и детали полу-
чаются с недостаточным заполнением.
Чтобы металл мог хорошо течь в форме, а детали легко выталкива-
лись, инструмент должен снабжаться боковыми уклонами, распола-
гаемыми в направлении действия усилия. Эти уклоны имеют малое
значение для холоднодефор мир уемы х деталей, но при процессах
горячей штамповки их значение гораздо большее. Угол наклона на-
ружных поверхностей составляет для ковочных прессов 1—6°, что
соответствует уклону от 1 : 50 до 1 : 10; у ковочных машин уклон
значительно меньше. Детали, которые удаляются из инструмента
с помощью выталкивателя, могут иметь меньшие боковые уклоны.
Круглые внутренние поверхности, отверстия или углубления полу-
чают больший уклон, чем наружные, чтобы деталь при охлаждении
не могла зажать инструмент. Угол наклона составляет 3—9° (от
1 : 20 до 1 : 6) у прессов и 1—3° (от 1 : 50 до 1 : 20) у горизонтапыто-
ковочных машин.
Аналогичные значения относятся к узким высоким ребрам, прили-
вам, фланцам. Меньшие боковые уклоны затрудняют горячее дефор-
мирование, а большие значения имеют следствием неизбежные потери
металла и дополнительные затраты на обработку.
Так как у горячештампуемых деталей объем заготовки, с учетом
неизбежных допусков исходного материала и в расчете на заполнение
сложных полостей, берется несколько больше, чем объем детали,
при штамповке появляется заусенец. Чтобы потери металла при этом
не были слишком большими, заусенец, толщина которого зависит
от формы и размеров детали и составляет не менее 0,5 мм, должен
по возможности ограничиваться в размерах. При этом следует учиты-
вать, что материал вначале, благодаря значительному расширению,
течет преимущественно в заусенец, и, следовательно, для избежания
потерь необходимо стремиться по возможности раньше запереть полость
возникшим заусенцем. Для уменьшения потерь на заусенец может
быть целесообразным рифление плоскости заусеничной канавки; бла-
годаря этому мероприятию, которое оправдало себя главным образом
КОНСТРУИРОВАНИЕ ИНСТРУМЕНТА
при штамповке цветных металлов, улучшается и заполняемость
полости.
При изготовлении деталей холодным деформированием условия
совершенно иные. При холодной высадке головки для наиболее бла-
гоприятной работы инструмента важно, чтобы излишний материал
мог вытесняться через достаточно
большой стык между матрицей и
пуансоном. Чем больше прост-
ранство для возникающего зау-
сенца, тем ниже нагрузки на
инструмент.
Вообще же необходимо, по-
скольку это возможно, при-
способить конструктивные фор-
мы инструмента и детали к об-
работке методом пластического
деформирования. Как можно
рационально осуществлять со-
гласование между формой инст-
румента и возможностями изго-
Фпг. 375. Варианты шлицевых винтов:
1 — старая форма выполнения: 2 — простая
крестообразная форма шлица: 3 — новая
форма крестообразного шлица по DIN 7962..
товления, показано на фиг. 375 на примере винта со шлицем.
Шлиц, обычно обрабатываемый резанием, получать на холодновыса-
дочных автоматах (соответствен-
но выполненным пуансоном) не
удалось из-за весьма малой
стойкости инструмента. Однако
оказалось возможным штампо-
вать такой шлиц одновременно'
с высадкой головки, применяя
высадочный пуансон со сменной
вставкой. Показанное на фиг.
375, 2 крестообразное выполне-
Фиг. 376. Форма выполнения пуансонов
предварительной высадки:
1 — с гладкой наружной поверхностью; 2 —
с усилением фланцем; 3 — с усилением
бандажом.
ние шлица обеспечивает боль-
шую долговечность инструмента,
но не является лучшим реше-
нием из-за высокой нагрузки на
инструмент. В противовес этому
новая форма крестообразного шлица, показанная на фиг. 375, 3, обес-
печивает значительно более высокую стойкость высадочного пуансона.
При конструировании инструмента следует выбирать наружные-
размеры его достаточно большими, чтобы они могли воспринимать,
особенно при тяжелых формовочных работах, появляющиеся рас-
пирающие напряжения. Если затруднительно разместить инструмент
большого диаметра, рекомендуется его в рабочей части усиливать,
утолщенным фланцем или насаживаемым вгорячую бандажом
(фиг. 376).
346
ИНСТРУМЕНТ
б) Разделение инструмента
При конструировании инструмента играет важную роль разделе-
ние полости на верхнюю и нижнюю части, соответственно на пуансон
и матрицу. Только при правильном разделении инструмента полу-
чается благоприятное расположение волокон и четкое заполнение
формы.
При горячем деформировании следует учитывать, что при штам-
повке под молотами материал примерно в два раза быстрее течет в верх-
ний штамп, чем в нижний, а при штамповке на прессах материал
вдвое быстрее заполняет нижний штамп. Эти закономерности необхо-
Фуг. 377. Различные варианты выполнения гнезда
высадочных пуансонов и матриц:
1 — гладкая матрица и неглубокая полость в пуансоне;
2 — неглубокие полости в пуансоне и матрице; 3 — гладкая ма-
трица, глубокая полость в пуансоне; а — матрица; b — пуансон.
.днмо учитывать при конструировании. При применении винтовых
или ковочных прессов следует располагать внизу все выдающиеся
.заплечики, цапфы, приливы, ребра. При симметричной форме детали
полости вверху и внизу делаются одинаковыми. У деталей с одной
плоскостью симметрии разделение обычно производят по плоскости
наибольшего поперечного сечения.
При холодной высадке деталей цилиндрической формы в отношении
разделения имеются различные варианты, показанные на фиг. 377.
Вариант с гладкой матрицей и малой глубиной полости в пуансоне
выгоден с точки зрения долговечности инструмента, но неблагоприя-
тен тем, что материал сильно растекается по периферии. При приме-
нении полости малой глубины в пуансоне и матрице выпучивание
оказывается посередине цилиндрической части; с ним можно мириться,
если оно не слишком велико. В противном случае это может привести
к затруднениям, например, к последующей обрезке заусенца. Наи-
более чистое выполнение детали достигается при размещении полости
в пуансоне и гладкой матрице. Следует отметить,что при этом нагрузка
на пуансон и опасность его поломки больше, чем в других случаях.
в) Отверстия для воздуха
Выдавливание острых кромок, например, упрямоугольных ступея-
•чатых поясков или четырехугольных подголовков, а также заполне-
ние глубоких полостей затрудняется потому, что воздух не может
<1
КОНСТРУИРОВАНИЕ ИНСТРУМЕНТА
347
выйти и в некоторой части формы остается в виде воздушной подушки.
В таких случаях хорошо зарекомендовали себя воздушные отверстия,
предусматриваемые у матриц и пуансонов. Благодаря этому улучшает-
ся и заполняемость при сложной форме детали. Примеры выполнения
показаны па фиг. 378 и 379, где приведены различные варианты
Фиг. 379. Варианты матриц с воздуш-
ными каналами:
1 — полость для потайной головки с квад-
ратным подголовком; 2 — редуцирующая
матрица с полостью для потайного винта с
усом; 3 — редуцирующая армированная
матрица для винтов с цилиндрическим
заплечиком.
Фиг. 378. Варианты выполнения
пуансонов с воздушными каналами:
/ — полукруглая полость с глухим
каналом; 2 <— полукруглая полость с
продольным каналом; 3-— цилиндри-
ческая полость с боковыми каналами.
выполнения воздушных каналов. Следует отметить, что отверстия
должны быть достаточно велики, чтобы не засоряться. Особенно это
относится к горячей штамповке, где возможно засорение отверстий
окалиной. Они могут выполняться в виде коротких отверстий малого
сечения, соединяющихся с каналами большого сечения.
3. АРМИРОВАНИЕ ИНСТРУМЕНТА
Инструмент для холодной высадки нельзя целиком изготовлять
из высоколегированных сталей, так как стали с высокой прокали-
ваемостью очень чувствительны к возникающей при высадке ударной
нагрузке. Поэтому необходимо этот инструмент запрессовывать во
втулку из инструментальной или обычной конструкционной стали.
Такое армирование хорошо себя зарекомендовало при изготовлении
многих сложных форм штамповочного инструмента; интенсивно нагру-
женные матрицы, особенно предназначенные для выдавливания, долж-
ны изготовляться только таким образом. Применять современные
твердые сплавы также можно лишь при армировании инструмента.
Сущность такой конструкции инструмента заключается в том,
что распирающие силы и напряжения воспринимаются главным обра-
зом наружным бандажом, благодаря чему собственно инструмент-
вставка предохраняется от поломок. Стальной бандаж должен быть
достаточно большого размера по диаметру — не менее двух диаметров
вставки. Кроме того, безусловно необходимо, чтобы в бандаж встав-
ка запрессовывалась с достаточно высоким натягом. Для обеспечения
348
ИНСТРУМЕНТ
соответствующего натяга вставку изготовляют несколько полнее по
диаметру; значение увеличения диаметра приведено на фиг. 380 в зави-
симости от диаметра вставки. Сборка вставки с бандажом производится
вгорячую, бандаж нагревают до 400° и надевают на вставку. Тотчас
после сборки весь инструмент необходимо быстро охладить в масле,
Фиг. 380. Увеличение диаметра
для армирования вставок. Твер-
дость бандажа 38—42 RC.
чтобы не допустить отпуска вставки и
снижения твердости бандажа.
Предел прочности армированного
инструмента должен составлять около
130—140 кГ/лш2, а при тяжелых фор-
мовочных работах с большими рас-
пирающими силами, например, при
выдавливании даже 140—150 кГ/мм?.
Эти значения должны сохраняться в
течение всего срока работы. Поэто-
му необходимо избегать нагрева
инструмента до высокой температу-
ры, так как при этом может снизить-
ся прочность инструмента. Это отно-
сится в первую очередь к твердо-
сплавному инструменту и к штампам
для горячей штамповки, которые
должны тщательно охлаждаться. При-
менение армированного инструмента
с малыми размерами вставок имеет, кроме всего прочего, преимуще-
ство в отношении экономии высококачественной инструментальной
стали. Поэтому даже при малых напряжениях армирование находит
все большее распространение, особенно для горячештамповочного
инструмента (фиг. 381 и 382).
Г. ОБРАБОТКА инструмента
1. ИЗГОТОВЛЕНИЕ РЕЗАНИЕМ
Наиболее известно и распространено изготовление инструмента
резанием — точением, строжкой, сверлением, фрезерованием.
2. МЕРОПРИЯТИЯ ПО ЭКОНОМИИ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЙ СТАЛИ
а) Применение вставок
Возможность экономии высококачественной инструментальной ста-
ли за счет применения вставок и бандажей уже освещалось. Это
экономическое мероприятие хорошо оправдалось в штампах для го-
рячей штамповки. На фиг. 381 и 382 показаны примеры штампов для
высадки шестигранной головки и головки винтового костыля. Один
из штампов выполнен сплошным, а другой армирован вставками.
Отсюда ясно, какая при этом может быть достигнута экономия вольфра-
мовой стали.
ОБРАБОТКА ИНСТРУМЕНТА
349
Если инструмент износился, вставку из бандажа удаляют. Для
этого служит простое приспособление (фиг. 383), в котором бандаж
Фиг. 381. Конструкция высадоч-
ных пуансонов для фрикцион-
ных прессов:
1 — выполнение из цельной заго-
товки; 2 — выполнение со вставкой
И воздушными каналами.
снаружи нагревается, а вставка
изнутри охлаждается. Бандаж
затем может применяться опять,
а вставки могут рассматривать-
ся как легированный лом для
продажи.
Фиг. 382. Конструкции выса-
дочных матриц для фрикцион-
ного пресса:
I —выполнение из цельной заго-
товки; 2 — выполнение со вставкой.
б) Стыковая сварка
Пуансоны с длинным стержнем можно изготовить так, чтобы только
для рабочей части применить легированную сталь, а стержень или
Фиг. 383. Приспособление для
выпрессовки вставок:
а — пуансон со вставкой; b — коль-
цевые газовые горелки; с — колос-
ники; d — водяной пульверизатор.
Фиг. 384. Стыковая сварка обрез-
ного пуансона для изготовления
гаек:
1 — исходные заготовки; а — рабочая
часть из легированной штампованной ста-
ли; b — хвостовик из конструкционной
стали; 2 — сваренная встык заготовка;
3 — готовый пуансон.
державку изготовить из нелегированной машиноподелочной стали.
Обе части соединяются стыковой сваркой и затем обрабатываются
350
ИНСТРУМЕНТ \
окончательно. На фиг. 384 показано применение такого метода на
примере пуансона для горячей штамповки гаек. При этом можно
достигнуть большой экономии инструментальной стали.
в) Наплавка
В целях экономии высоколегированных инструментальных сталей
можно воспользоваться наплавкой. Таким путем достигается воз-
можность использования для горячештамповочного инструмента
вместо легированных инструментальных сталей простых углеродистых
сталей. Для наплавки на высокопагруженные места применяют твер-
дые сплавы, стеллиты и другие легированные карбиды; толщина сва-
рочных электродов обычно составляет 1—6 мм. Для наплавки исполь-
зуется, как правило, газовое пламя, так как при этом расплавляется
и часть основного металла, образующего промежуточные сплавы,
важные с точки зрения прочности наплавки. Процесс наплавки дол-
жен выполняться по возможности без перерывов; толщина наплавки
берется в требуемых пределах. Мелкие инструменты диаметром до
75 мм наплавляются без нагрева; для более крупных размеров целе-
сообразен нагрев приблизительно до 400°. После наплавки инструмент
равномерно нагревают и медленно охлажда5от, после чего наплавлен^
ный слой обрабатывают.
С помощью паплавки во многих случаях можно восстанавливать
изношенные штампы. В первую очередь это относится к горячештампо-
вочному инструменту.
3. ОБРАБОТКА ИНСТРУМЕНТА ДАВЛЕНИЕМ
Характерным в развитии обработки инструмента является все
большее распространение обработки рабочего профиля давлением
вместо резания. В массовом производстве, где необходимо большое
число стабильных по конструкции штампов, оказались особенно целе-
сообразными выдавливание или штамповка полости штампа. Этот
метод применим как для изготовления высадочных пуансонов, так
и для выдавливания полостей в матрицах. Инструмент обрабатывается
и в горячем, и в холодном состоянии. Достоинства метода не ограничи-
ваются экономическими преимуществами, связанными с тем, что от-
падает большая часть обработки резанием. Преимущество техниче-
ского характера состоит в том, что эти инструменты имеют более бла-
гоприятное расположение волокон и уплотненную структуру, что
обусловливает более высокую стойкость инструмента, чем при обра-
ботке резанием. Таким методом выгодно изготовлять также сложные
рельефные полости, поскольку в большинстве случаев мастер-пуансон
легче обработать, чем полость в пуансоне или матрицах.
ОБРАБОТКА ИНСТРУМЕНТА
351
а) Горячее выдавливание
Согласно этому методу предварительно заготовка обрабатывается
резанием и затем нагревается до определяемой по ее химсоставу
ковочной температуры (см. табл. 74—76). Зажав заготовку в специаль-
ном приспособлении холодным бандажом, выдавливают желаемый
профиль па прессе со скоростью 5—10 мм/сек.
Регулируемый
/ ограничитель
^„Дергкабка
Штамп
Фиг. 385. Горячее выдавливание штам-
па для шестигранной головки.
Мастер-пуансон по своей форме соответствует форме профиля
инструмента, но чаще выдерживается несколько выше, чтобы оставить
припуск на обработку верхнего торца инструмента при последующей
окончательной обработке. При изготовлении мастер-пуапсова, мате-
риалом которого должна быть устойчивая против отпуска высоколеги-
рованная вольфрамовая сталь, необходимо учесть величину усадки
инструмента порядка 1,3—1,5%,
которую следует прибавить к
обычным размерам горячештам-
повочного инструмента, рас-
считанным с учетом усадки
(см. табл. 70).
Требуемое при таком вы-
давливании удельное давление
зависит от размера и формы
инструмента, марки инструмен-
тальной стали и температуры
обработки. Для приближенных
расчетов можно принимать
удельное давление (отнесенное
к площади сечения мастер-
пуансона) около 50 кГ/мм~.
После выдавливания необходимо тотчас удалить из полости мастер-
пуансон, чтобы он не был схвачен при остывании инструмента. При
наличии приспособления это несложно. При этом следует обратить
внимание на центричность закрепления мастер-пуапсойа и за-
готовки, чтобы избежать эксцентричной нагрузки и возможного
разрушения пуансона, а также для обеспечения чистоты и точ-
ности выдавливаемой полости. На фиг. 385 для примера показано
горячее выдавливание высадочного пуансона на фрикционном винто-
вом прессе. При очень сложной форме полости предусматривают
и в этом случае каналы для удаления воздуха из полости. Особая тща-
тельность требуется при нагреве заготовки. Следует помнить, что
инструментальная сталь при нагреве легко обезуглероживается и об-
разует окалину, если не принимать соответствующих мер предосто-
рожности. Охлаждение отформованного инструмента для успеха про-
цесса имеет не меньшее значение; для высоколегированных сталей в
первую очередь охлаждение должно осуществляться по возможности
медленно и без доступа воздуха. Как правило, следует предусмотреть
и отжиг.
352
ИНСТРУМЕНТ
Последующей обработки и полировки полости, изготовленной
таким методом, не требуется. Поверху инструмент обрабатывается
резанием. С торца его должен быть снят достаточный припуск, чтобы
кромки профиля, затянутые при выдавливании, стали острыми.
б) Холодное выдавливание (чеканка)
Горячее выдавливание наиболее применимо для крупного, т. е.
в первую очередь горячештамповочного инструмента. При обработке
мелкого инструмента выгоднее применять холодное выдавливание,
которое приемлемо для холодновысадочного инструмента, а также
мелких и средних штампов для горячих работ.
При холодном выдавливании используют специальное приспособле-
ние (фиг. 386). Верхняя часть его служит для направления мастер-
пуансона, а в нижнюю часть
закладывается соответствую-
щее размеру инструмента шли-
фованиое сменное коническое
кольцо. Можно предусмотреть
и колоночное направление,
чтобы гарантировать цент-
ричность и избежать переко-
сов во время выдавливания.
Наружный диаметр обрабаты-
ваемой детали выдерживается
несколько меньше готового
размера для компенсации раз-
дачи после удаления из при-
способления. Это занижение
размера зависит от вытесне-
ния материала при выдавли-
вании; оно составляет 0,05 лш
для мелких и до 0,2 мм для
глубоких профилей. Для
наблюдения за ходом выдав-
ливания предназначены смот-
ровые отверстия; кроме то-
го, оказалось целесообразнььм
для точного определения глу-
бины выдавливания устанав-
ливать индикатор.
Фиг. 386. Приспособление для
холодного выдавливания полости
инструмента:
а — мастер-пуансон; b — высадочный
пуансон; с — центрирующее кольцо; d —
направляющая; е — опорная плита; f —
съемная подставка; g — индикатор.
Схема процесса при работе с таким приспособлением показана
на фиг. 387 на примере выдавливания высадочного пуансона. При этом
следует обратить внимание на то, чтобы с рабочего торца заготовки
металл по наружной кромке был по возможности удален, иначе в вы-
ступающей части заготовки образуется наплыв, затрудняющий ее уда-
ление после обработки. Выбивку заготовки желательно производить
не рабочим пуансоном, а специальным выколоточным пуансоном.
ОБРАБОТКА ИНСТРУМЕНТА
353
Удаляют заготовку либо в направлении выдавливания, вынимая
подкладку, либо в обратном направлении, переворачивая центрирую-
щее кольцо. Скорость деформирования следует выбирать возможно
низкую. Сообразно форме и размерам обрабатываемой детали и марке
применяемой инструментальной стали скорость выдавливания должна
выдерживаться в пределах 0,01 —0,10 мм/сек. Опыт показал, что можно
избежать многочисленных затруднений при выдавливании инструмен-
та и, в первую очередь, появления задиров на наиболее нагруженных
частях профиля, если скорость деформирования соответственно пони-
зить. Вообще хорошо оправдалось среднее значение скорости порядка
0,05 мм!сек. Это необходимо учитывать при выборе прессов для выдав-
ливания инструмента.
Фиг. 387. Схема выдавливания высадочного пуансона:
1 — закладка в приспособление; 2 — выдавливание; {2а — образование наплыва при высту-
пающей заготовке; 2Ь — хорошая наружная поверхность после утапливания заготовки
в центрирующем кольце); 3 — удаление пуансона; (За — проталкивание в направлении выдав-
ливания; ЗЬ — удаление в обратном направлении).
Для таких скоростей пригодны только гидравлические прессы.
На фиг. 388 показан гидравлический пресс с нижним цилиндром,
предназначенный для выдавливания инструмента, изготовляемый пяти
размеров с усилием от 100 до 2000 т*. Откидной кожух с окнами из
плексигласа обеспечивает безопасность при наблюдении за процессом
выдавливания. Крупные прессы снабжены гидроприводом, произво-
дительность которого при высоких давлениях регулируется и поз-
воляет установить любую скорость в диапазоне отО до 0,13 мм/сек.
для удешевления малых прессов в них не предусмотрено регулиро-
вание скорости, а производительность гидропривода при высоких
давлениях задана таким образом, чтобы скорость деформирования при
выдавливании была равна — 0,05 мм/сек. Возможность работы с мень-
шими скоростями обеспечивается регулированием числа оборотов
электродвигателя с помощью переключателя.
* Примечание переводчика. Более совершенные прессы с уси-
лием 1000 и 2000 т, предназначенные для выдавливания, выпускает в СССР
машиностроительный завод им. Калинина (модель П-053; П-054).
23 Ц29
354
ИНСТРУМЕНТ
Необходимое усилие выдавливания зависит прежде всего от проч-
ности и состава применяемой инструментальной стали, а также от
формы и размеров выдавливаемой полости. Для конических, неполных
сферических и аналогичных им полостей требуется большее усилие
выдавливания, чем для цилиндрической формы того же диаметра.
Для неполной сферической формы усилие на 20% выше, а для кони-
ческой во много раз выше, чем для цилиндрической с плоским или
слегка скругленным дном. Эти результаты можно объяснить не только
повышенными значениями сил трения, но и тем, что здесь металл
Фиг. 388. Гидравлический пресс
для выдавливания с усилием 2000 т.
Диаметр заклепки
Фиг. 389. Усилия при вы-
давливании инструмента для
заклепок разного размера.
чечет в направлении, совпадающем с направлением "усилия. При этом,
несмотря на больший вытесняемый объем, материал течет легче, чем
при многоосном направлении течения, характерном для конической
и других форм полостей. Некоторые данные о величине необходимого
усилия при выдавливании заклепочного инструмента малых размеров
можно брать из графика на фиг. 389. Для инструментов с большими
размерами полостей усилие выше. При приближенных расчетах можно
принять, что величина удельного давления, отнесенная к площади
рабочего сечения мастер-пуансона, составляет 150 кГ!мм\ Так как
усилие деформирования очень значительно, необходимо, чтобы пло-
щадь сечения нерабочей части мастер-пуансона была минимум на 50%
больше площади сечения рабочей части. Иначе пуансон в нерабочей
части получает пластические деформации и трескается. Удачным ока-
залось решение делать сменный мастер-пуансон пригоняемым с не-
большим (до 0,1 лыг) зазором к постоянному пуансонодержателю.
Зазор компенсирует неизбежные малые перекосы инструмента, благо-
даря чему исключается преждевременная поломка инструмента. Про-
тив обычного, мастер-пуансоны должны иметь очень малые скругления
ОБРАБОТКА ИНСТРУМЕНТА
355
на кромках, порядка 0,2—0,3 мм, чтобы только воспрепятствовать
появлению трещин. Во избежание образования наплыва в верхней
части выдавливаемой полости мастер-пуансон снабжается кольцеоб-
разной ограничительной плоскостью. Диаметр ограничительного пояс-
ка не должен быть чрезмерно большим, так как при этом нельзя полу-
чить четко выдавленные кромки полости (фиг. 390). При размерах
выдавливаемой полости свыше 30 мм лучше всего отказаться от огра-
ничительного фланца на мастер-пуансоне, так как малые радиусы
перехода способствуют его преждевременному разрушению. В этом
случае полости выдавливают пуансоном без ограничительного фланца
Фиг. 390. Форма выполне-
ния мастер-пуансона с ог-
раничивающим пояском:
/ — нечеткое заполнение кро-
мок при большом диаметре по-
яска; 2 — четкое заполнение при
уменьшении диаметра.
Фиг. 391. Различные варианты выполнения
мастер-пуансонов:
1 —для неглубоких полостей с ограничительным по-
яском; 2 — для шестигранных головок с органичитель-
ным пояском; 3 — для шестигранных головок большо-
го размера без пояска.
(фиг. 391). Рентабельность такого метода изготовления зависит в пер-
вую очередь от долговечности мастер-пуансона. Поэтому его изготов-
лению необходимо уделить максимум внимания. Для придания высо-
кой прочности по всему сечению мастер-пуансоны делаются из хорошо
прокаливаемых легированных сталей и лишь в редких случаях и?
обычных сталей. От материала требуется и хорошая вязкость; мастер-
пуансоны не должны быть обезуглерожены, так как иначе они быстро
истираются. Стойкость мастер-пуансона зависит не только от разме-
ров и формы, но, в первую очередь, от состояния поверхности. Опыт
показал, что новые пуансоны имеют гораздо большую стойкость,
чем те, которые после появления на поверхности задиров были за-
чищены. По-видимому, появляющийся при закалке тонкий поверх-
ностный слой является аккумулятором смазки. Рекомендуется пред-
усматривать поверхностное покрытие мастер-пуансона простейшим
образом, путем омеднения, но лучше фосфатированием, что умень-
шает механическое трение при выдавливании. Хорошим смазочным
средством является коллоидный графит в смеси с 30%-ной добав-
кой жидкого машинного масла. Благодаря применению смазки можно
снизить усилие выдавливания и, следовательно, выдавливать большие
по размерам полости.
Качество поверхности выдавленной полости в основном зависит
от состояния поверхности заготовки. Поэтому на торцах заготовки
не должно быть следов резца. При возможности торцы следует шлифо-
23*
356
ИНСТРУМЕНТ
вать и полировать до зеркального блеска, так как некачественность
поверхности заготовки перейдет на поверхности выдавленной полости.
Кроме того, следы резца являются очагами появления трещин при вы-
давливании, которые делают полость непригодной. При наличии
еотовки пуансонов для вы-
давливания:
1 — заготовка с конической за-
точкой торца (угол конуса 150—
160°); 2— заготовка с заточкой
в виде усеченного конуса (угол
15°); 3— заготовка без заточкн
с плоским торцом и с выточкой
на противоположном торце для
размещения вытесняемого мате-
риала.
следов резца допустима меньшая глубина выдавливания.
Предназначенные для выдавливания
заготовки обрабатываются резанием
обычным порядком. Их диаметр берется
на несколько сотых миллиметра меньше
требуемого окончательного диаметра,
чтобы облегчить монтаж заготовки в
приспособление для выдавливания.
Отношение наружного диаметра заго-
товки к диаметру выдавливаемой по-
лости также имеет большое значение
для процесса, особенно при большой
глубине полости. Если инструмент не
цельный, то размер применяемых вста-
вок должен быть выбран достаточно
большим. Высота заготовки или встав-
ки также играет важную роль. Высота
тела заготовки после выдавливания должна состав-
лять по меньшей мере 70% диаметра выдавливающего
мастер-пу ансона.
При изготовлении заготовки высадочного пуан-
сона необходимо учесть, что полость не может быть
выдавлена полностью при наличии на заготовке
плоского торца.
Для того чтобы получить четкие кромки в верхней
части полости, необходимо предусмотреть на заготовке
коническую заточку (фиг. 392); рекомендуемые углы
заточки равны 15°. Можно заточку выполнять и в
виде усеченного конуса, но диаметр меньшего основа-
ния конуса при этом должен быть примерно на 2 мм
меньше диаметра выдавливаемой полости. Последую-
щей обработки торца после выдавливания в этом
случае не требуется.
Однако такая заточка возможна только при круг-
лых формах сечения высаживаемых головок. По-
лости другого профиля можно выдавливать лишь Фиг. 393. Выдав-
при плоском торце (фиг. 393), так как при скашива- лив0ние пуансо-
нии торца из-за неравномерного течения материала отличной^от^иь’
при выдавливании появляются трещины в углах линдрической.
полости. В этом случае инструмент должен торце-
ваться и затачиваться на конус после выдавливания полости.
Вытесняемый материал при заточке торца на конус растекается
в стороны- При плоском торце необходимо на нерабочем торце заго-
ОБРАБОТКА ИНСТРУМЕНТА
357
товки предусмотреть выемку; наиболее благоприятной оказалась
неполная сферическая форма выемки. При слишком большой выемке
Фиг. 394. Вставки с полостью, выполненной выда-
вливанием, и различной формой нижней выемки:
1 — благоприятная неглубокая сферическая форма;
2—появление трещин на дне из-за острых кромок выемки;
3 — продавливание вставки из-за слишком малой йыемки
с острыми кромками.
с острыми кромками дно заготовки трескается, при слишком малой
выемке с незакругленными кромками вытесняемая сталь выдавли-
вается в тампонообразную форму с трещинами (фиг. 394). Для заго-
товок, имеющих сравнительно малый наружный диаметр и большую
толщину дна под полостью
(относительно диаметра
полости), это не столь
важно.
Необходимо принимать
особые меры при выдавли-
вании в высадочных ма-
трицах полостей для квад-
ратных подголовков. Про-
цесс выдавливания сам
по себе при четком за-
полнении кромок полу-
чается даже при выдавли-
вании полости в цель-
ной заготовке. Необходимо
только применять соответ-
ственно выполненный мас-
тер-пуансон с конической
заточкой. Однако трудно-
сти состоят в том, что
пуансон застревает в инст-
рументе и его тяжело уда-
Фиг. 395. Выдавливание матрицы с поло-
стью для квадратного подголовка:
1 — закладка просверленной заготовки; 2 — затека-
ние материала в отверстие при выдавливании подго-
ловка.
лить даже при выполнении
с большим скосом. Чтобы избежать поломок мастер-пуансона при уда-
лении, заготовка должна иметь предварительно просверлённое от-
верстие (фиг. 395), через которое производится выколачивание. Очень
важно правильно выбрать диаметр этого отверстия; если оно очень
мало, то получаются те же явления, что и у цельной заготовки. При
слишком большом диаметре отверстия плоскости выдавливаемой
858
ИНСТРУМЕНТ
полости не получаются чистыми, так как острые кромки мастер-пуан-
сона обусловливают появление сдвигающих нагрузок и на боковых
плоскостях образуются надрывы. Наиболее удачным средним значе-
нием оказалось отверстие диаметром в 75—85% окончательного диа-
метра. Глубина выдавливаемой полости при этом ограничена. Более
глубокие прямоугольные подголовки нельзя изготовлять в одну опе-
рацию, так как большое количество выдавливаемого материала пол-
ностью перекрывает отверстие. Выдавливание следует проводить в две
операции: сначала предварительно отформовать полость примерно
Фиг. 396. Выдавливание пуансона предварительной высадил
1— выдавливание в цельной заготовке; 2 — выдавливание во вставке.
на две трети глубины, затем просверлить отверстие еще раз и во вто-
рой операции окончательно выдавить полость. Конические и пирами-
дальные профили подголовков выдавливать легче, причем можно об-
рабатывать и целую, и просверленную заготовку. При этом диаметр
отверстия сверлится несколько меньше, чтобы компенсировать сильную
раздачу, которая получается при выдавливании полостей такого про-
филя. Рекомендуется диаметр предварительно просверленного отвер-
стия выдерживать порядка 30% от конечного размера.
Таким методом можно выдавливать и пуансоны для предваритель-
ной высадки. На фиг. 396 показано приспособление для выдавливания,
налаженное в одном случае на выдавливание в цельной заготовке,
в другом — во вставке. Отдельные моменты процесса показаны на
фиг. 397.
Выдавленная вставка перед запрессовкой обрабатывается до
требуемого размера только поверху; полость обработки не требует.
Точность по размерам и качество поверхности полости значительно
выше, чем при обработке резанием. Благодаря этому облегчается и про-
ведение процесса предварительной высадки.
Применение метода холодного выдавливания можно расши-
рить за счет обработки выдавливанием в некоторых случаях и мас-
тер-пуансонов. Это относится, в первую очёредь, к мастер-пуансонам
с выпуклым рельефным профилем. Таким способом можно изготовлять
высадочные пуансоны, в полости которых должны быть выгравиро-
ОБРАБОТКА ИНСТРУМЕНТА
359
ваны эмблемы фирмы или качественные характеристики (см. фиг. 256).
Но такой пуансон с оттиском в полости можно и выдавить, если кроме
мастер-пуансона воспользоваться еще и мастер-мастер-пуансоном.
С помощью мастер-мастер-пуансона, на котором гравируется надпись,
снабженная воздухоудаляющими отверстиями для получения чет-
кого оттиска, формуется сначала мастер-пуансон, а уже затем выса-
дочный пуансон.
Аналогичный метод рекомендуется также и при изготовлении вы-
садочных пуансонов для винтов с крестообразным шлицем. Высадоч-
ный пуансон, формующий голов-
ку и одновременно выдавли-
вающий крестообразный шлиц
(фиг. 375), имеет очень сложную
форму, и обычными способами его
трудно изготовить. Поэтому сна-
чала изготовляют мастер-мастер-
пуансон, соответствующий по
форме "'отвертке для такого шли-
ца. С помощью его обрабаты-
вается мастер-пуансон, обеспе-
чивающий выдавливание вы-
садочных пуансонов.
При холодном выдавливании
глубоких и сложных полостей
процесс следует расчленять.
Может быть более целесообраз-
но после предварительного
выдавливания дать промежуточ-
ный отжиг для уничтожения упр
для легированных сталей.
Фиг. 397. Отдельные операции при
изготовлении пуансона для предвари-
тельной высадки со вставкой:
1 — закладка просверленной заготовки; 2 —
выдавливание полости; 3 — шлифовка наруж-
ной поверхности; 4 — запрессовка вставки.
шения. Это особенно рационально
4. ГРАВИРОВАНИЕ ИНСТРУМЕНТА ТРАВЛЕНИЕМ
Ради полноты следует упомянуть и о гравировании травлением,
применяемом в первую очередь при изготовлении инструмента с не-
глубоким сложным профилем. Метод заключается в следующем:
сначала изготовляется эталонная модель, по форме и размерам в точ-
ности аналогичная готовой детали. На предварительно обработанную
поверхность сырой заготовки инструмента наносится травильная
грунтовка, состоящая из смеси сала с воском. Травильная грунтовка
характерна тем, что она легко снимается с шероховатой поверхности
заготовки и прилипает к гладкой поверхности модели. Эталонная
модель осторожно накладывается на заготовку и тискается под прес-
сом, так что на выпуклых местах заготовки грунтовка вытесняется и
налипает намодель (фиг. 398). Таким образом, неплоские места инстру-
мента Освобождаются от грунтовки и затем удаляются травлением в
ванне, в то же время места (фиг. 399), покрытые грунтовкой, защищены
от травления. При первом травлении можно в зависимости от характера
360
ИНСТРУМЕНТ
неровностей удалить слой толщиной до 0,2 мм\ затем процесс много-
кратно повторяется в этой последовательности, вплоть до 30-кратного
травления гравюры. Продолжительность протравливания постоянно
Фиг. 398. Принци-
пиальная схема ус-
тройства для оттиска
при гравировании
травлением:
а — модель; b — заго-
товка инструмента.
Фиг. 399. Установка
для гравирования инстру-
мента:
а — инструмент; b — тра-
вильная жидкость; с — дере-
вянная рамка; d—уплотни-
тельная масса (пластилин);
е — вытяжка,
снижается: первое травление продолжается около 15 мин., а для по-
следнего достаточно неколько секунд. Соответственно этому умень-
шается и толщина удаляемого слоя. Длительность такого процесса
обработки составляет 5 час. и более. В связи с этим метод применим
лишь при весьма сложной форме инструмента. Достижимые точности
для всех размеров соответствуют 6-му квалитету ISA, но лишь при
очень неглубоком плоском профиле.
5. ТОЧНОСТЬ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИНСТРУМЕНТА
а) Точность размеров
При изготовлении инструмента неизбежны требования выдержать
весьма жесткие допуски на размеры, так как точность деталей зависит
в первую очередь от точности размеров инструмента. Для штампов,
предназначенных для горячей штамповки, обрабатываемых резанием
и доводимых затем вручную, можно применять точность по 11-му
квалитету ISA. При чистовом фрезеровании и строжке отклонения
на размеры следует назначать ио 9-му или 10-му квалитету. При то-
карной обработке считают, что точность соответствует 8-му квали-
тету.
Во многих случаях, когда наряду с жесткими допусками требуется
высокое качество поверхности (холодновысадочный инструмент), при-
меняется дополнительно шлифовка.
Отклонения размеров штампов, выдавливаемых вгорячую, соот-
ветствуют в среднем 11-му квалитету. При холодном выдавливании
можно практически достигнуть любой точности, вообще же Достато-
ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ СТАЛИ
36?
чей 8-й квалитет. При гравировании травлением, как уже упомянуто,
можно снизить допуски до 6-го квалитета.
С наиболее жесткими допусками следует изготовлять те размеры,
которые изменяются при износе.
б) Усадочные размеры
При установлении размера инструмента для горячей штамповки
необходимо компенсировать усадку детали добавлением к номиналу
величины усадки. Кроме того, следует иметь в виду, что инструмент
благодаря собственному нагреву несколько расширяется, и поэтому
в рабочем состоянии имеет несколько больший размер, чем при изго-
товлении. Оба эти влияющих фактора противоположны.
Величина усадки в первую очередь зависит от марки деформируе-
мого материала и температуры обработки, а также, правда в меньшей’
степени, от формы и размерных соотношений изготовляемых детален.
Данные для наиболее употребляемых марок материалов обобщены1
в табл. 70. У длинных и сложных по форме деталей усадка больше;
при малых сечениях деталей, охлаждающихся уже в штампе, усадка,
меньше по сравнению с данными таблицы.
Таблица 70
Усадка при горячей штамповке
Мате- риал Алюминий Бронза Л к ф Магние- вые спла- вы 1 Марганцевая сталь
Усад- ка в %. 1,5—1,8 — 1,6 ~0,8 1,2—1,6 ~2,0
Латунь Никелевые сплавы Сталь нелеги- рованная Сталь легиро- ванная Сталь деформи- руемая при низ- ких тем- перату- рах Цинк
1,2-1,5 ~2,0 1,2—1,5 1,5—2,0 0,8—1,2 ~1,6
в) Контроль формы полости
Контроль внешних размеров осуществляется обычным универсаль-
ным измерительным инструментом или шаблонами. Контроль полости1
пуансонов или матриц производится чаще с помощью отливок гипса
или свинца. Гипсовый слепок не дает усадки и поэтому дает точное
отражение профиля; у отливки свинца необходимо учитывать усадку,
приблизительно одинаковую со сталью. Таким образом, свинцовая
отливка представляет как бы готовую деталь. Этим методом можно1,
проверять все размеры инструмента перед закалкой или сборкой.
Д. ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ СТАЛИ
Требования к сталям для инструмента вытекают в основном из тре-
бований, предъявляемых к инструменту, о чем уже сказано раньше.
Стали должны быть нечувствительны к ударным нагрузкам, способны
выдерживать большие напряжения на сжатие, быть износоустойчи-
362
ИНСТРУМЕНТ
выми. У сталей для горячештамповочного инструмента необходимо
иметь достаточно высокую прочность и при повышенной температуре.
В применяемых для этого инструмента сталях не допускается
каких-либо дефектов и, в частности, загрязнений, шлаковых включе-
ний или рыхлот; эти дефекты привели бы к появлению трещин и
преждевременной поломке инструмента. Соответствующие требования
ставятся в отношении чистоты химического состава и отсутствия неже-
лательных примесей и включений.
1. ОТПРАВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ПО ВЫБОРУ СТАЛИ
' Выбор подходящей стали для инструмента должен основываться
не только на чисто технических, но и на экономических соображе-
ниях. При этом большое значение имеет количество изготовляемых
деталей в партии. Для массового производства выбирают, как пра-
вило, высококачественные стали с большой стойкостью, что обуслов-
ливает снижение времени па смену и переналадку инструмента. Одна-
ко при серийном производстве или при изготовлении специальных
деталей малыми партиями чаще выгоднее применять более дешевые
•стали, так как иначе инструмент бывает недостаточно использован.
В связи с этим необходимо учитывать и размеры инструмента: предпоч-
тительнее изготовлять из высококачественной стали мелкий инструмент
и вставки, а не цельные крупные штампы, у которых удельный вес
стоимости материала в общей стоимости больше.
Выбор стали зависит также и от обрабатываемого материала.
, Конечно, при деформировании легированных сталей требования зна-
чительно выше, чем при обработке малоуглеродистых сталей или легко-
деформируемых цветных сплавов. Влияют на определение подходя-
щей марки стали для инструмента применяемые формообразующие
операции и избранный процесс обработки, определяемый оборудо-
ванием. Основную роль играют, в первую очередь, температура обра-
ботки, характер возникающей основной нагрузки, степень деформации,
скорость деформации. Необходимо учитывать и форму инструмента:
например, штамп с неглубокой полостью, имеющей высокую твер-
дость, требует другой марки стали, чем штамп с глубокой полостью,
у которого важна и высокая вязкость. Требуемая точность раз-
меров деталей влияет на выбор инструментальной стали: при изго-
товлении высококачественных деталей с жесткими допусками износо-
стойкость инструментальной стали должна быть выше, чем при мас-
совом производстве грубых деталей. Необходимо учитывать и харак-
тер обработки инструмента: при выдавливании штампов следует
предусматривать стали с достаточной способностью к деформированию.
Наконец, нужно продумать и возможности термической обработки;
применение сталей, весьма капризных при термообработке, возможно
только при хорошо оснащенном термическом цехе.
При выборе сталей для штампов горячей штамповки следует обра-
щать внимание и на характер охлаждающих средств; если, например,
ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ СТАЛИ
363
по каким-то соображениям штампы должны охлаждаться водой,
нельзя применять высоколегированные стали.
! Многообразие этих определяющих факторов обусловливает приме-
нение большого числа марок сталей для инструментов, предназна-
ченных для горячей и холодной штамповки. Стали могут быть легиро-
ванные и нелегированные. Рассуждая о легированных сталях, не сле-
дует думать, что высокое содержание легирующих элементов всегда
способствует необходимому улучшению свойств инструмента. Приме-
нение высоколегированных сталей должно быть тщательно взвешено; не
следует видеть в выборе высоколегированной стали средство к разреше-
нию всех трудностей и снижения стойкости. Опыт показал, что часто
применяют чрезмерно легированные стали, а свойства, вызываемые ле-
гирующими элементами, совершенно не нужны или даже нежелатель-
ны для рассматриваемых условий нагрузки. В таких случаях можно
добиться улучшения обратным путем, переходя к менее легирован-
ным сталям и тем самым достигая соответствия свойств инструмен-
тальной стали и условий фактического нагружения.
Для. повышения способностей инструмента к восприятию боль-
ших распирающих нагрузок целесообразно в ряде случаев инстру-
ментальные стали проковывать не обычно вдоль волокон, а перпен-
дикулярно направлению волокон. Следует также заказывать инстру-
ментальную сталь в кубиках или дисках, прокованных таким обра-
зом.
2. СТАЛИ ДЛЯ ШТАМПОВ ХОЛОДНОЙ ОБЪЕМНОЙ ШТАМПОВКИ
Инструменты, предназначенные для холодных штамповочных ра-
бот, изготовляются из легированных и нелегированных сталей.
• Нелегированные стали с низким содержанием марганца и крем-
ния имеют весьма высокие значения критических скоростей охлажде-
ния, которые могут быть достигнуты лишь на мелких сечениях или
только на поверхностном слое при закалке в воде. Поэтому эти мате-
риалы являются непрокаливаемыми, сердцевина деталей не закали-
вается и остается вязкой.
Характерным для легированных сталей является снижение крити-
ческих скоростей охлаждения, обусловливаемое наличием легиру-
ющих элементов. В связи с этим легированные стали прокаливаются
глубже, а высоколегированные стали воспринимают закалку по всему
сечению. Высоколегированные стали имеют низкие скорости охлаж-
дения, которые легко достигаются при охлаждении в масле или
даже на воздухе. В таких случаях охлаждение в воде привело бы к
появлению в инструменте высоких термических напряжений или
трещин.
Стали, закаливаемые в масле или на воздухе, характерны, между
прочим, высокой стабильностью размеров и малыми закалочными
напряжениями при термообработке; они почти не подвергаются ко-
роблению, что нельзя сказать о сталях, закаливаемых в воде.
364
ИНСТРУМЕНТ
а) Непрокаливаемые стали
Высокие скорости работы пресс-автоматов, частая последователь-1
ность возникновения ударных нагрузок в соединении с большими уси-
лиями деформирования — все это ставит очень высокие требования
к инструменту. Матрицы и пуансоны должны быть очень твердыми на
поверхности, но в то же время не хрупкими, чтобы кромки не лопались.
Только сталь лучшего металлургического качества и правильно вы-
бранного химического состава может отвечать этим требованиям.
Стали с высокой прокаливаемостью для таких целей непригодны.
Наиболее употребительны нелегированные или малолегировапные
стали с неглубокой прокаливаемостью. Сталь для интенсивно нагру-
женного инструмента не должна иметь каких-либо примесей; содержа-
ние серы и фосфора ограничивается 0,025%, а в американской прак-
тике даже 0,020% (табл. 71).
Таблица 71
Непрокаливаемые инструментальные стали для штамповки в холодном
состоянии (охлаждение в воде)
| № по пор. | Группа стали Обозначе- ние по стандарту DIN 170061 № .материал;1, по стандарта. DIN 1707 Химический состав (ориентировочные данные) в %
с Si Мп Сг NI V
1 Нелегированные угле- родистые стали C85W1 1530 0,85 <0,25 0,25— 0,35 — — —
2 C100W1 1540 1,00 <0,25 <0,25 — и
3 C160W1 1550 1,10 <0,25 <0.25 — — —
4 Ванадиевая инструмен- тальная сталь 100V1 2833 1,00 -0,20 -0,20 — — -0,1
5. Прочие низколегиро- — —— 0,95 -0,20 -0,25 0,05 — -0,2
6 ванные специальные ста- ли -— 0,90 -0,25 -0,30 — — 0,7 -0,2
1 Обозначения соответствуют обозначениям по Перечни а сталей И чернт )ix метал ЛОВ» 1 SEL).
Попытки применения сталей менее чистых могут быть успешными
только для слабонагруженного инструмента.
Содержание углерода по существу определяет степень вязкости
сердцевины и износостойкость поверхностного слоя. Вообще стали
в зависимости от твердости при закалке различают на «вязкие» с содер-
жанием углерода 0,80—0,90%, «вязкотвердые» 0,95—1,05% и «сред-
ней твердости» 1,05—1,15%. Распространено мнение, что для крупно-
габаритного инструмента целесообразно давать содержание углерода
по нижнему, а для мелкого — по верхнему пределу. По другим све-
дениям в этом нет необходимости, и среднее содержание углерода
0,95% является наиболее рациональным во всех случаях. В отношении
содержания кремния и марганца единого мнения нет. В США предпо-
читают обычно высокое их содержание в первую очередь для крупных
деталей; благодаря этому улучшается прокаливаемость.
ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ СТАЛИ
365
Вообще, глубина прокаливаемости увеличивается при малых
добавках легирующих элементов, главным образом ванадия, а также
никеля и хрома. Наиболее употребительны такие слаболегированные
стали для крупных деталей инструмента диаметром свыше 60 мм.
Преимуществом таких малолегированных сталей является малая
чувствительность к перегреву и, следовательно, возможность закалки
при высоких температурах. При этом благодаря общеизвестной зави-
симости глубины прокаливания от температуры закалки можно в ши-
роких пределах регулировать, глубину закаливаемого слоя выбором со-
ответствующей температуры закалки. Таким образом, можно добиться
соответствия толщины закаленного слоя форме и характеру нагрузки
инструмента. Добавка ванадия, так же как и повышенное содержание
углерода, способствует износостойкости инструмента.
Как правило, для,цельных и разъемных матриц, пуансонов для
предварительной и окончательной высадки применяют одну и ту же
сталь. Инструмент в целом или его отдельные части, подверженные
более высокому износу, чаще изготовляют из легированных, более
глубоко прокаливаемых сталей.
б) Прокаливаемые стали
Для холодновысадочного и штамповочного инструмента приме-
няют и легированные стали, особенно тогда, когда действующие
нагрузки требуют высокой сопротивляемости сжатию и износу. Леги-
рующие элементы хром, молибден, ванадий, вольфрам способствуют
лучшей закаливаемости, повышают температуру отпуска, сопротив-
ляемость износу, обусловливают сохранение режущих свойств. Кроме
того, благодаря свойственному для этих сталей измельчению зерна,
повышается вязкость. Аналогично влияет и никель. Благодаря до-
бавкам никеля повышается прокаливаемость и прочность при сжатии.
Марки этих сталей, часть которых закаливается в воде, а часть в масле
или на воздухе, представлены в табл. 72. Помещенные в таблице
высоколегированные хромистые стали (№ 1—3) отличаются малой
склонностью к короблению и большой сопротивляемостью износу.
Применяют их для интенсивно нагруженного инструмента, например,
для армирования пуансонов и матриц в наиболее изнашиваемых
местах (особенно матриц для редуцирования), для отрезных ножей,
для пуансонов и матриц при холодной штамповке гаек и другого
инструмента, подвергаемого большому сжатию. Сталь № 3 (с мень-
шим содержанием углерода) легче обрабатывать, чем две другие
марки, эта сталь имеет и большую вязкость.
Более низколегированные марки применимы в условиях высоких
сжимающих нагрузок, например, для высадочных пуансонов, так как
при изготовлении их из обычных непрокаливаемых сталей закаленный
слой продавливается.
Марка стали № 4 (по таблице) закаливается в воде, имеет большую
глубину прокаливаемости и применяется для инструментов, пред-
назначенных для холодного выдавливания и чеканки. Так называе-
мые стойкие стали (марки № 5—7 по таблице) применимы в первую
36b
ИНСТРУМЕНТ
Таблица 12
Легированные инструментальные стали для штампов при штамповке
в холодном состоянии
1 NV по пор.! Группа стали Обозначение по стандарту DIN 17006* № материя ла по стан- дарту DIN 17007 Химический состав (ориентировоч- ные данные) в %
С 1 Si | Мп Сг | NI 1 v 1 w
1 Хромистые (вана- диевовол ьфрамовые) стали 210Сг46 2090 2,10 0,3 0,3 12,0 — —
2 210CrW46 2436 2,10 0,3 0,3 12,0 — — 0,7
3 165CrW46 2201 1,65 0,3 0,3 12,0 — 0,1 —
4 Хромистая сталь ЭОСгЗ 2056 0,90 0,2 0,3 0,8 — — —
5 Вольфрамохромо- ванадиевые стали 55WCr7 2550 0,55 1,0 0,3 1,0 — 0,2 2,0
6 45WCr7 2542 0,45 1,0 0,3 1,0 — 0,2 2,0
7 35WCr7 2541 0,35 1,0 0,3 1,0 — 0,2 2,0
8 X ромистокремние- вые (ванадиевые) стали 90CrSi5 2108 0,90 1,2 0,7 1,2 — — —
9 55SiCr6 2249 0,45 1,5 0,6 1,5 0,1 —
10 38SiCr6 2248 0,38 1.5 0,4 1,5 — 0.1 —
11 Хромистомарган- цевая сталь 40CrMnV15 2267 0,40 0,6 1,4 4,0 — 0,1 __
12 Никелевохромистая сталь 50NiCrl3 2721 0,50 0,2 0,5 1,0 3,5 — —
[ * Эти обозначения соответствуют обозначениям «Перечня | лов» (SEL). сталей и черных метал
очередь для инструмента, подверженного ударной нагрузке, где тре-
буется наряду с высокой вязкостью и достаточная твердость, например,
для интенсивно нагруженных отрезных ножей, обжимных и пробив-
ных пуансонов. Специальная сталь (№ 8 по таблице) рекомендуется
Для самых разнообразных целей и, в частности, для отрезных ножей.
Стали №9, 10 (по таблице) применимы для инструментов, подвергае-
мых сильным ударам и истиранию, в частности, для пуансонов холод-
ной пробивки, а также для чеканочных пуансонов. Наконец, марки
сталей № 11 и 12 (по таблице) применяются в первую очередь при
работе в условиях больших удельных давлений, для холодновыса-
дочных матриц и для изготовления мастер-пуансонов при выдавлива-
нии инструмента в холодном и горячем состоянии.
Следует отметить, что холодновысадочный инструмент нельзя вы-
полнять целиком из легированных сталей, так как эти хорошо прока-
ливаемые стали весьма чувствительны к ударной нагрузке и распира-
ющим силам. Такой инструмент необходимо армировать бандажом
из легированной инструментальной или конструкционной стали.
ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ СТАЛИ
367'
3. СТАЛИ ДЛЯ ШТАМПОВ ГОРЯЧЕЙ ШТАМПОВКИ
Все штампы для обработки вгорячую подвержены прежде всего
термическим напряжениям, а затем, в зависимости от избранного ме-
тода обработки и применяемого оборудования, напряжениям растя-
жения-сжатия и поверхностному истиранию. Эти напряжения могут
возникать одновременно, раздельно и в различной последователь-
ности.
В связи с разными условиями работы штампов нельзя установить
единых требований к инструментальной стали. Однако в основном
необходимо обратить внимание на ниже перечисленные свойства
характерные для штамповых сталей.
Стали должны обладать достаточно высокой температурой отпуска,
а также при нагреве — определенными прочностными свойствами,,
соответствующими возникающим нагрузкам. При этом температура,
отпуска определяет границу наибольшей допускаемой температуры,,
на которую можно нагревать инструмент, не опасаясь снижения за-
данных прочностных свойств. Но практически решающим являются
прочностные свойства не при обычной температуре, а при температуре
работы штампа; штампы не должны пластически деформироваться под
нагрузкой. Наряду с высокой прочностью необходимы достаточно
высокая износостойкость и вязкость при высокой температуре; это
относится прежде всего к сложному инструменту с острыми кромками
или малой конусностью. Отсутствие склонности к появлению раз-
гарных трещин, вызываемых малой теплопроводностью стали, также
является одним из основных требований. Даже самые малые трещины
могут быть очагом последующего разрушения; кроме того, эти трещины
дают отпечаток на детали и могут ее испортить. Поэтому вообще стали
этого типа должны быть нечувствительными к изменению темпе-
ратуры.
Эти различные и часто противоречивые требования к сталям для
горячих работ удовлетворяются благодаря легированию в соответ-
ствии с условиями нагружения. Чаще применяются многокомпонент-
ные стали, содержащие три или четыре характерных легирующих
составляющих. Сохранение высокой прочности и износостойкости при
нагреве, высокая температура отпуска достигаются с помощью до-
бавления вольфрама, молибдена, ванадия, хрома. Добавление никеля
повышает вязкость и гарантирует (даже при больших размерах ин-
струмента) требуемое повышение качества. Благодаря добавлению
кремния повышается предел усталости инструментов при переменной
нагрузке.
В табл. 73 дан обзор наиболее распространенных сталей
для горячих штампов. В таблице они представлены по группам в за-
висимости от главного легирующего элемента. Первая группа стали
характеризуется содержанием вольфрама. Применение стали № 1
(по таблице) с 9%-ной примесью вольфрама ограничивается особенно
высокими нагрузками при интенсивном нагреве. Инструмент при этом;
совсем или почти не охлаждается.
368
ИНСТРУМЕНТ
Таблица 73
Употребляемые инструментальные стали для штампов при горячей штамповке
О с о С Группа стали Обозначение по стандарту D1N 17006* Xs материала no стандарту DIN Химический состав (ориентировочные данные) в %
с Si Мп Сг Мо Ni V W
1 Вольфрамохроми- 30WCrV3411 2581 0,30 0,2 0,3 2,5 — — 0,7 9,0
2 стованадиевые стали 30WCrV179 2567 0,30 0,2 0,3 2,5 — — 06 4,5
3 30WCrV15 2564 0,30 1,0 0,4 1,0 — — 0.2 4,0
4 35WCrV7 2541 0,35 1,0 0,3 1,0 — — 0,2 2,0
5 45WCrV7 2542 0,45 1,0 0,3 1,0 — — 0,2 2,0
6 Хромистомолибдено- 45CrVMoW58 2603 0,45 0,6 0,4 1,5 0,5 — 0,8 0.5
7 вые (ванадиевые) стали 45CrMoV67 2323 0,45 0,3 0,7 1,5 0,7 0,3
8 40CrMnMo7 2311 0,40 0,3 1,5 2,0 0,2 — — —
9 Никелевохромисто- 35NiCrMol6 2766 0,35 0,2 0,5 1,4 0,3 4,0 — —
10 молибденовые (вана- диевые) стали 56NiCrMoV7 2714 0.55 0,3 0,7 1,0 0,5 1,7 0,1
11 55NiCrMoV6 2713 0,55 0,3 0,6 0,7 0,2 1,7 0,1 —
12 Марганцевокрем- 53MnS 4 2825 0,53 1,0 1,0 — — — — —
13 нистая сталь Нелегированные C100W2 1640 1,0 <0.3 <0,35
14 стали C85W2 1630 0,85 <0,3 <0,35 _
15 C70W2 1620 0,70 <0,3 <0,35 —
16 C60W3 1740 0,60 <0,5 <0,8 — — — — —
17 Употребляемые за — — 0,35 1,0 0,3 5,0 1,5 — 0,3 1,2
18 19 20 границей другие стали 0,35 0,35 0,40 1,0 1.0 0,3 0,3 0,3 0,3 5,0 5,0 3,5 1.5 1,5 — 0,4 0,9 0,3 3,0
• Данные обозначения соответствуют обозначениям «Перечня сталей и черных метал-
лов> (SEL).
В большинстве случаев с тем же успехом можно применять сталь
с 5% W (№ 2 по таблице), которая благодаря повышенному содер-
жанию ванадия обладает высокой температурой отпуска, достаточной
прочностью при повышении температуры, а также хорошей теплопро-
водностью и вязкостью. Эта сталь нашла широкое применение,и ее
следует применять почти для всех видов горячештамповочного инстру-
мента и, в первую очередь, при процессах с длительным временем
контакта нагретой детали и штампа. Однако необходимо учитывать,
ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ СТАЛИ
369
что благодаря примеси вольфрама и хрома сталь не выносит резкого
охлаждения. Наоборот, 4%-ная вольфрамовая сталь (№3 по таблице)
рекомендуется при водяном охлаждении, чему способствует малое
содержание хрома. Эта сталь весьма нечувствительна к колебаниям-
температуры, но, правда, имеет меньшую прочность при повышенной
температуре и более низкую температуру отпуска. Для большинства
процессов рассматриваемой области применения она вполне пригодна.
Обе последи немарки стали этой группы с 2 % W (№ 4 и 5 по таблице)
имеют при равных легирующих добавках разное содержание углерода.
Эти стали характерны повышенной вязкостью, при применении тре-
буют водяного охлаждения и могут быть использованы для нагрузок
средних значений.
Характерным легирующим элементом второй группы является
молибден. Низколегированная сталь — заменитель (№ 6 по таблице)
обладает свойствами, аналогичными свойствам стали № 3 и час-
то может заменять ее. Она применима не только для высадоч-
ных матриц и пуансонов, но и, вследствие своей хорошей вяз-
кости, для сложных по форме инструментов, подверженных разры-
вающим нагрузкам. Сталь № 7 (по таблице) рекомендуется прежде
всего при больших сжимающих напряжениях, а малолегированная
сталь № 8 (по таблице) — для пробивных пуансонов и малолегирован-
ных инструментов с водяным охлаждением.
В сталях третьей группы наиболее значительным элементом явля-
ется никель, способствующий более равномерному распределению
свойств по всему сечению. Кроме того, эти стали отличаются высокой
вязкостью. Благодаря различным по величине добавкам молибдена,
ванадия и хрома в этих сталях достигаются высокие прочностные
свойства при высокотемпературных режимах работы, хотя меньшие,
чем у вольфрамовых сталей. Главное назначение этих сталей — при-
менение для крупногабаритного инструмента. Наряду с этим для
случаев, когда превалирующими являются растягивающие напря-
жения, также предпочитают хромоникелемолибденовые стали. Анало-
гично при очень интенсивном поверхностном трении применяют 4- и
5%-ные вольфрамовые стали.
Марганцевокремнистые и нелегированные стали имеют сравнитель-
но низкую температуру отпуска и невысокие прочностные свойства
при нагреве; поэтому эти стали могут применяться лишь при малом
нагреве инструмента и незначительных удельных давлениях (при
больших габаритах инструмента). Эти же стали применяются для
инструмента, предназначенного для обработки малых партий дета-
лей и для бандажирования вставок. Для других марок сталей,
приведенных в табл. 73, характерен полный или частичный отказ от
добавки вольфрама. Эти марки в основном применяются за рубе-
жом, и их высокие прочностные свойства при повышенной тем-
пературе достигаются повышением содержания хрома и молибдена.
Из приведенного ясно, что достижение аналогичных свойств воз-
можно разными путями, разным подбором легирующих элементов.
На фиг. 400 показан характер кривых отпуска и прочности при повы-
24 иг»
370
ИНСТРУМЕНТ
шейной температуре сталей с различным составом. Отсюда ясно, что
высокая-/температура отпуска может быть получена и без примеси
вольфрама. Однако высокая температура отпускай достаточная проч-
ность при повышенной температуре характеризуют только износо-
стойкость сталеи'для- горячештамповочного инструмента. При удар-
Фиг. 400. Кривые изменения твердости и прочности в зависимости
от температуры отпуска для различных легированных сталей.
ных нагрузках, кроме того, необходима и вязкость, которая выше
у низколегированных сталей. Наряду с этим большое значение имеет
теплопроводность, которая растет при уменьшении легирования стали.
Лучшая теплопроводность определяет разгароустойчивость стали.
В этой связи весьма интересно сравнение, показанное на фиг. 401
и 402, из которого следует, что большее содержание легирующих
элементов отнюдь не дает основания для заключения об эффективности
применения стали на практике. Из примера производства болтов
ясно, что возникающие температурные и силовые нагрузки часто
не столь высоки, чтобы полностью использовать качества вольфрамо-
вой стали. В этом случае стали с меньшим содержанием легирующих
элементов дают лучшие результаты, не говоря о более значительном
экономическом эффекте. Этим подтверждаются недостатки применения
высоколегированных сталей и возможности расширяющегося в по-
следнее время применения малолегированных сталей. Правда, в отно-
ТЕРМООБРАБОТКА ИНСТРУМЕНТА
371
шении качества термообработки эти стали более чувствительны,чем
высоколегированные стали. При закалке необходимо помнить, что
температура закалки их ниже, чем у сталей с высоким содержанием
вольфрама.
Фиг. 401. Теплопровод-
ность различных легирован-
ных сталей (номера по
табл. 73).
Фиг. 402. Сравнение ра-
ботоспособности матриц при
высадке полупотайных голо-
вок М12 (на фрикционном
прессе) при применении
различных марок сталей (но-
мера по табл. 73).
Е. термообработка инструмента
Должная эффективность инструментальной стали может быть по-
лучена только при правильной термообработке. Даже сталь лучшего
металлургического качества может быть испорчена из-за ошибок
при отжиге, закалке и отпуске.
1. отжиг
Инструментальные стали перед обработкой и заготовки инстру-
мента перед закалкой целесообразно отжигать. При этом детали на-
гревают по возможности медленно со всех сторон и без доступа воздуха.
Нагревают тем медленнее, чем больше легирующих элементов в стали.
После необходимой выдержки осуществляется охлаждение, также
по возможности медленно, лучше в печи или в сухой золе. В зависи-
мости от целей отжига различают отжиг-нормализацию, просто от-
жиг и низкий отжиг для снятия напряжений. Сообразно целям выби-
рают температуру нагрева при отжиге. Ориентировочные значения
температуры приведены в табл. 74—76.
24*
ТЕРМООБРАБОТКА ИНСТРУМЕНТА
373
372
ИНСТРУМЕНТ
Таблица 74
Указания о термообработке нелегированных и низколегированных
инструментальных сталей для штампов прн штамповке в холодном состоянии
(химический состав см. табл. 71)
1 № по пор. 1 Группа стали Обозначе- ние ио стандарту D1N 17006 jVs материала по DIN 17007 Температу- ра ковки в *С Температу- ра отжига в *С Температу- ра закалки в *С Закалоч- ная среда д J э =£. m СЭ -Of
1 Нелегирован- ные углероди- стые стали C85W1 1530 1000—800 680—710 780—800 Вода 65
2 C100W1 1540 1000—800 680—710 770—790 65
3 C110W1 1550 1000—800 680—710 760—780 65
4 Ванадиевые инструменталь- ные стали 100V1 2833 1050—850 680—710 790—830 Вода 65
5 Прочие мало- — — 1050—850 680—710 790—850 65
легированные специальные стали Вода
6 — __ 1050—850 680—710 780—850 65
а) Нормализация
Нормализация заключается в нагреве немного выше верхней
точки превращения: соответственно — для заэвтектоидных сталей
выше нижней точки превращения, с последующим охлаждением на
воздухе. Этот метод отжига, для которого свойственны сравнительно
высокие температуры (для нелегированных сталей около 800°), чаще
применяется для восстановления мелкозернистой структуры у пере-
гретой при ковке стали. Это неблагоприятное структурное состояние,
возникающее у инструментальных сталей при ковке или горячей
штамповке, характеризуется крупнозернистым видом излома и уни-
чтожается благодаря рекристаллизации.
б) Отжиг или сфероидизация
Этот метод отжига осуществляется с помощью многочасовой вы-
держки при температуре нижнего интервала превращений или путем
колебательного изменения температуры нагрева вокруг нижней точки
превращения, с последующим медленным охлаждением. Благодаря
этому получается снижение твердости и повышение вязкости стали
с образованием благоприятной структуры в форме сфероидального
цементита. Получаемая после отжига структура лучше обрабатывает-
ся резанием и давлением. Кроме того, структура со сфероидальным
цементитом лучше принимает последующую закалку, необходимую
для инструмента. Нелегированные стали с дефектами или неправиль-
374
ИНСТРУМЕНТ
Указания по термообработке инструментальных сталей для штампов при горячей штамповке
___________ (химический состав см. табл. 73)
ТЕРМООБРАБОТКА ИНСТРУМЕНТА
375
но отожженные стали с пластинчатой структурой перлита получают
ту же твердость при закалке, что и стали с. хорошей структурой. Од-
нако инструмент, изготовленный из отожженной стали с зернистым
перлитом, более износостоек и не столь часто лопается при пере-
грузке. Следовательно, стойкость инструмента может быть повыше-
на соответствующим отжигом.
Температурные интервалы отжига приведены в табл. 74—76.
Длительность отжига в течение четырех часов, как правило, достаточна.
Для сталей с высоким содержанием вольфрама необходимо учиты-
вать опасность пережога, получающегося при слишком большой тем-
пературе или длительности отжига. Благодаря этому снижается зака-
ливаемость.
Для достижения благоприятного структурного состояния инстру-
мента из нелегированных и низколегированных сталей целесообраз-
но его подвергать улучшению. При этом заготовка с закалочной тем-
пературы охлаждается в масле, отпускается при высокой температуре
или длительное время отжигается (при соответствующих температу-
рах). Лишь после такой подготовки производится требуемая закалка.
Благодаря такой термической подготовке карбиды коагулируются
и более равномерно распределяются в структуре. Инструмент при
закалке получает большую вязкость и меньшую склонность к короб-
лению.
в) Низкий отжиг
Низкий отжиг или отжиг для снятия напряжений выполняется
путем нагрева ниже точки А сх, следовательно, при довольно низких
температурах. Для нелегированных и низколегированных инструмен-
тальных сталей эта температура составляет 600—650°. Штамп
со всех сторон медленно нагревается до этой температуры, выдержи-
вается в течение 1—2 час. и затем медленно, обычно вместе с печью,
охлаждается. При этом следует обращать внимание на тщательную
установку деталей на подине.
Такой отжиг не приводит к значительному изменению свойств.
Этим только устраняются напряжения, возникшие при обработке
инструмента, которые могли бы привести к каким-либо дефектам при
последующей закалке. Отжиг рационально проводитьне после окон-
чательной обработки деталей, а перед чистовой обработкой,чтобы
компенсировать появляющееся при отжиге коробление или также
возможное обезуглероживание и окисление поверхности.
г) Борьба с обезуглероживанием и образованием окалины
Различные методы отжига могут осуществляться при нагреве
в газовых, нефтяных или электрических печах. Необработанные
заготовки отжигаются чаще открытыми. Чистотянутые стали или об-
работанные заготовки инструмента должны быть защищены от обез-
376
ИНСТРУМЕНТ.
углероживания или окалинообразования на поверхности, так как
атмосфера печи во всех случаях реагирует с нагреваемым материалом.
Наибольшие трудности вызывает обезуглероживание. Даже несколько
сотых миллиметра толщины обезуглероженного слоя могут сделать
инструмент непригодным, так как при закалке поверхностный слой не
получит требуемой твердости. Газы, содержащиеся в пламени, всегда
вызывают обезуглероживание даже при сжигании с избытком горю-
чего газа. Несмотря на отсутствие кислорода, в атмосфере печи
содержится еще достаточное количество двуокиси углерода и водяных
Температура отжига
Фиг. 403. Обезуглероживающее воз-
действие углекислого газа, воздуха
и водяных паров при различных тем-
пературах. Время отжига 6 час.
паров, способствующих обезу-
глероживанию поверхности ста-
ли. Для подтверждения этого
на фиг. 403 показана эффектив-
ность обезуглероживания, обус-
ловливаемая действием углекис-
лого газа, водяных паров, возду-
ха при различных температу-
рах. Чистый кислород, а также
Фиг. 404. Ящики для отжига с вы-
садочным инструментом:
1 — разъемная матрица, защищенная це-
ликом; 2 — высадочный пуансон с местной
защитой; а — ящик для отжига; b — мел-
кий древесный уголь; с — инструмент; d —
глиняная обмазка.
сухой воздух обезуглероживают менее интенсивно. Влияние этих же
составляющих атмосферы печи на окалинообразование совершенно
иное; например, водяные пары способствуют более сильному окали-
нообразованию, чем другие газы.
Защита чистых поверхностей деталей от обезуглероживания и ока-
лины производится разными методами. Кроме применения защитных
атмосфер, наиболее надежным средством является нагрев в соляной
ванне. Однако наиболее известным методом является упаковка в ящи-
ки для отжига, засыпаемые соответствующей защитной средой — на-
полнителем. Инструмент помещается в ящик целиком или частично
рабочим торцом, затем ящик герметизируется (фиг. 404 и 405). Вооб-
ще инструмент необходимо упаковывать так, чтобы защищаемые по-
верхности контактировали в течение всего времени нагрева с защит-
ной средой — наполнителем.
В качестве наполнителя применяется главным образом измель-
ченный, просеянный и .просушенный древесный уголь или реже —
ТЕРМООБРАБОТКА ИНСТРУМЕНТА 377
выжженный кокс. Пригодна для этой цели также смесь из
чистого крупнозернистого кварцевого песка и древесной мелочи.
Просушенная чугунная стружка без ржавчины может употребляться
в качестве наполнителя. Стальная стружка непригодна из-за силь-
ного обезуглероживающего действия.
Перед применением древесный уголь сушится и дегазируется
в закрытом баке при температуре 900°. Во избежание науглероживания
древесный уголь можно применять для упаковки сталей только с по-
вышенным содержанием углерода (свыше 0,9% С), а также при темпе-
ратурах отжига ниже 800°. Так, например, часто применяют древес-
ный уголь для холодновысадочного инструмента (см. фиг. 404). Те же
ограничения относятся к применению порошков из костяного и кожа-
Фиг. 405. Ящики для обжига со штампами для го-
рячей штамповки:
1 — матрица, защищенная целиком; 2 — пуансон, защищенный
целиком; 3 — пуансон с местной защитой; о. — ящик для отжи-
га; b — просеянный кокс; г—инструмент; d~глиняная обмазка.
него угля, используемых для нанесения тонким слоем на полиро-
ванные и гравированные поверхности. Выжженный кокс является
более универсальным наполнителем, он применяется для всех видов
сталей, в том числе и для горячештамповочного инструмента (см.
фиг. 405).
При термообработке с нагревом выше 800° также используют
кокс. Подготовка кокса производится путем нагрева в открытую
до 1200° при обильной подаче воздуха; при таком нагреве улетучи-
вается сера. Затем кокс размельчается до желаемой зернистости и про-
сеиванием очищается от пыли.
2. ЗАКАЛКА
а) Нагревание
Закалка может быть успешной лишь при правильном нагреве
инструмента. Неравномерный или слишком быстрый нагрев может
привести к неисправимому браку. Так как теплопроводность ин-
378
ИНСТРУМЕНТ
струментальных сталей снижается при повышении содержания
легирующих элементов, нагрев следует вести тем медленнее, чем бога-
че легирована сталь. Слишком быстрый нагрев’’таких сталей приводит
к сильному короблению и способствует появлению термических на-
пряжений и трещин, вызываемых этими напряжениями. Неравномер-
ный нагрев ведет к неравномерной закалке, что также может привести
к возникновению закалочных трещин и выкрашиванию углов и кро-
мок.
Для достижения полного и равномерного нагрева инструмент должен
Фиг. 406. Средняя глуби-
на обезуглероженного слоя
в зависимости от температу-
ры газовой печи.
сначала нагреваться в подогревательной ка-
мере до температуры ниже закалочной.
Эта температура для холодновысадочного
инструмента составляет сообразно соста-
ву и температуре закалки 400—600°, а
для сталей горячештамповочного инстру-
мента 600—800°. Лишь после достижения
равномерного прогрева инструмент можно
передать в закалочную печь или камеру,
нагретую до соответствующей температуры.
Необходимо учитывать, влияние типа и
размеров печи на время нагрева и вырав-
нивание температуры. Быстрее всего про-
цесс нагрева осуществляется в соляной
ванне, медленнее — в нефтяной или газо-
вой печи, наиболее длителен процесс в
электропечи. Таким образом, соляные ван-
ны и в этой части имеют определенные преимущества.
При нагреве под закалку также необходимо бороться с обезугле-
роживанием и окалиной. На фиг. 406 показана возможная глубина
обезуглероженного слоя, получаемая в
нормально отрегулированной газовой
печи.
При сжигании нефти обезуглерожи-
вание будет несколько меньше. Поэтому
нагрев должен производиться в защитной
атмосфере, соляной ванне или соответ-
ствующем ящике с наполнителем.
При выборе средств наполнения необхо-
димо учитывать соображения, высказанные
ранее по отношению к отжигу.
На фиг. 407 показана матрица для го-
рячей штамповки, испорченная по причине
упаковки наполнителем, богатым углеро-
дом.
Поверхность матрицы, науглерожен-
ная местами до концентрации углерода в
Фиг. 407. Матрица, за-
пакованная в древесном
угле, испорченная из-за
передержки и перегрева.
вилась при температуре закалки.
количестве 3,5%, опла-
ТЕРМООБРАБОТКА ИНСТРУМЕНТА
379
б) Температура закалки
Температуры закалки для различных инструментальных сталей
выбираются в зависимости от размеров и формы инструмента по
табл. 74—76. В таблицах приведены опытные значения, оправдав-
шиеся на практике. Следует отметить, что часто для высококачествен-
ных сталей одинакового химического состава различными поставщи-
ками указывается разная температура закалки. Для мелкого, тонкого
и сложного по профилю инструмента температуру следует выбирать
по нижней границе заданного интервала, для крупного и простого
по профилю — ближе к верхней границе интервала температур.
Так как обычно этот интервал невелик, безусловно, необходимо про-
водить измерение температуры в закалочной печи с помощью надежных
измерительных приборов. Это требование не выполняется во многих
случаях, благодаря чему получается значительное рассеивание ка-
чественных характеристик и стойкости инструмента.
При закалке нелегированных сталей следует помнить, что мелкие
детали инструмента прокаливаются, как правило, сильнее, чем
крупные. Изменяя температуру закалки, можно менять в известных
пределах толщину закаленного слоя у непрокаливаемых ста-
лей.
Для высоколегированных сталей очень важно использовать при-
нятые верхние границы температуры закалки. Только при такой
закалке можно полностью использовать свойства легированных ста-
лей, так как при этом наиболее тяжелорастворимые специальные
карбиды этих сталей в большем количестве перейдут в раствор. Это
в первую очередь, относится к легированным сталям для штампов
горячей штамповки. Здесь высокая температура закалки обусловли-
вает большую прочность и высокую температуру отпуска. При слиш-
ком низкой температуре закалки высокая прочность может быть до-
стигнута лишь благодаря низкому отпуску, а это создает опасность
нагрева штампа при работе выше температуры отпуска. Одновременно
снижается разгароустойчивость стали. Во многих случаях можно
заметно повысить стойкость инструмента, закаливая инструмент при
температуре, соответствующей верхней границе интервала, заданного
табл. 76. Дальнейшее повышение температуры приведет к обратному
результату, так как появляется рост зерна, связанный с уменьшением
вязкости. Вообще же большинство сталей для штампов горячей штам-
повки сравнительно нечувствительны к перегреву и передержке, т. е.
к нагреву под закалку на слишком высокую температуру или с весьма
большой выдержкой. К снижению наиболее благоприятной темпера-
туры закалки прибегают из опасений слишком сильной поводки слож-
ных деталей, изготовляемых из высоколегированных вольфрамовых
сталей. Эта мера предосторожности будет излишней, если пользоваться
для нагрева соляными ваннами, в которых верхняя граница зака-
лочной температуры легко Достигается без чрезмерного коробления
деталей.
38*1
ИНСТРУМЕНТ
в) Время выдержки
Время выдержки должно выбираться в зависимости от размеров
инструмента; для нелегированных и низколегированных сталей время
выдержки составляет 10—30 мин. При приближенных расчетах можно
принять, что на каждые 10 мм толщины инструмента необходимы
5 мин. выдержки. Высоколегированные стали, особенно стали с
большим содержанием хрома и кремния, стали для горячих штам-
пов следует выдерживать при закалочной температуре дольше, счи-
тая до 10 мин. на* 10 мм толщины деталей. При нагреве в соляных
ваннах можно рассчитывать на меньшую выдержку (благодаря луч-
шей теплопередаче). Вообще же, увеличивая температуру закалки,
можно значительно сократить время выдержки.
Соблюдение правильного времени выдержки имеет большее значе-
ние, чем это принято считать. При короткой выдержке процессы
растворения протекают неполностью, а долгая выдержка при темпе-
ратуре закалки способствует росту зерна или концентрации примесей
на границе зерен. Опыт показал, что различная стойкость инструмен-
та, изготовленного из одной стали и при одинаковой термообработке,
объясняется тем, что время выдержки было разным. Это имеет место
например, тогда, когда в печь загружают большое количество деталей
и затем их переносят в охлаждающую ванну последовательно друг
за другом.
г) Закалочная среда
В зависимости от марки применяемой инструментальной стали
охлаждение производят в воде, масле, сжатым воздухом, при сильной
циркуляции воздуха, просто на воздухе. Рекомендации относительно
выбора закалочной среды даны в табл. 74—76. Выбор более интенсив-
ного или более медленного охлаждения, чем это рекомендовано, как
правило, недопустим. При охлаждении в воде ее температура должна
быть около 20—40°. Применяя водяные соляные растворы или другие
добавки к воде, можно допускать более высокие температуры. Благо-
даря таким добавкам можно достигнуть благоприятных условий
закалки, в особенности, в отношении коробления при закалке в воде.
При закалке в масле температура масла должна быть 40—60°.
У некоторых масляных закалочных сред, появившихся в последнее
время, необходимо температуру выбирать по возможности выше,
в диапазоне 80—100°. Охлаждающие способности масла уменьша-
ются и становятся неравномерными при низкой температуре из-за
высокой вязкости, а при высокой температуре — из-за прогрессивного
образования паров (см. фиг. 516). Необходимо позаботиться о том,
чтобы в масло не попадала вода; это частая причина брака при закалке.
При закалке сжатым или циркулирующим воздухом следует
обеспечить равномерный подвод воздуха по всему сечению материала.
Воздух должен быть сухой. При этом во многих случаях охлаждение
производят на колосниковых решетках.
ТЕРМООБРАБОТКА ИНСТРУМЕНТА
381
д) Охлаждение
Инструментальные стали, предназначенные для горячих штампов
и закаливаемые в масле, охлаждают целиком. При этом штампы
перемещают в ванне 2—4 мин. как показано на фиг. 408, а затем
оставляют в ванне до полного охлаждения. Для холодновысадочного
инструмента, закаливаемого в масле, охлаждение производят анало-
гичным образом. Однако при закалке такого инструмента в воде
при обычном методе получается недостаточная и неравномерная прока-
ливаемость рабочей зоны.
Поэтому высадочный ин-
струмент по рабочей по-
верхности охлаждается до-
полнительно с помощью
сильной струи воды
(фиг. 409). Инструмент для
горячего выдавливания
сталей, охлаждаемый в
воде, закаливается анало-
гичным методом (фиг. 410).
Особенно необходима за-
калка водяной струей для хо-
лодновысадочных матриц. На
фиг. 411 показаны три прос-
тых конструкции приспособ-
ления, с помощью которого
инструмент охлаждается не Фиг. 408. Закалка штампов для горячей
целиком, а лишь на рабочей штамповки:
пппрпуипгти Ня Фиг 412 высадочная матрица; 2 - высадочный пуансон;
поверхности. lid 3— пуансон сложной формы.
изображено устройство, ре-
комендуемое при закалке высадочного инструмента в больших ко-
личествах. Деталь устанавливают в приспособление и охлаждают
струей до тех пор, пока боковая поверхность не потемнеет. После
этого деталь опускают в воду и там полностью охлаждают. Таким
методом получают на поверхности рабочей части холодновысадочного
инструмента достаточный и равномерно закаленный слой. Глубина
закалки колеблется от 2,5 до 5 мм в зависимости от температуры
закалки и марки стали. На фиг. 413 показаны две матрицы, предна-
значенные для редуцирования на двухударном холодновысадочном
автомате. Одна матрица благодаря струйной закалке имеет равно-
мерно закаленный слой. Другая, которая калилась замачиванием,
получила в отверстии неравномерный и местами недостаточно толстый
слой закалки.
Данные о твердости, получаемой после правильной термообра-
ботки, приведены в табл. 74—76. Достигаемая твердость на поверх-
ности несколько повышается при повышении температуры закалки
и при малых размерах инструмента.
иг. 109. Закалка холодновысадочного
инструмента:
охлаждение в масле; 2 - охлаждение во-
дянои струей.
Фиг. 410. Приспособление для охлаждения
инструмента водяной струей.
' t J
Фнг. 411. Простое приспособление для струйной Закалкн матриц
для холодной высадки: 1
поверхности;^ — S™hL mbelwT'Sa™^™” “ Част,!чн° ™™не>1
' - защелка; d - фиксируйте щп^;
00
w
ИНСТРУМЕНТ II ТЕРМООБРАБОТКА ИНСТРУМЕНТА
384
ИНСТРУМЕНТ
Значения твердости для сталей с высокой твердостью даются, как
правило, по шкале RC- для штампов горячей штамповки— в едини-
цах Бринеля или путем пересчета значениями предела прочности.
Пересчет облегчается применением масштабной линейки, приводимой
на фиг. 414. Соответствующие значения твердости по Роквеллу,
Виккерсу, Бринелю и значение предела прочности располагаются
на одной вертикали.
3. ОТПУСК
Фиг. 415. Отпуск на горячей пли-
те пуансона для холодной высадки:
а — горячая плита; b — отпускной цвет
побежалости (светло-желтый—соломенно-
желтый).
Благодаря отпуску повышается вязкость и упругость инструмента
и снижается твердость. Отпуск должен по возможности следовать не-
посредственно за закалкой, чтобы скорее снять напряжения в детали,
вызванные охлаждением при закалке. Кроме того, рационально не
допускать полного охлаждения деталей после закалки; детали следует
вынимать из охлаждающей ванны теплыми, чтобы вода или масло
еще немного выделяли пар.
При отпуске также важен медлен-
ный нагрев. Лучше всего загру-
жать инструмент в холодную или не-
много прогретую отпускную печь.
При загрузке в горячую печь ее тем-
пература, например, при отпуске
горячештамповочного инструмента,
не Должна превышать 250°. Затем в
течение длительного времени инстру-
мент выдерживают до выравнивания
температуры, и лишь затем печь на-
гревают До необходимой температуры отпуска. Обычно производят
отпуск в печах с воздушной атмосферой, в последнее время появи-
лись масляные и соляные ванны для отпуска. Так как темпера-
тура нагрева невелика, не предусматривают какой-либо защиты от
обезуглероживания и окисления.
После достаточной выдержки осуществляют охлаждение, как
правило, медленное, с печью или на воздухе. Лишь склонные к от-
пускной хрупкости хромоникелевые и марганцовистые стали
должны охлаждаться быстро в масле или борномасляной
эмульсии.
Холодновысадочный инструмент часто отпускают до желаемой
твердости только на рабочих частях; производят такой отпуск с по-
мощью горячих плит и колец (фиг. 415). Кроме того, отпускают и в со-
ляных и свинцовых ваннах. Последнее время в США рекомендуют
отпуск в струе пара. На поверхности инструмента при этом обра-
зуется прочный, твердый темный слой закиси железа, который дол-
жен препятствовать налипанию и заеданию обрабатываемого материала.
Благодаря такому действию должна повыситься износоустойчи-
вость.
ТЕРМООБРАБОТКА ИНСТРУМЕНТА
385
а) Температура отпуска
Выбор температур отпуска зависит от целей применения и условий
нагрузки инструмента. Обычно ее следует выбирать таким образом,
Фиг. 416. Ориентировочное значение
твердости на поверхности нелегирован-
ных инструментальных сталей в зависи-
мости от температуры отпуска. Длитель-
ность отпуска 30 мин.:
а—сталь с содержанием углерода 0,85 — 1,10%
закалена на твердость 65 b —сталь с содер-
жанием углерода 0,60 — 0,70 %, закалена на
твердость 62 R.C
Фиг. 417, Влияние температуры от-
пуска на твердость высоколегирован-
ных хромистых сталей (стали 1 — 3,
табл. 72 и 75).
чтобы достигнуть желаемой твердости. Для сталей, применяемых для
холодновысадочного инструмента, обычный интервал теператур от-
Фиг. '418. 419, 420. Влияние температуры отпуска на твердость вольфрамо-
хромованадиевых сталей (стали 5—7, табл. 72 и 75).
пуска составляет 200—320°. Данные о падении твердости при отпуске
легированных сталей можно брать из фиг. 416. Кривые отпуска неко-
25 Паа
386
ИНСТРУМЕНТ
торых наиболее характерных легированных сталей, применяемых
для холодновысадочного инструмента, приведены на фиг. 417—422.
Фиг. 421, 422. Влияние температуры отпуска на твердость
хромокремниевых сталей для холодновысадочного инстру-
мента (стали 9 — 10, табл. 72 и 75).
Для инструментов горячей штамповки определить температуру
отпуска труднее. Она должна быть минимум на 30—50° выше, чем
температура нагрева инструмента при работе; иначе может произойти
Фиг. 423, 424, 425. Кривые отпуска штамповых сталей с высоким содержа-
нием вольфрама (стали 1 — 3, табл. 73 и 76).
деформирование инструмента и преждевременный износ. Однако
рабочая температура инструмента колеблется в широких пределах
термообработка инструмента
387
в зависимости от метода обработки, температуры обрабатываемой
детали, скорости работы и охлаждения инструмента.
Температура отпуска
Фиг. 426, 427. Кривые отпуска низколегированных
вольфрамохромованадиевых штамповых сталей (ста-
ли 4 и 5, табл.73 и 76).
Ориентировочные данные о влиянии температуры отпуска на проч-
ность важнейших инструментальных сталей для горячештамповочного
инструмента приведены на фиг. 423—436. При рассмотрении кривых
Фиг. 428. 429, 430. Кривые отпуска хромомолибденовых штамповых
сталей (стали 6 — 8, табл. 73 и 75).
ясно, что отдельные марки стали имеют разные температуры отпуска,
обусловливающие снижение твердости при высоких температурах.
Приведенные значения относятся к диаметру инструмента 60 мм и ча-
25*
388
ИНСТРУМЕНТ
совой продолжительности отпуска. У меньших по размерам деталей
получается после охлаждения и отпуска несколько более высокая,
при более крупных размерах — меньшая прочность.
ООО 500 600 700
Температура отпуска
Фиг. 431, 432, 433. Кривые отпуска никелехромомолибденовых штамповых
сталей (стали 9 — 11, табл. 73 и 76).
При отпуске следует учитывать, что пересчитываемое по данным
контроля твердости значение предела прочности инструмента не яв-
Фиг. 434, 435, 436. Кривые отпуска марганцевокремниевых и неле-
гированных сталей (стали 12, 13, 16, табл. 73 и 76).
ляется мерой вязкости и потому еще не гарантирует успеха отпуска.
Вязкость термообработанной инструментальной стали возрастает- не
в той же степени, в какой падает твердость.
TEPMOOFPAFOTKA ИНСТРУМЕНТА
389
б) Продолжительность отпуска
Отпуск у всех деталей и особенно при применении их для высоко:
нагруженных инструментов должен проводиться с возможно большей
длительностью, так как необходимо очень много времени для стаби-
лизации структурного состояния и устранения внутренних напряже-
ний. Продолжительность отпуска следует принимать не менее часа,
а лучше считать один час на 25 мм диаметра отпускаемого инструмента.
В первую очередь следует обращать внимание на получение возможно
более высокой вязкости и исключение появления разгарных трещин.
Поэтому рекомендуется лучше отпускать несколько часов при более
низкой температуре, чем короткое время при температуре выше на
20—30°. Все же в термических цехах делают такую ошибку, желая
ускорить отпуск как последнюю термическую операцию. Однако нет
ничего ошибочнее попыток сократить время изготовления инструмента
за счет отпуска, тем более, что время, затрачиваемое на отпуск, не
идет ни в какое сравнение со временем, затраченным на изготовление
инструмента в целом. А для стойкости инструмента отпуск является
одним из решающих факторов.
в) Двойной отпуск
Для достижения высокой стойкости инструмента рационально
дать в заключение второй отпуск при более низкой температуре.
При этом значительно увеличивается вязкость отпускаемого инстру-
мента и в то же время твердость не снижается. Двойной отпуск про-
водится не для снижения твердости, наоборот, предполагается, что
перед этим благодаря первому или даже исправляющему второму
отпуску достигнута требуемая твердость инструмента. Лишь после
этого осуществляется собственно второй отпуск в течение нескольких
часов при температуре на 20—40° ниже температуры первого отпуска.
Инструментальные стали, имеющие низкую температуру отпуска,
могут без особых затрат подвергаться второму отпуску путем много-
часового выдерживания в масляных ваннах, например, в течение ночи.
Для высоколегированных сталей расход на второй отпуск больше,
так как температура отпуска значительно выше. Однако повышение
качества при втором отжиге настолько значительно, что его во многих
случаях следовало бы применять.
Для более полного использования инструмента целесообразно
повторить отпуск после некоторого времени его эксплуатации. Этот
отпуск для снятия напряжений, возникающих при работе инстру-
мента, осуществляется при температуре на 50° ниже температуры
первого отпуска.
4. УМЕНЬШЕНИЕ КОРОБЛЕНИЯ ПРИ ЗАКАЛКЕ
Слишком большое коробление при закалке вызывается иногда
чисто механическими причинами, например, неудовлетворительной
установкой деталей при нагреве. Таких ошибок легко избежать
390 ИНСТРУМЕНТ
1
Однако в общем коробление вызывается появлением внутренних
напряжений в инструменте. Если говорить о напряжениях, возникаю-
щих при механической обработке, то их легко устранить при предва-
рительном отжиге для снятия напряжений. Наоборот, гораздо труд-
нее справиться с напряжениями, возникающими при нагреве и охла-
ждении инструментальной стали, благодаря структурным превраще-
ниям и изменениям при этом объема.
Уже упоминались различные меры, направленные на устранение
этого фактора. Сюда относятся медленный и равномерный нагрев ин-
струмента, выбор подходящей закалочной среды, правильное введе-
ние закаливаемых деталей в охлаждающую ванну, необходимая цир-
куляция и движение деталей в ванне. Однако этим далеко не всегда
удается избежать коробления инструмента при закалке, особенно
у сложных деталей. В таких случаях следует применять иные, более
подходящие методы закалки.
а) Прерывистая закалка
При закалке в воде наиболее сильное охлаждение инструмента
возникает в то время, когда инструмент имеет температуру в интер-
вале 400—200°. Эта область совпадает с периодом мартенситного
образования, что и является собственно целью закалки. Такое сов-
падение является основной причиной больших напряжений, появ-
ляющихся при закалке в воде; вследствие этих напряжений
инструмент коробится и может лопнуть.
Этого явления пытаются избежать прерывистой закалкой. Сна-
чала деталь охлаждают в воде до исчезновения красного цвета и тот-
час затем переносят для охлаждения в масло. Благодаря этому
исключается нежелательное чрезмерно интенсивное охлаждение при
температурах 300° и ниже.
Продолжительность охлаждения инструмента в холодной воде
зависит от его размеров и формы. Для малых деталей достаточно
10 сек., для средних и крупных 20—30 сек. При этом обеспечиваются
достаточные твердость и глубина закаленного слоя.
б) Закалка в ванне
При закалке в ванне или так называемой закалке в горячей среде
инструмент обычным порядком нагревается до температуры закалки
и затем выдерживается в горячей ванне, состоящей из расплава метал-
ла или соли, вплоть до выравнивания температур. Вслед за этим осу-
ществляется закалка на воздухе. В этом отношении имеется аналогия
с прерывистой закалкой; здесь также имеет место предварительное
охлаждение и затем собственно процесс закалки, т.е. мартенситное
образование в более смягченной среде. Этот метод можно успешно
применять для всех сталей, закаливаемых в масле и при любой форме
сечения. Для сталей, закаливаемых в воде, метод неприменим.
ТЕРМООБРАБОТКА ИНСТРУМЕНТА
391
Температура расплава в ванне должна быть для среднелегированных
сталей, закаливаемых обычно в масле, 180—230°, для высоколегирован-
ных сталей с содержанием хрома 5—12% 350—450°, для вольфрамо-
вых сталей для горячих штампов 500—550°. Время выдержки в ванне
зависит от формы и размеров сечения инструмента; в среднем можно
считать, что для полного выравнивания температуры необходимо
15—30 мин.
В сравнении с обычными методами закалки с непосредственным
охлаждением такой метод имеет преимущество в отношении умень-
шения брака и коробления при закалке. При закалке в ванне в заклю-
чение также необходим отпуск.
в) Изотермическая закалка
Изотермический отжиг часто смешивают с закалкой в горячих сре-
дах, хотя они существенно отличаются друг от друга. Внешне эта
закалка примечательна уже тем, что последующего отпуска не требует-
ся. Инструмент согласно такому методу охлаждают до температу-
ры, при которой переход в промежуточную структуру совершается
очень быстро. При этой температуре детали выдерживают в ваннах до
тех пор, пока полностью не завершатся структурные превращения.
Благодаря превращениям возникает структура металла, характерная
для среднелегированных сталей, с пределом прочности в интервале
130—180 кПмм2. Одновременно с этим связано и повышение вязкости,
т. е. как раз того параметра, который столь важен для сталей, предна-
значенных для горячештамповочного инструмента. Благодаря повыше-
нию вязкости можно повысить и твердость штампов и, следовательно,
их стойкость. Следует учесть в этой связи и повышение предела уста-
лости, обеспечиваемое изотермической закалкой. Однако для леги-
рованных сталей, предназначенных для холодновысадочного инстру-
мента, такой метод почти неприменим, так как достигаемая при этом
твердость слишком низка.
5. ТВЕРДОСТЬ ИНСТРУМЕНТА
Твердость или прочность, которые обеспечиваются соответству-
ющим отпуском, зависят, кроме всего прочего, от формы штампуе-
мых деталей, а также от свойств применяемого материала. Для холод-
новысадочного инструмента твердость составляет 57—60 RC, причем
меньшие детали должны иметь большую твердость, а крупные —мень-
шую. При наличии острых углов и резких переходов также предпоч-
тительнее меньшая твердость. Вообще высадочный пуансон чаще
делается несколько тверже матрицы.
Для штампов горячей штамповки установление правильной твер-
дости сложнее. Вообще в принципе высокая прочность или твердость
инструмента повышают прочность и износостойкость инструмента
и при рабочей температуре.
392
ИНСТРУМЕНТ
Так как прочность штампа при рабочей температуре в первую
очередь зависит от его прочности при нормальных условиях, то пред-
почитают давать штампам по возможности большую твердость. Но,
с другой стороны, это неблагоприятно влияет на вязкость иразгаро-
устойчивость штампа в первую очередь на выступающих кромках,
так что стойкость штампа в целом может быть низкой. Поэтому наибо-
лее благоприятные значения твердости и прочности устанавливаются
в интервале, экспериментально найденном для каждого отдельного
случая. При этом сообразно цели применения обеспечивается доста-
точная вязкость при возможно большей прочности и твердости.
Для обычных штампов считается достаточной прочность порядка
135—150 кПмм* (по пересчету), при этом при правильной термообра-
ботке можно не опасаться появления трещин на матрицах. Можно
эксплуатировать инструмент сложной формы при прочности
~ 130к77лш2 при наличии глубокой полости, даже несколько меньше
чем 130 кГ/мм* при неглубокой полости и при простом про-
филе — при прочности до 175 кПмм?. Значения 150—170 кПмм1 2,
рекомендуются также для высадочных матриц из вольфрамовой стали,
которые должны иметь высокую износостойкость при повышенной
температуре. Для других инструментов, подверженных в основном
износу и в меньшей степени ударам, берут прочность порядка 180 кГ/мм2
и больше (например, для горячей штамповки гаек).
Ж- ОКОНЧАТЕЛЬНАЯ ОБРАБОТКА И ОТДЕЛКА РАБОЧЕЙ
ПОВЕРХНОСТИ ИНСТРУМЕНТА
В данное время общепризнано, что можно значительно повысить
стойкость инструмента путем улучшения качества его поверхности и,
следовательно, уменьшения потерь на трение при штамповке. Необходи-
мо стремиться к тому, чтобы по возможности делать рабочие поверх-
ности полированными, тем более, что при этом затрата силы и работы
на деформирование будет меньше, чем при деформировании неотде-
ланным инструментом (см. фиг. 130 и табл. 51). Для сложной формы
деталей это особенно важно, так как при этом обеспечивается лучшее
заполнение ручья.
При изготовлении штампов для горячих работ в этой связи необхо-
димо отметить, что их нельзя применять с гладкой блестящей поверх-
ностью, так как это способствует навариванию, т. е. налипанию мел-
ких частиц металла на инструмент. Поэтому после шлифовки и поли-
ровки необходимо восстановить темный, получающийся при отпуске
слой закиси железа, путем дополнительного отпуска, обжига в масле
(воронения) или с помощью кокильной пасты.
1. ПОЛИРОВКА
В силу указанных соображений необходимо штамповочный инстру-
мент (в первую очередь предназначенный для холодной штамповки)
после отпуска и шлифовки еще и полировать. Пр и этом рационально
ОБРАБОТКА И ОТДЕЛКА РАБОЧЕЙ ПОВЕРХНОСТИ
393
обеспечить высокое качество той поверхности, по которой течет
материал во время деформирования. Помимо уменьшения износа,
инструмент, обработанный таким путем, будет реже лопаться. Кроме
того, улучшается качество поверхности изготовляемых де-
талей.
Таким образом, работа, затрачиваемая на такую отделку, более чем
оправдывается.
Правда, возможность механической полировки сложных форм
инструмента чаще всего весьма ограничена, поэтому более выгодно
электролитическое полирование. Согласно этому методу инструмент
погружается в электролит в качестве анода и полируется, находясь
под током.
2. ХРОМИРОВАНИЕ
Для обеспечения весьма значительной стойкости инструмента
прибегают также к хромированию рабочих поверхностей инструмента.
Наряду с повышением износостойкости хромированный инструмент
характеризуется также весьма малым трением. Последнее способ-
ствует лучшему течению материала и снижает до некоторой сте-
пени усилие деформирования. Хромирование можно применять
у штампов, предназначенных как для горячей, так и для холодной
штамповки.
Для холодновысадочного инструмента рекомендуется хромиро-
вание в тех случаях, когда имеется интенсивный износ инструмента.
При этом можно достигнуть повышения пропускной способности
инструмента в 3—4 раза.
Для горячештамповочного инструмента хромирование также мо-
жет дать повышение стойкости. Правда, нагрев штампов не должен
быть слишком высоким, так как слой хромирования при высоких
температурах может размягчаться и эффективность хромирования
теряется.
Хромирование применимо для всех марок сталей. Инструмент
перед хромированием должен быть отпущен до твердости на 4—6 еди-
ниц меньше обычной твердости инструмента, применяемого без хро-
мирования. Кроме того, инструмент не должен иметь пятнистой
закалки, так как иначе на мягких местах хромированный слой
вдавливается в основной материал и затем выкрашивается. Точ-
но так же вредна крупнозернистая грубая структура, которая мо-
жет вызвать появление трещин. Далее следует учитывать, что сцеп-
ляемость хромированного слоя падает с увеличением легирующих
элементов основного материала, особенно низка сцепляемость для
хромовых сталей. Поэтому в этих случаях хромируемый инструмент
должен иметь особенно чистую поверхность, иначе хромирование
может отслоиться.
При изготовлении инструмента сложной формы необходимо про-
верить, можно ли обеспечить высококачественное хромирование дан-
394
ИНСТРУМЕНТ
кого профиля. Очень важно избежать слишком больших скоплений
хрома на углах и выступающих кромках. В этих случаях необходимо
изготовить вспомогательный анод; кроме него, применяют также
Диафрагменное устройство. Правда, при этом метод хромирования
будет не всегда рентабелен, особенно при малочисленных партиях
изготовляемых деталей.
Другая трудность, появляющаяся при хромировании, заключается
в том, что слой хрома, имея очень высокую твердость, далеко не всегда
обладает достаточной, вязкостью. Так как стойкость инструмента,
наряду с твердостью определяется и вязкостью, то, естественно, слой
хромирования не должен отличаться слишком большой твердостью.
Обычно твердость должна составлять 750—800 единиц по Виккерсу,
что соответствует приблизительно 62—63 RC. Более твердый слой, име-
ющий твердость до 72 RC,характерен, как и более мягкий, меньшей из-
носостойкостью. Твердость хромированного слоя можно регулировать
изменением соответствующих параметров в ванне для хромирования,
например, температуры ванны, плотности тока, состава электролита в
ванне. Твердость уменьшается с уменьшением плотности тока. Влия-
ние температуры менее четко: начиная с какой-то средней температуры
твердость падает как при уменьшении, так и при увеличении темпе-
ратуры. Как правило, слой хрома хорошо наносится в ванне, содер-
жащей смесь из 250 г!л.хромовой кислоты с 1 %-ным раствором серной
кислоты, плотность тока порядка 40 а!дм~ при температуре 50—-55°
Кроме твердости хромированного слоя, существенное влияние на ра-
ботоспособность инструмента оказывает толщина слоя. Толщина
должна быть по возможности меньше и нормально не Должна превы-
шать 0,03 мм. Правда, наиболее оптимальное значение толщины зави-
сит от формы и размеров инструмента, нагрузки на него, поэтому
рационально определять оптимальное значение экспериментально.
Для холодновысадочного инструмента считают достаточным чаще
всего слой порядка 0,01 мм\ у штампов для горячих работ — до
0,04 мм..
Процесс хромирования начинается с обезжиривания подготовлен-
ного инструмента; затем инструмент помещается в ванну, где подвер-
гается легкому поверхностному травлению при температуре порядка
50° и с плотностью тока на аноде 20 а!дм2. После основательной про-
мывки осуществляется собственно хромирование при уже упомянутых
условиях — плотности тока 40—50 а/дм2, температуре 50—55°. Нане-
сение слоя толщиной 0,03 мм продолжается около 45 мин. По оконча-
нии хромирования инструмент тщательно промывается горячей водой
и сушится. Хромовое покрытие должно быть после этого блестящим;
личной напильник не должен оставлять царапин.
Поскольку хромируемый инструмент имеет безупречную поверх-
ность, а форма его несложная, хромирование можно производить
непосредственно в размер без последующей обработки. В других
случаях следует инструмент хромировать с припуском, а затем шли-
фовать в размер.
ОБРАБОТКА И ОТДЕЛКА РАБОЧЕЙ ПОВЕРХНОСТИ
395
3. АЗОТИРОВАНИЕ
Для достижения высокой твердости на поверхности и большой
сопротивляемости износу применяют азотирование инструмента. Этот
процесс, называемый также нитрированием, осуществляется путем
нагрева в среде, отдающей азот, при температуре ниже нижней точки
превращения, как правило, при 500—550°. Благодаря образованию
нитридов поверхность стали ста-
новится тверже без какого-либо
охлаждения. Одновременно уве-
личивается и хрупкость, при-
чем более значительно, чем при
других видах поверхностного
упрочнения. Твердость по Вик-
керсу составляет до 1200 еди-
ниц, что соответствует 70 RC.
При сравнении азотирова-
ния с хромированием следует
помнить, что азотирование пред-
полагает образование сплава, а
хромированием осуществляется
образование постороннего по-
верхностного слоя.
Фиг. 437. Увеличение толщины нитриро-
ванного слоя в зависимости от длительно-
сти газового нитрирования.
Для азотирования применимы далеко не все стали. К наиболее
удачным маркам следует отнести стали с добавлением алюминия,
хрома, молибдена, ванадия и титана. Поверхность этих сталей наи-
более легко насыщается азотом, не допуская ее обезуглероживания.
Так как азотированию чаще подвергают уже готовые инструменты
после закалки и отпуска, температура отпуска азотируемых сталей
должна быть выше температуры азотирования и составлять не менее
550°. Поэтому для инструмента из низколегированных илинелегиро-
ванных сталей обычно азотирование не применяется.
Преимущество этого метода состоит в достижении большой поверх-
ностной твердости, сохраняющейся до температуры 500°, и высокой
сопротивляемости износу. Обработку можно проводить почти совсем
избегая коробления. Кроме того, азотированный поверхностный слой
имеет повышенную сопротивляемость к появлению разгарных трещин,
а это очень важно для горячештамповочного инструмента. Недостат-
ком является сравнительно малая глубина проникновения, которая
даже при весьма длительном азотировании не превосходит нескольких
десятых миллиметра (фиг. 437). В большинстве случаев глубина
азотирования инструмента составляет 0,02—0,04 мм. Поэтому удель-
ные давления на поверхности инструмента не должны быть слишком
большими, иначе азотированный слой вдавится, особенно при сравни-
тельно мягком основном материале.
В силу вышеизложенного этот метод применим там, где наряду
с возникновением интенсивного износа действуют сравйительно не-
396
ИНСТРУМЕНТ
большие удельные давления. Применению азотированного инструмента
препятствует также склонность азотированного слоя к выкрашиванию
особенно на острых углах и кромках. Чаще это получается на местах,
пересыщенных азотом. Для того чтобы избежать выкрашивания, слой
азотирования инструмента выдерживается значительно тоньше, чем
при азотировании обычных деталей машин. Соответственно длитель-
ность азотирования составляет меньшее время.
Азотирование может производиться или в богатом азотом газе,
главным образом в аммиаке, или в ваннах, содержащих циановые
соли. Первый способ называется газовым азотированием, второй —
жидкостным азотированием.
а) Газовое азотирование
После тщательной очистки и обезжиривания инструмента азоти-
рование производится в герметизированных закрытых жароупорных
ящиках. Отдельные поверхности, которые не должны подвергаться
азотированию, защищают специальным защитным покрытием, на-
пример, оцинковкой или никелированием. Затем осуществляется
обработка в потоке сухого аммиачного газа, чтобы обеспечить доста-
точное количество реагирующего азота. Пуск газа должен начаться
после нагрева до 250° и прекращаться при охлаждении лишь ниже
200°.Для успешного осуществления азотирования важно точное соблю-
дение температуры 500°. При более высокой температуре азотирования
снижается поверхностная твердость и одновременно увеличивается
глубина проникновения. Продолжительность азотирования выби-
рается по графику на фиг. 437 в зависимости от желаемой толщины
азотируемого слоя.
.'Азотирование аммиаком требует печей особой конструкции и гер-
метизированных загрузочных ящиков. Метод распространен глав-
ным'юбразом в массовом производстве и при сравнительно больших
глубинах азотирования, требующих длительного времени нагрева.
б) Жидкостное азотирование
Азотирование в ваннах, содержащих циановые соли, применимо
также для кратковременного азотирования отдельных деталей.
При сравнении обоих методов получается иногда впечатление, что
при жидкостном азотировании и одинаковом времени обработки
достигается значительно меньшая глубина внедрения, чем при газо-
вом азотировании. Однако это не совсем так. Для многих сталей при
более коротком времени жидкого азотирования воздействие в отно-
шении твердости поверхности и глубины внедрения одинаково с газо-
вым азотированием. Вообще твердость и глубина внедрения при жид-
костном азотировании зависят от времени обработки и определяются
температурой ванны, химическим составом материала и предшеству-
ющей термической обработкой инструмента.
ТВЕРДОСПЛАВНОН инструмент
397
В данном времени нет точно установленных данных по выбору
наиболее рациональной предварительной обработки инструмента и
глубины проникновения. Однако известно, что можно значительно
увеличить работоспособность горячих штампов, изготовленных из
соответствующих легированных сталей, путем двухчасового азотиро-
вания в ванне при температуре 560°. При этом продолжительность
азотирования в зависимости от формы и размеров инструмента может
быть увеличена до 5 час.
Благодаря высокой температуре отпуска азотированная поверх-
ность инструмента сохраняет свою твердость даже после весьма дли-
тельной эксплуатации при высоких температурах. Азотирование также
препятствует навариванию частиц металла на поверхность инстру-
мента. От газового азотирования, требующего гораздо больше времени,
при обработке горячих штампов часто отказываются из-за образу-
ющихся при этом трещин; это явление отчасти следует объяснить
большой хрупкостью, с которой необходимо считаться при боль-
шой глубине азотируемого слоя. Азотирование можно успешно при-
менять и для холодновысадочного инструмента. Так, например,
достаточно азотирования в течение 1 часа, чтобы высоколегированная
сталь, имеющая твердость 59 RC после отпуска, получила твердость
на поверхности 64 RC. Такого рода дополнительная обработка может
быть выгодна для того инструмента, у которого достаточна или жела-
тельна сердцевина низкой твердости, но поверхность должна быть
износостойка. Однако применение этого метода невозможно из-за уже
упомянутых соображений для низколегированных и нелегированных
сталей.
3. ТВЕРДОСПЛАВНОЙ ИНСТРУМЕНТ
В ходе развития порошковой металлургии и применения твердых
сплавов уже давно появилась мысль об изготовлении штампов из
твердых сплавов. Однако потребовалась многолетняя исследователь-
ская работа, пока были созданы для этого необходимые предпосылки
и установлены технологические и конструктивные требования. Приме-
нение твердосплавного инструмента оправдалось во многих областях
штамповки. Положительные результаты применения обусловили бо-
лее широкое распространение твердых сплавов.
1. СВОЙСТВА И СОСТАВ ТВЕРДЫХ СПЛАВОВ
Применению твердых сплавов для штамповки препятствовало
то, что ранее известные марки твердых сплавов отличались, наряду
с высокой твердостью, недостаточной вязкостью, что вызывало быструю
поломку при ударных нагрузках. Лишь в последние годы удалось
создать твердые сплавы, удовлетворяющие требованиям, характерным
для штамповки. Здесь нашли применение различные марки твердых
сплавов, базирующиеся на карбидах вольфрама и кобальта, имеющие,
398
ИНСТР^МЬНТ
сообразно прилагаемым нагрузкам, достаточно высокую вязкость
и прочность на разрыв. Приблизительный состав и свойства этих
марок твердого сплава приведены в табл. 77. Наиболее твердые сплавы
Таблица 77
Обозначение марок, состав, твердость и цели применения вставок из твердых
сплавов для холодновысадочного инструмента
Обо- значе- ние Приблизитель- ный состав в % Твердость Свойства и применение
WC Си по Виккер- су V по Роквел- лу jRC
G2 89 11 1300 72-74 Высокая износоустойчивость; приго- ден только при очень малых удар- ных нагрузках
G3 85 15 1200 70—72 Применим только при малых удар- ных нагрузках
G4 80 20 1100 67—69 Устойчив против ударных нагру- зок
G5 75 25 900 65—67 Пригоден для высоких ударных нагрузок
G6 70 30 800 62—64 Применим для чрезвычайно высо- ких нагрузок
используют в первую очередь на матрицы для редуцирования, для
которых ударная нагрузка нехарактерна. Средние, уже более вязкие
марки, применяют для высадочного инструмента, интенсивно рабо-
тающего на износ при наличии ударного воздействия, например,
для высадочных пуансонов и матриц простой формы.Наиболее мягкие
и вязкие сплавы применяют для крупных вставок, а также для инстру-
мента, сложного по форме, который наряду с достаточной износо-
устойчивостью должен быть нечувствителен и к ударным нагрузкам
определенной величины. Хотя сопротивляемость износу твердых спла-
вов уменьшается при уменьшении твердости, все же у наиболее низ-
ких марок она еще достаточна высока.
2. КОНСТРУИРОВАНИЕ ИНСТРУМЕНТА
Ударные нагрузки могут восприниматься и весьма вязкими твер-
дыми сплавами лишь в тех случаях, когда эти нагрузки благодаря
соответствующей конструкции инструмента вызывают в основном
только напряжения сжатия. При проектировании инструмента, безу-
словно, следует стремиться к тому, чтобы избежать растягивающих
и изгибающих напряжений, а нагрузки на кромках и углах по воз-
можности ограничить.
Исходя из этого, твердые сплавы используются только в качестве
вставок, запрессовываемых с высоким предварительным натягом
в достаточно устойчивый стальной бандаж. В большинстве случаев
ТВЕРДОСПЛАВНОЙ ИНСТРУМЕНТ
399
делают посадку вгорячую, особенно для интенсивно нагруженного,
инструмента.
Для бандажирования рекомендуются легированные и нелегиро-
ванные конструкционные стали с высокой температурой отпуска,
с прочностью после термической обработки порядка 125—160 кГ/мм?
(по пересчету с твердости). Бандаж должен иметь диаметр по меньшей
мере вдвое больше диаметра соответствующей вставки. Так как при
этом габариты монтируемых деталей получаются, как правило, боль-
ше, чем при обычном стальном, инструменте, может возникнуть необ-
ходимость расширить место для крепления штампа. Бандаж и вставка
обрабатываются таким образом, чтобы обеспечить равномерное при-
легание поверхностей. Для достижения требуемого предварительного
сжатия необходимо предусмотреть натяг, значения которого можно
принять равными натягам при армировании обычного стального
инструмента (см. фиг. 380). По другим данным считается натяг равным
4% от диаметра вставки; температура посадки бандажа равна
450—500.°
Диаметр вставки из твердого сплава должен быть при малых
размерах втрое, при больших в 2,5 раза больше диаметра отверстия
или диаметра стержня болта. Эти размеры относятся к вставкам с глад-
ким отверстием без какого-либо профиля. Для вставок, применяемых
при высадке деталей с буртиками под головкой или с шестигранной
головкой, диаметр должен быть больше; для матрицы с шестигранной
полостью диаметр берется вдвое больше габарита головки.
При конструировании следует учитывать, что твердосплавный
инструмент более чувствителен, чем обычный стальной. Острых кро-
мок и резких переходов необходимо избегать. Инструмент из твердого
сплава нельзя проектировать слишком сжатым по размерам.Размеры
его могут быть примерно одинаковыми со стальным инструментом
соответствующего назначения. При применении нового инструмента
целесообразно прежде изготовить обычным образом стальной, экспе-
риментировать на нем, а затем уже давать заказ на дорогостоящий
твердосплавной.
При применении твердых сплавов следует обратить внимание и на
то, что возникающий нагрев вызывает большие деформации в бандаже,
а твердосплавная вставка деформируется незначительно. Следова-
тельно, в таких случаях может возникнуть ослабление или полное
устранение предварительного натяга, столь необходимого для сохра-
нения работоспособности инструмента. Поэтому теплового воздейст-
вия на твердосплавный инструмент необходимо избегать, одновремен-
но учитывая возможный нагрев инструмента при работе (см. фиг.
356 и 366). Правда, известны стали, имеющие коэффициент теплового
линейного расширения, почти совпадающий с аналогичным коэффи-
циентом для твердого сплава. Таков, например, недавно полученный
сплав с 49% никеля и малой примесью ниобия, однако этот сплав
имеет сравнительно малую твердость порядка 33—38 RC, что соот-
ветствует значениям предела прочности 110—125 кПмм~.
400
инструмент
3. ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ТВЕРДОСПЛАВНОГО ИНСТРУМЕНТА
а) Холодновысадочный инструмент
При холодной объемной штамповке из твердого сплава делают
в первую очередь матрицы и пуансоны. Однако, кроме того, твердым
сплавом можно армировать и остальные детали инструмента, напри-
Фиг. 438. Места установки
твердосплавного инструмента
на холодновысадочном автомате:
а — исходный материал; b — пода-
ющие ролики; с — отрезная матри-
ца; d — нож; е— регулируемый упор;
/ — заготовка; д — высадочная мат-
рица; h — высадочный пуансон; i —
стержень выталкивателя; k — вытал.
киватель; I — высаженная деталь.
а в последнее время изготовляют
также подающие ролики, транс-
портирующие захваты и стержни
выталкивателя.
На фиг. 438 схематически пока-
зан монтаж твердосплавного ин-
струмента на холодновысадочном
автомате. Полный комплект твердо-
Фиг. 439. Твердосплавный ин-
струмент для холодной высадки
болтов:
а — отрезная матрица; b — нож; с —
высадочная матрица; d —- пуансон пред-
варительной высадки; е — высадочный
пуанс он.
сплавного инструмента для холодновысадочного автомата изобра-
жен на фиг. 439. Такой готовый комплект может быть выписан с заво-
да твердых сплавов. В дальнейшем инструмент может изготовляться в
инструментальном цехе предприятия, а выписывать необходимо только
вставки из твердого сплава. На фиг. 440 приведены примеры конст-
руктивного выполнения твердосплавных матриц для изготовления
болтов, заклепок, винтов и других деталей с постоянным размером
стержня (из американской практики). Для высадки деталей с корот-
ким стержнем вставка делается цельной. Причем следует обратить
внимание на то, что длина вставки делается не менее чем на 3 мм
больше длины стержня (фиг. 440, /) самой длинной детали (чтобы
стержень выталкивателя имел направление). Для более длинных дета-
ТВЕРДОСПЛАВНОЙ ИНСТРУМЕНТ
401
лей следует или вставки выполнять более длинными, или, в соответствии
с фиг. 440,2, предусмотреть за вставкой закаленную стальную втулку
1 2 3
Фиг. 440. Варианты высадочных матриц со
вставками с гладким отверстием:
/ — матрица со вставкой для коротких болтов; 2 — ма-
трица с короткой вставкой и компенсирующей втулкой
для длинных болтов; 3 — матрица со сквозной вставкой
и опорной шайбой; 4 —матрица со вставкой для длинных
болтов; а — твердосплавная вставка; b — бандаж;
с — компенсирующая втулка; d — опорная шайба.
длиной не менее 20 мм. Правда, при этом возможен более быстрый
износ самой втулки, и тогда выталкивание деталей затрудняется.
На фиг. 440, 3 показана высадочная матрица со сквозной вставкой
и опорной шайбой, препятствующей выпрессовыванию вставки. Все
Фиг. 441. Матрица
со вставкой для ка-
либровки торца стерж-
ня.
Фиг. 442. Варианты редуцирующих матриц
с твердосплавными вставками:
1 — матрица со вставкой для коротких болтов; 2— ма-
трица с короткой вставкой и компенсирующей втулкой;
3 — редуцирующая матрица ив двух частей; 4 — матрица
для длинных болтов с двумя твердосплавными вставками
и стальной проставкой; а — твердосплавные вставки; b —
баидаж; с — опорная шайба; d— каленая проставка.
же таким методом не всегда удается избежать небольшого выталкива-
ния вставки, поэтому более рационален конструктивный вариант,
показанный на фиг. 440, 4. Толщина донышка стального бандажа,
по американским данным, при малых диаметрах должна быть не
менее 10 мм, при больших — не менее 25 мм', опорную поверхность
необходимо обработать достаточно чисто.
На Лиг 441 показана матрица с твердосплавной вставкой для
калибровки фаски на торце стержня короткого болта. На фиг. 442
приведены несколько конструктивных вариантов твердосплавных
матриц предназначенных для редуцирования. Обычно матрицы снаб-
жается сплошными вставками (фиг. 442, /), но при обработке длин-
ных деталей можно для экономии твердого сплава встроить проставку
26 1129
402
ИНСТРУМЕНТ
из закаленной инструментальной стали, как это показано на фиг. 442,
2. Твердосплавные вставки могут быть также разделены (фиг. 442,
3), причем в соответствии с условиями нагрузки вставка для ре-
Фиг. 443. Высадоч-
ная матрица с твердо-
сплавной вставкой
и сменной стальной на-
садкой для различных
форм и размеров бол-
Фиг. 444. Варианты применения твердосплав-
ных высадочных матриц с насадками для раз-
личных форм головок:
а — твердосплавная вставка; Ь — бандаж; с —опор-
ная шайба; е — сменная верхняя насадка из специаль-
ной стали; f — втулка.
та:
а — вставка; Ъ — бан-
даж; с —опорная плита;
d — сменная насадка из
инструментальной стали;
е — длина стержня болта.
высаживаемых формах,
дуцирования подбирается из более твер-
дого сплава по сравнению с участком, разме-
щающимся непосредственно под головкой.
Это рекомендуется при весьма тяжелых
. _ у которых Должны быть выточки и зенковка
под головку. При обработке деталей с длинным стержнем также
целесообразно между двумя отдельными
твердосплавными вставками, изготов-
ленными из различных марок, вставить
каленую стальную проставку (фиг.442,4).
Высадочные матрицы с глубокой по-
лостью для головки или с выточками,
при наличии острых кромок, выполнить
из твердого сплава трудно. Поэтому во
многих случаях необходимо или давать
очень большие скругления на кромках
и сильную конусность на профиле,
или применять твердосплавные матрицы
с насадками в соответствии с фиг. 443.
Фиг. 445. Твердосплавной
пуансон для маркировки
болтов.
На фиг. 444 показаны конструктивные варианты 1, 2, 3 насадок для
твердосплавных матриц. Насадки обеспечивают некоторую универ-
сальность матриц, применяемых для нескольких форм высаживае-
мых головок. Это способствует получению рентабельности твердых
сплавов и при малых партиях деталей. Так как на насадки действуют
большие распирающие нагрузки, необходимо изготовлять их из вы-
сокопрочной, стойкой, предварительно прокованной стали.
Твердосплавной инструмент можно применять и для выдавливания
маркировки. На фиг. 445 показан пуансон, маркирующий головки
болтов. Такие профили инструмента могут успешно изготовляться
из твердых сплавов.
ТВЕРДОСПЛАВНОЕ ИНСТРУМЕНТ
403
б) Штампы для горячей штамповки
Хотя твердые сплавы имеют высокие прочностные свойства
при высокой температуре, однако применять их можно, лишь пол-
ностью исключив возможность окисле- пфенниги!1000 болтов
ния, что довольно трудно выполнить
на обычных штампах. Кроме того,
твердые сплавы очень чувствитель-
ны к резким изменениям темпера-
туры; обычное охлаждение инстру-
мента сжатым воздухом или водой
здесь неприменимо, так как неми-
нуемо приведет к образованию тре-
щин. Эти обстоятельства привели
к тому, что применение твердо-
сплавного инструмента при высоких
температурах экономически оправ-
дывается очень редко. По американ-
скому опыту применяют для штам-
пов горячей штамповки твердые
сплавы из карбидов титана.
В последнее время в Германии
были проведены успешные опыты
по применению твердосплавного ин-
струмента для горячей штамповки.
При изготовлении заклепок оказа-
лось возможным достигнуть сущест-
венного повышения стойкости мат-
риц. Полученный при этом опыт,
Фиг. 446. Сравнение расходов
на инструмент на 1000 винтов с по-
тайной головкой размером М3 при
применении твердосплавной матри-
цы (сплав G4) и матрицы из леги-
рованной инструментальной стали
(12 % Gr).
касающийся прежде всего рационального армирования и равномерного
охлаждения инструмента, распространяется теперь на другие отрасли
производства, например, для горячей штамповки болтов.
4. СТОЙКОСТЬ ТВЕРДОСПЛАВНОГО ИНСТРУМЕНТА
Достаточно обоснованных сведений о пропускной способности
твердосплавного инструмента для холодной высадки еще нет. Вообще
же можно сказать, что работоспособность инструмента, армированного
твердым сплавом, колеблется от нескольких сотен тысяч до нескольких
миллионов штук деталей. При прочих равных условиях стойкость
стального инструмента достигает от 10 000 до 50 000 штук. Сравнитель-
но высокая первоначальная стоимость твердосплавного инструмента,
которая в зависимости от формы и размеров в 10—20 раз превосходит
стоимость обычного инструмента, может быть компенсирована, таким
образом, только значительно более высокой стойкостью; при больших
партиях изготовляемых деталей получается существенное снижение
26*
404
ИНСТРУМЕНТ
доли затрат на инструмент в общей себестоимости (фиг. 446). Поэтому
применение твердосплавного инструмента будет рентабельным или
при массовом производстве деталей, или при наличии периодического
возобновления производства деталей, так что неэксплуатируемый ин-
струмент можно положить на складе, а спустя некоторое время вновь
его использовать.
Кроме того, следует учитывать преимущества в отношении повыше-
ния времени работы машины, а также повышение точности и чистоты
поверхности изготовляемых деталей.
И. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРИМЕНЕНИЮ ИНСТРУМЕНТА
1. ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ НАГРЕВ ИНСТРУМЕНТА
Как уже упоминалось, охлаждение поковки при соприкосновении
г инструментом зависит только от разности их температур в началь-
Т/сел '
Фиг. 447. Влияние температуры ин-
струмента на его охлаждающие спо-
собности при различной начальной
температуре поковки.
ный момент; потери тепла сравни-
тельно мало зависят от величины
температуры при де(]юрмации.
Поэтому применением подогретого
инструмента можно добиться боль-
шого эффекта, снижая начальный
температурный перепад и, следо-
вательно, уменьшая охлаждающее
воздействие инструмента (фиг. 447).
Достаточный и равномерный
подогрев настоятельно необходим
и с точки зрения повышения работо-
способности инструмента. Штампы
из высоколегированной стали, ко-
торые совсем не подогреваются или
подогреваются недостаточно, пока-
зывают низкую стойкость; зимой
даже может случиться, что они
из-за своей хрупкости от сильного
холода лопаются. Для улучшения
работоспособности горячих штампов
их необходимо после длительных
перерывов в работе достаточно
хорошо прогреть.
Температура подогрева в зависимости от марки стали и формы
инструмента должна быть от 150 до 300°; для обычных марок сталей
применяют медленный нагрев на 200—250°. Для этого мелкий инстру-
мент перед началом работы обкладывают горячими плитками, отдаю-
щими свое тепло. Но можно для нагрева сделать специальное приспо-
собление, например, в виде изогнутой в кольцо газовой горелки,
РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРИМЕНЕНИЮ ИНСТРУМЕНТА
405'
охватывающей штамп или, как делают в современном производстве,
применить индуктор. Так как температуры подогрева сравнительно--
низкие, в последнем случае можно использовать обычный ток с
частотой 50 гц.
2. ОХЛАЖДЕНИЕ ШТАМПОВ ДЛЯ ГОРЯЧЕЙ ШТАМПОВКИ
При горячей штамповке охлаждение также оказывает большое
влияние на стойкость инструмента. Обычно считают, что охлаждение
должно быть настолько интенсивным, чтобы температура на поверх-
ности инструмента не превосходила половины температуры отпуска.
Слишком сильное или неравномерное охлаждение вследствие возник-
новения температурных колебаний приводит к появлению напряже-
ний и, следовательно, вместо благоприятного влияния способствует
возникновению трещин и заметному снижению стойкости. Значитель-
ный разброс стойкостей, наблюдаемый при применении горячей штам-
повки, чаше всего объясняется нерациональностью охлаждения, кото-
рое проводится или неравномерно, или слишком резко и односторонне
Поэтому следует проверять в каждом отдельном случае, не доста-
точно ли охлаждения сжатым воздухом вместо обычной водяной струи.
Опыт показал, что во многих случаях такое охлаждение возможно,
и при этом стойкость инструмента неожиданно увеличивается. Следует
по возможности избегать водяного охлаждения при применении высо-
колегированных сталей, очень чувствительных к резким колебаниям
температуры. Если же отказаться от водяного охлаждения нельзя, не-
обходимо обратить внимание на равномерную подачу воды. Иногда мож-
но обеспечить равномерное распыление воды во всех местах простым
устройством. В особых случаях рекомендуется охлаждать штампы с
помощью охлаждающих водяных каналов, устроенных непосредствен-
но в теле штампа. Такая мера рекомендуется, например, для арми-
рованных штампов в целях обеспечения равномерной температуры
бандажа.
Необходимо уделять внимание и температуре охлаждающей воды
Как правило упускают из виду, что охлаждающий эффект в большой
мере зависит от температуры воды и что различие в работоспособности
инструмента объясняется колебаниями температуры охлаждающей
среды. Поэтому в первую очередь в холодное время года необходимо
принимать во внимание возможности подогрева охлаждающей воды
в целях смягчения ее охлаждающего действия и, следовательно,
уменьшения опасности возникновения трещин. Такое мероприятие
легко выполнить, если поместит1з подводящий воду шланг на печи
или на ее дымоходе.
В заключение следует напомнить, что необходимо прекращать
подвод воды при остановках или перерывах в работе, чтобы не пере-
охлаждать инструмент. В противном случае при возобновлении работы
возникающие вследствие большого температурного перепада термиче-
ские напряжения приведут к преждевременному появлению трещин.
406
ИНСТРУМЕНТ
3. УДАЛЕНИЕ ШТАМПОВАННЫХ ДЕТАЛЕЙ ИЗ ШТАМПА
При горячей штамповке детали склонны к застреванию в штампе,
особенно при большой высоте и сложной форме детали, а также в слу-
чаях, если штамп имеет недостаточные уклоны или недостаточно чисто
обработан.
Если в штампе нет выталкивателя, необходимо другими средствами
обеспечить надежность удаления поковки. Для этого штампы смазы-
вают мазутом или маслом, а при штамповке стальных деталей наносят
равномерный слой слегка смоченных древесных опилок. При сгорании
мазута и опилок в закрытом штампе возникает сильное давление га-
зов, благодаря которому после окончания штамповки поковка может
легко отделиться от штампа.^ Это способствует и сохранению штампа.
Однако не следует давать чрезмерно много мазута, масла или опилок,
так как иначе в штампе могут появиться трещины. Кроме того, это
препятствует заполнению ручья и течению материала.
В тех случаях, когда необходимо обеспечить смазку инструмента,
применяют обычно масло в смеси с графитом. Для повышения стой-
кости рекомендуется также смесь коллоидного графита с водой. При
малой глубине полости и невысокой твердости для смазки вводят
водный раствор соды и соли, состоящий из смеси 26%-ного насыщенного
раствора поваренной соли с насыщенным 46%-ным раствором соды.
Необходимо тщательное нанесение раствора. При большой глу-
бине полости, а также для штампов из высоколегированных сталей
такой раствор неприменим, так как он вызывает появление разгарных
трещин.
4. СНЯТИЕ НАПРЯЖЕНИЙ В ГОТОВОМ ИНСТРУМЕНТЕ
Благодаря нагрузкам, прикладываемым к штампу при работе
в штампе возникают дополнительные напряжения, которые могут
быть настолько большими, что выведут штамп из строя. Поэтому
желательно инструмент по истечении определенного времени эксплуа-
тации еще раз отпустить, чтобы снять эти дополнительные напряжения.
Эта мера рекомендуется для всех холодновысадочных штампов из
легированных и нелегированных сталей, если на поверхности инстру-
мента еще не появились трещины, а также для горячих штампов.
Для нелегированных и низколегированных материалов для снятия
напряжений достаточно многочасового вываривания в воде или масле;
для высоколегированных сталей, т. е. для инструмента с высокой тем-
пературой отпуска, температура такого отпуска должна быть примерно
на 50° ниже температуры первого отпуска.
VI. ПРИМЕНЕНИЕ ВЫСАДКИ И ОБЪЕМНОЙ
ШТАМПОВКИ
А. ДОСТОИНСТВА ПЛАСТИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ОБРАБОТКИ
Высадка и объемная штамповка характерны рядом технических
и экономических достоинств, обусловливающих растущий прогресс
этих методов и расширение области применения. Во многих случаях
эти методы обработки пригодны для замены обработки резанием в мас-
совом и серийном производствах; кроме того, эти методы в некоторых
случаях успешно вытесняют и другие методы обработки без снятия
стружки.
1 ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПРЕИМУЩЕСТВА
Из экономических преимуществ в первую очередь следует упомя-
нуть значительное снижение расхода материала, трудоемкости и со-
кращение станочного парка. Благодаря этому увеличивается выпуск,
снижается стоимость детали. По сравнению с деталями, обрабатывае-
мыми на автоматах резанием, при изготовлении штамповкой можно
считать экономию непосредственных издержек на материал и зара-
ботную плату от 25 до 89%. Например, отход при изготовлении бол-
тов холодной высадкой составляет весьма малую частицу веса болта,
а при изготовлении болта точением из шестигранного прутка отход
часто превышает вес готового болта.
При переходе от обработки резанием к методам пластического
деформирования можно достигнуть больших преимуществ и на дру-
гих деталях (фиг. 448). Поэтому при производстве деталей с резко
изменяющимся сечением все более и более склоняются к обработке
штамповкой.
Достойна внимания и экономия по станочному парку. В качестве
примера на фиг. 449 приведено сравнение затрачиваемого машин-
ного времени при изготовлении болта тремя вариантами: резанием
на автоматах, горячей штамповкой с чистовой обработкой резанием
и холодной высадкой с накаткой резьбы. Аналогичные соотношения
характерны и для производства других деталей.
408
ПРИМЕНЕНИЕ ВЫСАЦКИ И ОБЪЕМНОЙ ШТАМПОВКИ
2 . ТЕХНИЧЕСКИЕ ПРЕИМУЩЕСТВА
Применение методов пластического формообразования наряду
с экономическими преимуществами влечет за собой во многих случаях
существенные усовершенствования и технического характера. Так,
например, при правильном проведении процесса получается равномер-
ное, непрерывное, соответствующее внешнему очертанию детали рас-
пределение волокон, а это для интенсивно нагруженных дета-
лей следует расценивать как большое Достоинство по сравнению
Фиг. 448. Изготовление втулки изолятора:
а —обточкой ив прутка; Ь — холодным выдавлива-
нием.
etz-221
*ЯЫ6
с обработкой резанием. Пластическое хо-
лодное формообразование высадкой, вы-
давливанием и другими методами всегда
сопровождается улучшением детали за
счет упрочнения; наряду с повышенным
пределом текучести и прочности для дета-
лей, нагруженных переменными нагрузками,
чение предела усталости.
Фиг. 449. Используемый
станочный парк и ма-
шинное время при изго-
товлении болта различны-
ми методами-
1 — обточка на автоматах;
2 — горячая штамповка с по-
следующей обработкой реза-
нием; 3 — холодная высадка
и накатка; а. — металлорежу-
щие автоматы; Ъ — сортовые
ножницы; с — горизонтально-
ковочная машина; фасо-
вочный станок; е — болторез-
ный станок; f — двухударный
холодновысадочный автомат:
g — обрезной автомат; h —
накатной станок.
имеет значение и увели-
Б. ГРАНИЦЫ ПРИМЕНЕНИЯ
При холодной высадке области применения ограничиваются раз-
мерами исходного материала от 0,6 до 20—25 мм и только в особых
случаях распространяются до больших размеров. Правда, верхний
предел обусловливается не технологическими, а главным образом
экономическими соображениями. Как уже говорилось ранее, экономи-
ческий предел холодной объемной штамповки получается вследствие
необходимости значительного увеличения мощности штамповочной
ТОЧНОСТЬ ИЗГОТОВЛЕНИЯ
4 OS
машины, большого размера инструмента, а также более высокой общей
стоимости стали, необходимой для холодной высадки, сравнительно
с другими материалами.
Зато возможности применения горячей штамповки в верхней гра-
нице почти беспредельны. Нижняя граница также ясно не установлена.
Однако малые способности тонкого материала к аккумуляции тепла
и вызываемое этим быстрое охлаждение при контакте с деформирую-
щим инструментом, а также сравнительно низкая точность и более
низкое качество поверхности горячештампованных малых деталей
обусловили применение горячей штамповки размером 8 мм и лишь
в редких случаях ниже этого предела.
Вообще при сравнении методов горячей и холодной штамповки
следует учесть, что при горячей штамповке необходимо принимать
размеры детали с учетом усадки, угара и окалины. Поэтому, естествен-
но, соблюдение жестких допусков невозможно в той мере, как при
холодном формообразовании. С другой стороны, при горячей штам-
повке допустимы большие степени деформации и соответственное
изменение сечений.
В. ТОЧНОСТЬ ИЗГОТОВЛЕНИЯ
Точность, достижимая при применении пластического деформиро"
вания для массового и серийного изготовления деталей всех видов,
зависит от избранного метода штамповки. Однако эта точность,кроме
того, определяется применяемым оборудованием, его состоянием,
точностью инструмента, его стойкостью и степенью износа и во
многих случаях отклонениями размера исходного материала. При
горячей штамповке играет роль и постоянство температуры обра-
ботки, а также объем получающейся окалины и угара. Далее, на
точность деталей, изготовляемых не из прутка или бунта, а из
отдельной заготовки, влияют допуски на длину, соблюдаемые при
отрезке.
Из-за многообразия влияющих факторов нельзя дать обобщен-
ных данных о точности изготовления деталей объемной штамповкой.
Однако некоторые соображения могут быть заимствованы из соответ-
ствующих стандартов. На фиг. 450 в виде примера дается обзор
(DIN 267) отклонений размеров, которые (в среднем) могут быть обес-
печены при изготовлении холодновысаженных стандартных деталей.
При изготовлении массовых деталей с менее жесткими условиями
и при более интенсивном использовании инструмента обычные допуски
более грубы. Соблюдаемая точность размеров при горячей штамповке
иллюстрируется фиг. 451. Неровности на необрабатываемой поверх-
ности, а также царапины от окалины, забоины и случайные сошли-
фовки должны быть в пределах половины допуска на размер; на по-
верхностях, которые будут еще обрабатываться, эти дефекты не долж-
ны по размеру превосходить допуск на обработку. Во многих слу-
410
применение высадки и объемной штамповки
Фиг. 450. Данные о достигаемой точно-
сти при холодной высадке:
а— длина стержня; Ь — высота головки; с — диа-
метр головки.
Фиг. 451. Допуски на
горячештампованные де-
тали по немецким и аме-
риканским данным.
Для точных деталей
можно принимать поло-
вину, а в особых случа-
ях четверть этих значе-
ний.
Вес
Фиг. 452. Весовые отклонения в % для
различных по весу деталей.
ПРИНЦИПЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ДЕТАЛЕЙ
411
чаях предпочитают весовые допуски, особенно, если они более
важны, чем размерные (фиг. 452). Весовые допуски должны лежать
в границах допусков на размеры.
В этой связи упомянем о том, что при поставке массовых и серий-
ных деталей имеется условие допустимого отклонения в количестве
Фиг. 453. Допускаемые весовые отклонения в % от
номинального по заказу (DIN 7521)
Вес детали: а — до 0,1 кг; Ьг — свыше 0,1 до 1 кг; Ь, — свыше
1 кг; с — свыше 1 кг.
поставляемых деталей. Наиболее распространено условие, что верх-
нее или нижнее отклонение не должно превосходить 10% от поста-
вляемого количества деталей. Более точные и для крупных партий бо-
лее жесткие пределы даны на фиг. 453.
Г. ПРИНЦИПЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ДЕТАЛЕЙ
1. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ДЕТАЛЕЙ, ШТАМПУЕМЫХ ВГОРЯЧУЮ
При горячей штамповке возможно получение любых степеней
деформации, если только материал нагрет до достаточно высокой тем-
пературы и не слишком сильно теряет температуру при контакте
инструмента с получаемыми тонкими сечениями. На этом основании
можно при нагреве сравнительно легко обрабатывать тяжелые и слож-
ные формы деталей, причем в зависимости от пластичности материала
можно за счет штамповки получать ребра, заплечики и тому подоб-
ные элементы. Поэтому проектирование деталей для горячей штамповки
имеет свою специфику.
Вообще следует обратить внимание на то, чтобы детали и в первую
очередь высокие, проектировались с уклонами для обеспечения удале-
ния их из штампа. Во избежание повышенного износа инструмента
необходимо по возможности не придавать детали острых кромок, а
снабжать эти места достаточными скруглениями. Учитывая, что
штампованные детали часто затем еще обрабатываются резанием, ну-
жно рассчитать размер с соответствующим припуском на обработку.
412
применение высадки и объемной штамповки
Сравнение некоторых методов горячей штамповки и проистека-
ющих отсюда особенностей выполнения детали приведено на фиг
? | ' Уклон Т20
.—л ,
---н —
3
Уклон f:50
Уклон /-50
а) Ь) с)
Фиг. 454. Изготовление втулки различными методами:
а — свободной ковкой; b — горячей штамповкой на прессе (с выталкиванием); с — штам-
повкой на горизонтальноковочной машине; d, h — чистовые размеры; D, D, Н — черно-
вые размеры.
454—456 на примере полых деталей. Отсюда ясно, что при штамповке
под прессом необходимы меньшие припуски на обработку и меньшие
а) Ь)
Фиг. 455. Изготовление кольца различными методами:
а—молотом; b— прессом; с—на горизонтально-ковочной машине.
уклоны, чем при ковке под молотом. Изготовление на горизонтально-
ковочной машине имеет те преимущества по сравнению с штамповкой
а)
Ь)
Фиг. 456. Изготовление колпака дюзы:
а — под молотом; b — под фрик-
ционным прессом.
под прессом, что боковые уклоны нужно предусматривать только по
внутренней поверхности, и потому можно обойтись с еще более умень-
шенными припусками.
2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ДЕТАЛЕЙ, ШТАМПУЕМЫХ ВХОЛОДНУЮ
При проектировании деталей, изготовляемых холодной объемной
штамповкой, надо считаться с возможностями этого метода обработки.
Так, например, обычной холодной высадкой в противоположность
горячей штамповке нельзя осуществить штамповку детали с четким
заполнением полости при ее многоугольном поперечном сечении.
Если бы удавалось высаживать головки болтов под окончательную
ПРИНЦИПЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ДЕТАЛЕЙ 413
форму, требовалось бы изготовлять комплект инструмента с шести-
гранной полостью, которая благодаря возникающим высоким усилиям
штамповки очень скоро разрушается. На этом основании в данном
и аналогичных случаях сначала высаживают заготовку с цилиндри-
ческой головкой, которую на дополнительной операции обрезают под
желаемую форму (см. фиг. 287 и 288).
Правда, нет недостатка в попытках избежать такого окольного
пути и найти возможности непосредственной формовки деталей с мно-
гоугольным сечением. Так, например, имеется метод, согласно кото-
рому над высадочной матрицей монтируется составная шестигранная
матрица. В последней осуществляется осадка стержня пуансоном
по диаметру, равному приблизительно размеру под ключ, а затем фор-
муется шестигранник. Этот метод в таком виде не получил сколько-
нибудь заметного применения, однако его применили в качестве пред-
варительной операции при штамповке шестигранных гаек. Но этот
оправдавший себя метод штамповки дает возможность формовки ше-
стигранника в основном за счет того, что при наметке отверстия мате-
риал выдавливается к периферии и используется для четкого запол-
нения полости. Этот метод нельзя причислить к высадке сплошных
тел. В сплошных изделиях можно многоугольные сечения полу-
чить лишь в форме подголовков, которые меньше по площади, чем
основное сечение штампуемой головки. Лишь в случае применения вы-
давливания при соответственно профилированном исходном материале
можно изготовлять детали с многоугольным сечением с чистой поверх-
ностью и четким заполнением кромок.
При проектировании деталей, которые должны изготовляться хо-
лодной высадкой, следует учесть еще ряд отправных положений. Так,
представляет большие трудности формовка острых и прямоугольных
кромок в местах перехода; их почти невозможно выполнить на тех
местах, которые образуются за счет течения металла. Поэтому следует
примириться с известным скруглением кромок, которое необходимо
выбирать по возможности больше.
Диаметр высаживаемой головки или заплечика должен быть по
возможности меньше, чтобы не допускать слишком высоких нагрузок
при деформировании. Как правило, достаточен диаметр опорной пло-
скости головки, соответствующий 1,5 диаметра стержня. Диаметр
головки, равный удвоенному диаметру стержня, также не представ-
ляет особых трудностей при деформировании, но значений 2,2 надо
избегать.
На основе опыта достаточна высота головки, равная 0,6 диаметра
стержня. Меньшие высоты головок неблагоприятны в том отношении,
что при этом может сильно возрасти усилие деформирования и на-
грузки на инструмент (см. фиг. 130). Но высокие головки вызывают
трудности при обработке только тогда, когда при этом увеличивается
отношение длины к диаметру высаживаемой части.
Учитывая, что при проектировании деталей, обрабатываемых плас-
тическим деформированием, могут возникнуть вопросы технологи-
ческого, производственно-технического характера, вопросы по выбору
414
ПРИМЕНЕНИЕ ВЫСАДКИ И ОБЪЕМНОЙ ШТАМПОВКИ
материала, целесообразна совместная тесная работа между конструк-
тором и технологом. Это относится не только к случаям нового проекти-
рования штампуемых деталей, но также к случаям перехода на другой
метод изготовления. Часто необходимо очень мелкое, с точки зрения
применения готовой детали, незначительное изменение, чтобы деталь
довести до благоприятной формы, соответствующей специфическим
возможностям производства. Это иллюстрируется примером на фиг.
457. Первоначально принятую конструкцию с большой головкой и за-
плечиком следует рассматривать для исходного диаметра 12,7 мм (под
накатку резьбы) как чрезмерно большую.
Фиг. 457. Варианты конструкции винта:
а — неблагоприятная форма из-за слишком большого диаметра головки и заплечика; Ъ —
более благоприятная форма с уменьшенными диаметрами головки и заплечика; с —благопри-
ятная форма, как и bt но диаметр заплечика увеличивается благодаря накатке; d— больший
диаметр головки и заплечика при большем размере стержня и резьбы.
Выбранная вместо этого меньшая головка и заплечик, увеличенный
в данном случае за счет накатки, могут легко высаживаться. Головка,
по размеру соответствующая ранее выбранной, может быть высажена
при большем размере резьбы.
Д. ПРИМЕРЫ ПРИМЕНЕНИЯ
Высадка внедрялась сначала при массовом и серийном изготовлении
стержневых деталей, у которых наряду с цилиндрическим стержнем
имеется головка, заплечик, поясок, конус или другое утолщение.
В этих случаях такой метод служит в основном для образования наруж-
ных форм. Однако наряду с обработкой внешних поверхностей могут
изготовляться осевые углубления. Горячая штамповка, кроме этого,
находит применение и для изготовления полых деталей.
Некоторые характерные примеры высаженных и прессованных де-
талей уже упоминались при описании различных технологических
процессов и оборудования. Правда, возможно только частичное разгра-
ничение области применения, так как в некоторых случаях получается
перекрытие — многие детали можно изготовлять при различных
технологических процессах и на оборудовании различного типа.
Наблюдаемое в последние годы дальнейшее развитие штамповоч-
ной техники характерно достижением весьма высоких требований
ПРИМЕРЫ ПРИМЕНЕНИЯ
415
в отношении точности, качества поверхности и прочностных свойств.
Благодаря переходу к изготовлению усложненных и необычных форм
деталей расширяются старые области и появляются новые сферы
применения. Ниже приведенные примеры помогут выяснить в каком
объеме и с какой универсальностью сегодня могут применяться методы
высадки и объемной штамповки. Кроме того, здесь дается набор,
правда не претендующий на полноту, некоторых принципов разделения
на необходимые рабочие операции. Отсюда можно также узнать предпо-
ложения о возможностях развития, которые следует ожидать в будущем.
1. ГОРЯЧЕЕ ДЕФОРМИРОВАНИЕ
На фиг. 458 показана ступица колеса с ребрами. Благодаря особой
форме ребер ступица сначала в черновом ручье штампуется в гори-
зонтальном положении так, чтобы ребра были несколько тоньше
Фиг. 458. Ступи-
ца колеса с ребра-
ми.
Фиг. 459. Переходная
форма ступицы;
I' > I; > I,; г, >1,;
d, > d; s, > s.
Фиг. 460. Черно-
вой штамп для
штамповки ступицы
под молотом.
и выше окончательных размеров (фиг. 459), причем поковка много-
кратно кантуется (фиг. 460). Окончательную штамповку можно затем
производить либо под молотом, либо на фрикционном прессе. В пер-
вом случае длинная часть с ребрами размешается в верхней половине
штампа, а во втором случае — в перевернутом положении (фиг. 461
и 462).
Некоторые другие примеры работ на фрикционном винтовом прессе
даны па фиг. 463 (атакже см. фиг. 162 и 163). Изображенный нафиг. 464
короткий валик первоначально также штамповался сплошной поковкой
на фрикционном прессе. В последнее время его изготовляют уже
в форме полой втулки в несколько переходов на горизонтально-ко-
вочной машине, причем получается экономия материала порядка
45%. В этом случае на прутке сначала высаживается фланец, и при
этом намечается отверстие, затем отверстие углубляется, и наружный
диаметр раздается до окончательного размера; в заключение проби-
вается отверстие в детали. Аналогичным образом изготовляется полая
деталь, показанная на фиг. 465. Против штамповки под молотом, при
416
ПРИМЕНЕНИЕ ВЫСАДКИ И ОБЪЕМНОЙ ШТАМПОВКИ
которой уже после выпуска небольшого числа деталей размер внутрен-
ней полости становится неточным, метод штамповки на горизонталь-
но-ковочной машине дает возможность значительно повысить стой-
Фиг. 461. Чистовой
штамп для штамповки
ступицы под молотом.
Фиг. 462. Чистовой
штамп для штамповки
ступицы под прессом:
а — фланец с заусенцем; Ь —
выталкиватель.
кость штампов и достигнуть повышения производительности до 50%.
Другая высаживаемая деталь, которую можно изготовлять в несколько
переходов на горизонтально-ковочной машине, изображена на
фиг. 466. В первых двух переходах штампуется одна сторона детали,
Фиг. 463. Примеры штамповки на фрикционном прессе.
а после поворота детали обрабатывается окончательно Другая по-
ловина.
На фиг. 467 показано расположение инструмента и процесс дефор-
мирования глухой втулки. Однако на горизонтально-ковочной машине
можно изготовлять не только гладкие равномерные по сечению детали,
но также детали, имеющие на торце или на внешней поверхности вы-
ступы. В виде примера на фиг. 468 изображен процесс изготовления
рулевого кольца, штампуемого в три последовательных перехода.
Технологический процесс и расположение инструмента при изготов-
лении ступицы велосипеда в три перехода видны на фиг. 469. Приме-
ПРИМЕРЫ ПРИМЕНЕНИЯ
417
чателен и процесс деформирования при изготовлении на горизонталь-
но-ковочной машине вилки (фиг. 470).
Из этих примеров следует вывод о важности правильного выбора
формы предварительного ручья. Рационально расчленить процесс
деформирования на горизонтально-ковочной машине весьма трудно,
особенно, если необходимы более чем три перехода.
Фиг. 464. Изготовление полой втулки различными методами:
1 — высадка фланца на фрикционном прессе (отверстие должно обрабатываться после реза-
нием); 2 — штамповка на горизонтально-ковочной машине в три перехода; а — исходный ма-
териал; b — d — штамповка по переходам.
На фиг. 471 и 472 показано изготовление болта с глухим отверстием
и болта с внутренним шестигранником. Но с соответствующим инстру-
ментом могут изготовляться и другие детали, которые уже нельзя
рассматривать как специфичные для высадки (фиг. 473). Обзор других
деталей, характеризующих универсальность горизонтально-ковочных
машин, приведен на фиг. 474 и 475.
2. ХОЛОДНОЕ ДЕФОРМИРОВАНИЕ
На фиг. 476 изображена отштампованная в холодном состоянии
головка шарнира, которая может быть отпрессована в одну операцию
с требуемой точностью по всем плоскостям. Требовавшиеся раньше
при горячей штамповке фрезеровка и шлифовка теперь не нужны,
так как получается достаточно гладкая поверхность детали. Кроме
того, при холодном деформировании возникает упрочнение материала,
так что улучшение детали становится излишним. Благодаря этому
должна достигаться экономия времени 92% против изготовления
горячей штамповкой с дополнительной обработкой резанием.
На фиг. 477 показаны некоторые выбранные наугад специальные
типы винтов и болтов с крупными головками, трудными с точки зрения
деформирования, а в то же время их можно безукоризненно высажш
вать вхолодную; квадратные подголовки при этом штампуются весьма
чисто и точно. Изображенные на фиг. 478 асимметричные или эксцен-
тричные головки, по американским данным, также можно изготов-
лять на современных прессах для холодной объемной штамповки.
На фиг. 479 показаны некоторые варианты выполнения винтов с кресто-
27 1129
418 ПРИМЕНЕНИЕ ВЫСАДКИ И ОБЪЕМНОЙ ШТАМПОВКИ
образным шлицем, которые в последнее время все более широко внед-
ряются и у которых углубление в головке выштамповывается в холод-
ном состоянии.
На фиг. 480 даны пооперационные эскизы процесса изготовления
холодной высадкой специального болта с головкой и пояском. Подоб-
ные детали нельзя штамповать в один переход. Они должны после
высадки головки поворачиваться и еще раз высаживаться с оформ-
лением пояска. Этот переход осуществляется на полуавтоматическом
Фиг. 465. Изготовление
головки в три перехода
на горизонтально-ковоч-
ной машине.
Фиг. 466. Изготовление
поковки из прутка (а) в че-
тыре перехода (Ь — ё) на
горизонтально-ковочной ма-
шине.
прессе, на котором одновременно производится и редуцирование
стержня для последующей накатки резьбы.
Наконец, на фиг. 481 показаны некоторые детали, изготовляемые
на многопозиционных пресс-автоматах. Отсюда ясна универсальность
этих машин. Примечателен здесь в первую очередь стержень регу-
лятора, который имеет ряд ступенек размером не менее семи диа-
метров.
3. ВЫСАДКА И РЕДУЦИРОВАНИЕ
Интересный метод обработки применяется при изготовлении оси
велосипеда. Благодаря трехкратному редуцированию получается
готовая деталь с четырьмя различными диаметрами (фиг. 482). При
данном процессе изготовления не применяется высадка, а при новей-
ших методах изготовление таких деталей осуществляется путем пред-
варительной и окончательной высадки с последующим трехкратным
редуцированием (фиг. 483). Так как осаживаемая длина велика, ис-
пользуется подпружиненный предварительный пуансон (фиг. 484).
ПРИМЕРЫ ПРИМЕНЕНИЯ
419
Фиг. 468. Рулевое кольцо.
Попереходная штамповка при изготовлении
машине.
Фиг. 470. Вилка.
Деталей на горизонтально-ковочной
27*
420
ПРИМЕНЕНИЕ ВЫСАДКИ И ОБЪЕМНОЙ ШТАМПОВКИ
Фиг. 471, 472, 473. Попереходные формы штамповки
и инструмент для изготовления специальных болтов
иа горизонтально-ковочной машине.
ПРИМЕРЫ ПРИМЕНЕНИЯ
421
горизонтально-ковочной машине.
Фиг. 474 и 475. Примеры штамповки на
Фиг. 476. Изготовление
головки шарнира холодной
штамповкой.
Слева — заготовка; справа —
готовая деталь.
Фиг. 477. Болты со сложными формами головок, высаженных
в холодном состоянии.
422
ПРИМЕНЕНИЕ ВЫСАДКИ И ОБЪЕМНОЙ ШТАМПОВКИ
Фиг. 478. Болты о несимметричны-
ми головками, высаженными в холод-
ном состоянии.
Фиг. 479. Винты с кресто-
образным шлицем, штампуе-
мым в холодном состоянии.
Фиг. 480. Изготовление холодной вы-
садкой специального болта:
а — исходный материал; b — ваготовка с оса-
женной головкой; с — ваготовка с осаженным
пояском и редуцированной частью стержня;
d — деталь с калиброванной фаской; е — гото-
вая деталь с накатанной резьбой.
Фиг. 481. Детали, изготовленные на многопознционном автомате:
J — стержень регулятора.
ПРИМЕРЫ ПРИМЕНЕНИЯ
423
Фиг. 483. Изготовление оси пе-
дали высадкой головки и реду-
цированием стержня:
1 — заготовка; 2 — предварительно
высаженная заготовка; 3 — оконча-
тельно высаженная заготовка; 4 —
деталь после трехкратного редуци-
рования стержня (резьба затем на-
катывается).
Фиг. 482. Изготовление оси педа-
ли трехкратным редуцированием (/,
2, 3, 4 — порядок выполнения опера-
ций).
Фиг. 484. Предварительная и окончательная высадка оси
педали:
а — матрица; Ъ — подпружиненный пуансон для предварительной вы-
садки; с — высаживающий штифт; d - высадочный пуансон; (1, 2.
8 — порядок выполнения операции).
424
ПРИМЕНЕНИЕ ВЫСАДКИ И ОБЪЕМНОЙ ШТАМПОВКИ
4. КОМБИНИРОВАНИЕ ХОЛОДНОЙ ВЫСАДКИ С ГОРЯЧЕЙ
ШТАМПОВКОЙ
Иногда имеет смысл сначала высадить вхолодную заготовки,
а затем окончательную штамповку или высадку проводить в горячем
состоянии. Для примера на фиг. 485 показано изготовление зубча-
Фиг. 485. Пример рационального изготовления детали
комбинированием холодной и горячей штамповки.
того сегмента, который четыре раза высаживается вхолодную и в за-
ключение обрабатывается вгорячую.
Аналогичным образом можно изготовлять шатуны. В некоторой
мере при этом снижается расход материала, как это наглядно видно
Фиг. 486. Изготовление специальной гайки различными методами:
а — обточка из прутка; b — холодная высадка и обточка; с — хо-
лодная высадка и горячая штамповка.
на фиг. 486, где изображен процесс изготовления специальной гайки
по трем технологическим вариантам. Против прежнего метода изго-
товления резанием на автоматах из прутка переход на изготовление
холодной высадкой в комбинации с заключительной обработкой реза-
нием принес экономию материала в 33%. Более экономичный процесс
получается при комбинации холодной высадки с горячей штамповкой.
При этом расход материала сокращается на 66%, и одновременно
получается большая экономия по трудоемкости. После холодной вы-
садки в нагретой детали па горизонтально-ковочной машине деиается
ПРИМЕРЫ ПРИМЕНЕНИЯ
425
отверстие, и одновременно обрабатывается под окончательный размер
внешняя форма, включая квадрат. Наружная резьба накатывается
роликами, так что обработка резанием ограничивается только изго-
товлением внутренней резьбы.
5. ХОЛОДНАЯ КАЛИБРОВКА ДЕТАЛЕЙ ПОСЛЕ ГОРЯЧЕЙ ШТАМПОВКИ
Сравнительно большие отклонения размеров, с которыми прихо-
дится мириться при горячей штамповке, могут быть весьма сильно
ограничены, если применить калибровку деталей при обычной темпе-
ратуре. Благодаря этому получается лучшее качество поверхности
и большая точность деталей. С помощью такого метода обработки,
для которого, как правило, применяют чеканочные прессы, можно
достигнуть общего допуска в направлении обжатия порядка 0,2 мм.
6. КОМБИНИРОВАНИЕ ШТАМПОВКИ С ОБРАБОТКОЙ РЕЗАНИЕМ
Известно, что многие детали, отштампованные вгорячую, получают
окончательную форму лишь при обработке резанием. В последнее
время такое комбинирование все в большей степени применяется
для деталей, высаживаемых вхолодную. Детали сначала снабжают
головкой или пояском, а в заключение обрабатывают начисто точением.
Фиг. 487 и 488. Болты и винты различной формы, которые можно изготовлять
комбинированием холодной и горячей штамповки с обработкой резанием.
шлифовкой или фрезеровкой. Такая последовательность обоих методов
оказывается очень экономичной, особенно для деталей, которые иначе
не могут быть обработаны пластическим деформированием.
На фиг. 487 и 488 показан набор деталей массового характера,
которые раньше чаще всего обрабатывались резанием. Для этих дета-
лей оказался весьма оправданным переход на изготовление штамповкой
с заключительной обработкой резанием. На фиг. 489 изображена вы-
саженная деталь, в которой дополнительно сверлится отверстие и iifi-
426
ПРИМЕНЕНИЕ ВЫСАДКИ И ОБЪЕМНОЙ ШТАМПОВКИ
резается резьба. У детали, представленной на фиг. 490, имеются ка-
навки на головке и под головкой, которые при высадке выполнить
нельзя, и они точатся после высадки. Такой метод изготовления на
30% дешевле, чем точение детали из прутка.
Ь) с)
Фиг. 489. Изготовление
детали холодной высад-
кой, редуцированием и
резанием:
а—исходный материал:- b —
заготовка после высадки и
двухкратного редуцирова-
ния; с — готовая деталь с
фаской, отверстием и наре-
занной резьбой.
Фиг. 490. Изготовление
детали холодной высад-
кой и резанием;
а — исходный материал; 6 —
заготовка после холодной вы-
садки; с — деталь после об-
точки.
Примечателен процесс изготовления болта с шаровидной головкой,
который, как правило, изготовляется резанием на автоматах (фиг. 491).
При штамповке, сопровождающейся 40%-ным снижением стоимости
Фиг. 491. Изготовление бол-
та со сферической головкой,
высадкой и резанием:
а — исходный материал; b — за-
готовка после высадки и реду-
цирования; с — деталь после
обточки заплечика и головки?
d готовая деталь с обточен-
ной цапфой и сферической го-
ловкой.
Фиг. 492. Изготовление болта
с шаровой цапфой путем холодной
высадки и резания:
а — исходная заготовка; b — высажен-
ная заготовка-; с —заготовка с реду-
цированной цапфой; d —легалъ пос-
ле обточки сферы, подрезки торцов
и снятия фасок; е — готовая деталь
с накатанной резьбой.
шаровая головка высаживается, а размер стержня получается реду-
цированием, так как диаметр исходного материала несколько больше.
При этом остается небольшое заплечико, удаляемое затем при токар-
ной обработке шаровой головки.
Болт с шаровой цапфой высаживается из материала, диаметр
которого соответствует диаметру под накатку резьбы. При этом цапфа
ПРИМЕРЫ ПРИМЕНЕНИЯ
427
на другой стороне первоначально имеет диаметр исходного материа-
ла, но потом в специальном переходе редуцируется до окончательного
размера (фиг. 492). Затем сферическая поверхность и торцы цапф об-
тачиваются, и накатывается резьба.
Трудоемкость при изготовлении высадкой и резанием рым-болта,
показанного на фиг. 493, составляет всего половину трудоемкости,
требующейся при изготовлении на металлорежущих автоматах. Го-
ловка сначала высаживается вхолодную в форме сферы; затем осу-
ществляется дополнительная обработка: фрезеровка плоскостей, свер-
ление отверстия, чистовая обточка головки с одновременной обработ-
кой галтелей под головкой.
Также и детали ти-
па, изображенного на
фиг. 494, могут изготов-
ляться холодной высад-
кой. Плоскости под ключ
фрезеруются или обреза-
ются в штампе. Оттянутый
конец такой детали или
обтачивается, или обжи-
мается вхолодную на ра-
диально-ковочной машине.
Так как при этом длина
стержня увеличивается,
следует это учитывать при
выборе размеров высажи-
ваемой заготовки.
Фиг. 493. Изготовление рым-болта холодной
высадкой и резанием:
а — исходная заготовка; b — заготовка с высаженной
шаровой головкой; с — фрезеровка боковых граней;
d — деталь после токарной обработки; е — готовая де-
таль с накатанной резьбой.
7. ВЫДАВЛИВАНИЕ И ВЫСАДКА
Изображенный на фиг. 495 фасонный палец представляет характер-
ный пример применения при изготовлении комбинации высадки с вы-
давливанием. Изготовление такой детали невозможно ни с помощью
обычных методов высадки, ни с помощью простого выдавливания.
В первом переходе этот
болт выдавливается в виде
ступенчатой заготовки, у ко-
торой меньший диаметр име-
ет размер стержня пальца.
Выдавливание производится
на одноударном высадочном
автомате обычной конструк-
Фиг. 494. Пример детали, высаженной вхо-
лодную (из американской практики), d—диа-
метры исходного материала.
ции. Во втором переходе редуцируется верхняя часть заготовки,
одновременно высаживаются оба пояска и формуются до окон-
чательного размера. Для успеха в осуществлении этого метода
важно, чтобы диаметр исходного материала, т. е. диаметр верх-
ней части заготовки, выбирался из условия равенства сил, необходи-
428
ПРИМЕНЕНИЕ ВЫСАДКИ И ОБЪЕМНОЙ ШТАМПОВКИ
Фиг. 495. Изготовление фасон-
ного пальца путем выдавлига-
ния и редуцирования стержня
и высадки головки.
I 1
Фиг. 496. Конструкция инструмента для изготовления фасонного
пальца выдавливанием, высадкой и редуцированием:
1 — штамп для выдавливания (первая операция); 2 — формовочный штамп
(вторая операция); — матрица для выдавливания (со вставкой); аа —
формовочная матрица; b — формовочный пуансон; с — опорная плита; <1—
стержень выталкивателя; е — упорный штифт.
Фиг. 497. Изготовление ступенчатой детали путем предва-
рительной осадки, выдавливания и пробивки отверстия.
ПРИМЕРЫ ПРИМЕНЕНИЯ 429
мых для редуцирования и высадки поясков при втором переходе
(силы в конце процесса деформирования). Необходимые для такой
обработки штампы схематически показаны на фиг. 496. Пример при-
менения высадки и выдавливания для изготовления ступенчатых
полых деталей дан на фиг. 497. При этом для получения чистой и безот-
ходной отрезки заготовки берут диаметр исходного материала значи-
тельно меньше диаметра готовой детали. После предварительной осадки
и наметки отверстия целесообразно включить предварительный от-
жиг, а затем производить выдавливание в размер и пробивку донышка.
Аналогичные детали с той же точностью можно обрабатывать и реза-
нием, но потребуется значительно больший расход материала.
VII. БРАК ПРИ ВЫСАДКЕ И ШТАМПОВКЕ
А. ВИДЫ БРАКА И ЕГО ПРИЧИНЫ
В некоторых случаях брак легко определить без принятия каких-
либо особых мер, а в других случаях брак можно установить только
благодаря специальному контролю; иногда он обнаруживается уже
в готовом изделии при работе. Наиболее распространенным видом
брака является образование трещин на обработанных деталях. Трещины
бывают продольные, скалывающие, внутренние или поперечные.
Причины появления трещин при деформировании могут быть са-
мого разнообразного характера. Они вызываются отчасти неблаго-
приятными свойствами материала, но часто и неправильным прове-
дением процесса высадки, местной перегрузкой, непригодным или
изношенным инструментом и оборудованием, а также, при горячей
штамповке, неблагоприятной температурой или неравномерным на-
гревом.
1. ПРОДОЛЬНЫЕ ТРЕЩИНЫ
Возникновение продольных трещин вызывается, как правило,
плохим состоянием поверхности обрабатываемого материала. Ранее
отмеченные дефекты поверхности материала при прокатке и волоче-
нии приводят при пластическом формообразовании к разрывам, иду-
щим параллельно направлению осадки. На детали эти дефекты уже
иллюстрировались в другом месте. На фиг. 498 показана высаженная
деталь, забракованная из-за дефектов поверхности материала. В ка-
кой степени при этом детали лопаются, зависит, во-первых, от раз-
мера повреждения материала и, во-вторых, от интенсивности нагрузки
при высадке. Чем больше максимальная деформация, тем более сильно
будет заметен определенный дефект материала.
Образование зоны ликвации может привести к возникновению
трещин, особенно при штамповке гаек и других аналогичных деталей.
При неравномерной ликвации или при малом поверхностном слое,
затронутом ликвацией, появляются бракованные детали с образова-
нием трещин на торцах (фиг. 499), которые, начинаясь от места
ликвации, тянутся до наружного контура.
Но образование трещин не всегда обусловливается дефектами по-
верхности материала. Так, например, при изготовлении гаек трещина
может возникнуть на первой операции из-за затупления отрезного
ВИДЫ БРАКА И ЕГО ПРИЧИНЫ
431
инструмента. Эта трещина остается и на поверхности готовой гайки
(фиг. 500).
Вообще появления продольных трещин при холодной высадке
можно опасаться меньше, чем при горячей штамповке. В последнем
Фиг. 498. Заготовка бол-
та с наличием продоль-
ной трещины.
Фиг. 499. Штампованная гайка
с трещинами, появившимися
из-за непригодности исходного
материала.
случае эти трещины возникают и из-за неблагоприятной температуры
обработки, например, при стишком низкой температуре или нерав-
номерном нагреве.
2. СКАЛЫВАЮЩИЕ ТРЕЩИНЫ
Скалывающие трещины легко заметны, как правило, без каких-
либо особых мер контроля. Так как при высадке наибольшие сдвига-
ющие напряжения действуют в плоскостях, наклоненных под углом 45е
к направлению усилия, то по этим плоскостям и происходят сдвиги.
Такое явление часто возникает при холодной высадке высокоуглеро-
дистых сталей. То же может произойти и с низкоуглеродистыми
сталями, если способность к деформируемости материала недостаточна.
Фиг. 500. Образование трещины при холодной штамповке
гайки из-за затупления отрезного инструмента.
На фиг. 501 показан пример заготовки болта со скалывающими тре-
щинами. Их образование говорит о том, что превзойдена допустимая
степень деформации данного материала, имеющего недостаточную
пластичность.
При малой пластичности и высоких степенях деформации наряду
со скалывающими трещинами могут возникнуть разрывы головки
432
БРАК ПРИ ВЫСАДКЕ И ШТАМПОВКЕ
(фиг. 502). Размеры повреждений, вызываемые скалывающими тре-
щинами, видны на фиг. 503. Как правило, глубина скалывающих
трещин составляет несколько миллиметров, но зависимость между
Фиг. 501. Скалы-
вающие трещины на
головке заготовки.
Фиг. 502 и 503. Скалывающие трещины
и разрывы головки при холодной высад-
ке материала с недостаточной деформиру-
емостью.
характером поверхностного дефекта и их глубиной выяснена недо-
статочно. Многие производственные наблюдения указывают на то,
что к появлению скалывающих трещин предрас-
полагает наличие поверхностных дефектов и обус-
ловленных этими дефектами продольных трещин.
Скалывающие трещины преимущественно возни-
кают именно в этих местах. Характерный иллюс-
трирующий пример приведен на фиг. 504.
3. ВНУТРЕННИЕ ТРЕЩИНЫ
Гораздо опаснее распознаваемых простым
осмотром наружных трещин внутренние трещи-
ны, наличие которых таким путем установить
нельзя. Этот дефект часто обнаруживается только
при эксплуатации деталей и может привести к
серьезным затруднениям.
Поперечные внутренние трещины могут по-
явиться в головке (фиг. 505) в зоне наибольших
деформаций, если в этом месте превзойдена до-
пустимая данным материалом деформируемость.
Этот дефект не всегда обнаруживается при на-
грузке детали, если процесс высадки осуществля-
и трещина не вышла на поверхность, а
Фиг. 504.Одновре-
менное возникно-
вение продольных
и скалывающих
трещин при обра-
ботке материала,
имеющего дефекты.
ется правильно
осталась в середине головки. Если же при неправильном про-
ведении процесса трещина опускается в наиболее нагруженное
ВИЛЫ БРАКА И ЕГО ПРИЧИНЫ
433
место перехода от головки к стержню (фиг. 506), то это приводит
к отрыву головки от стержня при ударных нагрузках. Может про-
изойти отрыв головки и при затяжке болта, при этом место отрыва
Фиг. 506. Изогнутое рас-
положение волокон при
неправильной форме пре-
дварительного высадоч-
ного пуансона.
Фиг. 505. Расположение
волокон при правильной
форме предварительного
высадочного пуансона.
Положение внутренней трещины в головке высаженной
заготовки в зависимости от проведения процесса i ысадки.
имеет характерный серебристо-серый оттенок. Таким образом, прове-
дение процесса высадки влияет только на форму проявления внут-
ренних трещин.
Фиг. 507. Высаженная заготов-
ка с несимметричной зоной ли-
квации и внутренней трещиной
(шлиф, протравленный х 1,5).
Фиг. 508. Разрывы стержня
при накатке резьбы (из-за ма-
териала с волосовиной).
Независимо от характера процесса высадки внутренние трещины
могут возникнуть при старении материала в местах наибольших мест-
ных деформаций. Помимо малой деформируемости и недостаточной
устойчивости против старения односторонняя несимметрично распо-
28 1129
434
БРАК ПРИ ВЫСАДКЕ И ШТАМПОВКЕ
латающаяся зона ликвации благоприятствует появлению трещин
(фиг. 507).
Внутренние дефекты материала, залегающие вдоль оси, в извест-
ном смысле также могут быть причиной возникновения трещин. Влия-
ние этих дефектов на процесс высадки незначительно, но, например,
они могут вызвать разрушение стержня при накатке резьбы (фиг. 508).
Если наличие волосовины в материале не приводит к разрушению,
то возникает брак ио так называемой «пученой» резьбе, которая не
соответствует заданным размерам, хотя и не имеет внешних дефектов.
4. ПОПЕРЕЧНЫЕ ТРЕЩИНЫ
В противоположность внутренним трещинам поперечные трещины
характерны залеганием на поверхности детали перпендикулярно
ее оси. Появление их обусловливается разными причинами.
При горячей штамповке поперечное растрескивание, особенно
заметное на кромках, возникает при превышении допустимых темпе-
Фиг. 509 Структура и расположение
волокон высаженной заготовки с об-
разованием складок в месте перехода
от головки к стержню (продольный
шлиф, протравлен. X 25).
Фиг. 510. Шестигранная
заготовка болта с попе-
речной трещиной.
ратур обработки. Другая причина — неправильное деформирование
заготовки. Например, слишком высокое отношение длины к диаметру
и вызываемое этим складкообразование приводит к возникновению
такого дефекта, хотя при горячей штамповке трещины очень редко
обнаруживаются простым глазом и могут быть распознаны лишь при
соответствующей обработке поверхности, например, травлением.
Этот вид дефекта, имеет большое распространение при холодном
формообразовании, поскольку разрывы материала здесь не завари-
ваются, как при горячей штамповке.
При осмотре поверхности часто можно видеть складкообразование,
вызванное неправильным проведением процесса высадки (см. фиг. 92).
Однако иногда на поверхности оно незаметно. Па фиг. 509 показано
ВИДЫ БРАКА И ЕГО ПРИЧИНЫ
435
расположение волокон в головке высаженного болта, которое вслед-
ствие неправильно выбранной формы предварительной высадки (см.
фиг. 105, 2) характеризуется наличием резких складок в месте пе-
рехода от стержня к головке. Дефект, подобный этому, можно устано-
вить невооруженным глазом, рассматривая макрошлиф, или при микро-
Фиг. 511 и 512. Высаженные в холодном состоянии заготовки с
сильно изогнутым расположением волокон и поперечными трещи-
нами (продольный шлиф, протравлен. X 2).
скопическом контроле, в частности у мелких деталей. Такое сильное
складкообразование может привести к отрыву головки, особенно после
заключительного улучшения детали. Следствия этого дефекта примерно
аналогичны вызываемым внутренними трещинами.
Поперечные трещины могут возникнуть на поверхности и при
обрезке заусенца или при огранке головки до требуемой формы, на-
пример, под шестигранник. При этом
наиболее деформированная зона голов-
ки нагружается еще сильнее; поэтому
может возникнуть отрыв параллельно
нижней плоскости (фиг. 510). Этот
дефект занимает особое положение, ибо
трещина образуется не при самом про-
цессе высадки.
Появление трещин наблюдается час- ,
то в случаях применения материала с
недостаточной деформируемостью. Ma- ।
териалы, склонные к образованию ска- ।
лывающих трещин, при обрезке весьма
чувствительны к ним. Аналогичные не-
поладки могут быть вызваны при высадке
витой зоной ликвации, волосовинами, шлаковыми или другими неме-
Фиг. 513. Высаженная заго-
товка болта с сильно изог-
нутым расположением воло-
кон, но без внешних дефек-
тов (продольный шлиф про-
травлен. X 2).
; и обрезке заготовок с раз-
таллическими включениями и т. п.
Однако опыт показывает, что возникновение поперечных трещин
обусловливается не только свойствами материала, но и причинами
производственно-технического характера. Так, например, вызванное
неправильным ведением процесса высадки, резко изогнутое располо-
жение волокон ведет к образованию трещин (фиг. 511). При этом ход
28* *129
436
БРАК ПРИ ВЫСАДКЕ И ШТАМПОВКЕ
трещины почти соответствует ходу волокон. Однако это встречается
не во всех случаях, иногда может появиться трещина независимо
от расположения волокон (фиг. 512). Часто детали с резко изогнутым
расположением волокон могут обрезаться совершенно безупречно
(фиг. 513). К разрывам в головке приводит и неправильная наладка
обрезного инструмента или затупление инструмента. Разрывы полу-
чаются всегда при действии на головку дополнительных сил, вызываю-
щих односторонний изгиб. Имеет значение и характер нагрузки при
обрезке. Замечено, что часто поперечных трещин не возникает, если
перевести обрезку граней с быстроходного обрезного автомата на руч-
ное выполнение.
Б. ВОЗМОЖНОСТИ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ БРАКА
Возникновение брака при высадке зависит от нескольких факто-
ров, а именно: от свойств материала, величины и характера нагрузок
при деформировании, а также от принципа действия и состояния при-
меняемого оборудования и инструмента. Первая возможность предот-
вращения брака состоит в том, чтобы устранить все неблагоприятные
свойства материала, приводящие к браку. Однако это по понятным
соображениям возможно лишь в ограниченном объеме. Так, например,
дефекты поверхности или неподходящий химический состав —недо-
статки, которые нельзя устранить. Зато можно во многих случаях
за счет дополнительной обработки улучшать другие показатели,
например, структуру или механические свойства. Если имеется сталь,
склонная к образованию скалывающих трещин, то ей достаточно (при
высоком содержании углерода) дать отжиг при 700° с последующим
медленным охлаждением и затем сталь можно вполне успешно обраба-
тывать. При мягких сталях необходимо отжигать при 600° материал
или предварительно высаженные (черновые) заготовки. Достаточно
надежным средством против образования поперечных трещин являет-
ся отжиг заготовок перед обрезкой. При этом, как правило, резко
снижается процент брака. Температура отжига составляет 550—600°;
достаточна продолжительность порядка 30 мин.
Если такие мероприятия оказались безуспешными, то следует
выбрать материал, по своим свойствам соответствующий нагрузкам,
характерным для данного процесса деформирования. Этот выбор
рекомендуется производить на основе установления определенных
механических, металлографических и технологических свойств.
В. ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ контроль
Наличие различных дефектов отражается не только непосредствен-
но на готовых деталях, но имеет косвенное влияние и на бесперебойный
ход производственного процесса. Они часто приводят к повышенному
износу инструмента, поломке оборудования или другим явлениям,
мешающим ходу производства. Поэтому текущему контролю качества
необходимо уделять большое внимание.
производственный контроль
437
1. ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ КОНТРОЛЯ
Цель отдельных контрольных мероприятий различна: прежде
всего обеспечить определение непригодных деталей и их изъятие,
чтобы предотвратить их дальнейшую обработку или отправку. Часто
при этом дешевле и выгоднее бракованные детали выбросить в лом,
чем после длительной кропотливой и дорогой выборки обрабатывать
на других операциях. Это соображение следует принимать во вни-
мание в тех случаях, когда брак замечен на начальных опе-
рациях.
Однако в противоположность пассивному контролю целью актив-
ного контроля является по возможности предотвращение брака.
Правда, наличие активного контроля зависит в большой степени от
организации производственного процесса в целом.
Только при правильном применении различных вспомогательных
средств и рациональном расчленении процесса изготовления можно-
обеспечить получение требуемого качества деталей со сравнитель-
но малой затратой труда и средств.
Опыт показал, что текущий контроль оказывает неоценимое воспи-
тательное влияние на персонал. Уже сам факт наличия контроля
приводит часто к заметному успеху. Влияние контроля тем больше,
чем более надлежащим образом он поставлен, конечно без излишней
строгости. Это касается в первую очередь персонала, осуществляющего
контроль.
2. ПРОВЕДЕНИЕ ПРОИЗВОДСТВЕННОГО КОНТРОЛЯ
Различают текущий контроль и окончательный контроль в зави-
симости от времени его проведения.
, а) Контроль во время изготовления
Во всех случаях, когда важно обеспечить при массовом и серий-
ном производстве постоянство качества изделия и необходимо согла-
совать высокую производительность с возможно лучшим качеством,
нельзя отказываться от тщательного и регулярного контроля. Конт-
роль должен начинаться при этом, с одной стороны, с поступающего
материала, а с другой стороны, с изготовления инструмента. Затем
следует проверить соответствующие параметры на всех рабочих опе-
рациях.
Во всех цехах для этого имеются контролеры, подчиняющиеся
контрольному мастеру. Они имеют право при возникновении дефекта
останавливать соответствующее оборудование. Целесообразно также
иметь контрольный журнал, который может служить руководителям
основанием для проведения соответствующих мероприятий и может
быть использован при получении возможных рекламаций. Такая мера
имеет и воспитательное значение.
438
брак при высадке и штамповке
б) Окончательный контроль
При надлежащем текущем контроле производства и при проверке
материала окончательный контроль может быть весьма ограничен.
При массовом производстве неответственных деталей от него можно
вообще отказаться.
При производстве высококачественных деталей заключительный
контроль необходим. Последний относится главным образом к размер-
ному контролю, технологическим пробам, а также к установлению
свойств материала.
Методы контроля зависят от требования к детали и от условий
соглашения по поставке.
Для размерного контроля применяется не универсальный изме-
рительный инструмент, а предельные калибры.
Наряду с оптическими приборами для измерения жестких допус-
ков в последнее время нашли применение электроприборы.
Из технологических проб прежде всего рекомендуется ударная
проба головки для надежного и быстрого обнаружения опасных на-
пряжений в головке или в месте перехода. Кроме того, применяют
пробу на загиб для характеристики вязкости, а для гаек — насажи-
вание на оправку.
Для высококачественных деталей большое значение имеет контроль
наличия трещин. Если трещины, возникшие из-за дефектов поверх-
ности или при закалке, при внешнем осмотре нельзя обнаружить,
то применяют простое средство — детали протравливают и некоторое
время дают им полежать. При этом даже самые мелкие трещины можно
обнаружить, так как остатки кислоты в местах дефектов вызывают
интенсивную коррозию материала, чем и характеризуется положение
трещин.
Для обнаружения трещин применяют и различные методы, не ба-
зирующиеся на разрушении. Например, магнитный метод основан
на том, что деталь намагничивается импульсом тока, а затем погру-
жается в железный порошок или суспензию порошка в керосине.
Порошок остается на кромках трещины.
В последнее время появился метод обнаружения трещин с по-
мощью внедряющейся краски; он скор и надежен. При этом красящая
жидкость тончайшей вязкости наносится на исследуемую деталь.
Краска остается в местах даже мелких поверхностных дефектов, а с
остальной части поверхности снимается. После нанесения прояви-
теля возможные дефекты выявляются в виде красных линий или ряда
непрерывно идущих красных точек. Метод применим для всех сталей
и цветных металлов.
Недавно создан прибор для обнаружения трещин, который имеет
вращающийся контрольный орган. Проверка осесимметричных дета-
лей в массовом производстве совершается в очень короткое время.
Положение и величина дефекта показываются на экране. При диа-
метре детали до 50 мм время контроля составляет 1—2 сек., при авто-
матическом контроле оно меньше секунды.
производственный контроль
439
Проверка твердости и прочности обычна только для улучшаемых
деталей. При растяжении определяются пределы прочности и теку-
чести и относительное удлинение. Твердость проверяется общеприня-
тыми методами; в последнее время появился магнитный метод контроля
твердости. Современные приборы для контроля твердости деталей в
массовом производстве снабжаются сортирующими приспособлениями.
Часто применяют и металлографическое исследование. Особенно
пригоден макроскопический контроль для наблюдения расположе-
ния волокон, а также частично и наличия трещин.. Микроскопи-
ческие исследования служат для контроля глубины обезуглерожен-
ной зоны или для повторного контроля структуры прежде всего
деталей с поверхностной закалкой или прошедших улучшение.
Химический анализ при текущем или окончательном контроле
проводится весьма редко. Анализ, как правило, осуществляется толь-
ко для высококачественных деталей, если, несмотря на тщательный
контроль материала, при изготовлении могло произойти перепуты-
вание материалов.
Вообще даже при изготовлении высококачественных деталей
вполне достаточен текущий и окончательный контроль, проводимый
с обычными производственными средствами. Объем контроля, который,
как правило, базируется на выборочном контроле, может быть в дан-
ном случае увеличен.
VIII. ВОПРОСЫ экономики
Наряду с техническим развитием методов обработки, оборудова-
ния, нагревательных устройств, инструмента и т. д. заслуживают
внимания и мероприятия организационного и коммерческого харак-
тера, которые могут способствовать совершенствованию экономики
производства. Во всех случаях необходимо точно определять стои-
мость, что даст возможность выяснять влияние различных факторов.
Если имеются достаточные данные, выявленные по единым принци-
пам, то можно говорить о рентабельности отдельных отраслей дан-
ного производства или экономичности отдельных видов изделий,
сравнивая затраты с продажной ценой. Имеются возможности срав-
нения и различных методов обработки, причем в соответствии с зако-
номерностями массового производства особое значение в этом воп-
росе имеет величина серии изготовляемых деталей.
Подробное определение стоимости и анализ ее дает возможность
наметить мероприятия, снижающие стоимость и улучшающие эконо-
мичность.
В первую очередь надо знать, на что падает основная доля за-
трат. Проведение мероприятий в этой области позволит достигнуть
наибольшего успеха..
А. КАЛЬКУЛЯЦИЯ
Калькуляция (исполнительная) служит для определения экономич-
ности производства и выявления влияния отдельных производствен-
ных мероприятий; кроме того, она делает возможным проведение
сравнительной оценки производства. Калькуляция производится также
и для того, чтобы дать заводу основание для определения приблизи-
тельной цены изделия (сметная калькуляция). В интересах постоян-
ства применяемых определений целесообразно проводить отдельные
калькуляции по единой схеме. В табл. 78 показан образец калькуля-
ционного бланка, который рекомендуется для деталей, обрабатыва-
емых штамповкой. В нем наряду с обозначением изделия предусмотрено
указание даты и времени проведения расчетов и важная для расчетов
величина серии и единицы исчисления. Вообще же калькуляция
учитывает следующие данные.
КАЛЬКУЛЯЦИЯ
441
Таблица 78
Калькуляционный бланк для штампованных деталей
№ Фирма Расчет себестоимости „ Дата
Заказчик Количество заказа Наименование Единица измере- Стандарт ния: 1000 шт. Размер Расчетное количе- Материал ство
1 Стоимость материала
а b с d Чистый вес Вес отхода Брак Норма расхода % от я % от а + b а fe+ с кг/1000 шт. кг/1000 шт. кг/1000 шт. кг/ЮОО шт. г. м./ЮОО шт.
е f g Цена Общие материальные расходы Цена материала % от е e+f г. м./т. г. м./т. г. м./т.
h Общая стоимость материала d X g X 0,001
i i k Реализация отходов Цена лома Стоимость отхода % от (fc + с) 1 кг./1000 шт. г. м./т. i X j X 0,001 г. м./ЮОО шт.
Стоимость материалов h—k г. м./ЮОО шт.
2 Производственные расходы
I m n 0 P Я r s t Доля подготовитель- ного времени Машинное время Время изготовления Расценка Производственная зар- плата Цеховые расходы Общие цеховые расхо- ды Производственные рас- ходы Расходы от брака % 1+ т п. X о X 0,0167 п X q X 0,0167 Р + г S • мин. 1000 шт. мин. 1000 шт. мин. 1000 шт. г. м./час г. м./час г. м./ЮОО шт. г. м./ЮОО шт.
г. м./ЮОО шт. г. м./ЮОО шт.
Общецеховые расходы s -|- t г. м./ЮОО шт.
3 Стоимость изготовле- ния (1)+ (2) г. м./ЮОО шт.
4 Административные, сбытовые расходы % от г г. м./ЮОО шт.
442
ВОПРОСЫ экономики
Продолжение табл. 78
5 Специальные расходы
U V Специальные расходы на изготовление Специальные расходы на представительство % от [(3) + (4)] г. м./ЮОО шт. г. м./ЮОО шт.
Специальные расходы U + V г. м./ЮОО шт.
6 П р Себестоимость и м е ч а н и е: Г. М. — герма> (3) + (4) + (5) ские марки. г. м./ЮОО шт.
1. СТОИМОСТЬ МАТЕРИАЛА
В весовую норму расхода материала входит все количество необ-
ходимого для производства материала. Норма расхода определяется
путем добавления к чистому весу веса отхода, обусловливае-
мого принятым методом изготовления. Материал на покрытие брака
учитывается отдельно.
Фиг. 514. Стоимость малоуглеродистой мартеновской сталь-
ной проволоки в зависимости от характера ее обработки
для поставки.
Данные относятся к размеру 9,7 мм по состоянию на май 1952 г.
(без расходов на доставку).
Оценка материала берется по действующим ценам, и учитывается
вся стоимость доставки материала до завода, включая фрахт и т. д.
Стоимость отдельных материалов весьма различна. Даже для одного
типа материалов в зависимости от качества получается значительное
КАЛЬКУЛЯЦИЯ
443
расхождение в стоимости. Для примера на фиг. 514 схематически
показано сопоставление цен на различные сорта стальной низкоугле-
родистой проволоки, причем изготовляемые из нее детали не обнаружи-
вают значительного различия в свойствах. Отсюда понятно, в какой
мере выбор материала может влиять на снижение стоимости. Требо-
вания к качеству материала не должны быть выше, чем это действи-
тельно нужно для бесперебойного хода производственного процесса
и.обусловленных свойств готового изделия.
Для определения расходов, падающих на складирование, внутри-
цеховой транспорт и тому подобное, делается прибавка на общие
материальные расходы; эта прибавка выражается как доля стоимости
материала и для грубых расчетов может быть принята равной 3%.
Для точного определения прибавки следует суммировать общие рас-
ходы на вспомогательные цели и отнести их к израсходованному за
это время количеству материала.
Из найденной суммы расходов на материал нужно вычесть стои-
мость отходов, и тогда получится фактическая стоимость материалов.
Определение стоимости отходов и учет ее в себестоимости необходимы
в первую очередь для деталей с большим объемом отходов. При этом,
следует исходить из действительной цены лома.
2. ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ РАСХОДЫ
Для расчета производственных расходов необходимо часовую зара-
ботную плату умножить на время изготовления (в часах), установлен-
ное на отдельные операции, и прибавить общецеховые расходы.
Для покрытия дополнительных расходов на производственный
брак принимается определенный процент от стоимости изготовления,
учитываемый особо. В среднем эта величина составляет 3%, в особых,
случаях до 8%.
а) Время изготовления
За время изготовления (штучное время) принимается все время,,
необходимое для обработки. Оно состоит из машинного времени на
1000 деталей, сложенного с непроизводительным временем, и долей
времени на наладку и подготовку. Тогда время изготовления составит
t = + tM (мин./1000 шт.).
где/„—время на подготовку и наладку в минутах; tn—машинное
время в минутах на 1000 деталей, и — обрабатываемая партия в тыс.
штук. Это же по смыслу может быть отнесено и к таким операциям,
как отжиг, улучшение, травление, очистка и т. п., но расчеты при
этом относят не на штуки, а на весовые единицы.
Машинное время в калькуляции должно учитываться, по возмож-
ности, отдельно от времени на наладку. Правильное определение
машинного времени на основе установленного числа ходов автомате»
довольно просто, если имеются опытные значения о непроизводитель-
444
ВОПРОСЫ экономики
Таблица 79
Значения непроизводительного времени различного оборудования
Тип машины Холодновыса- дочные авто- маты Пресс-автомат для холодной штамповки гаек Фрикционные прессы Горизонталь- но-ковочная машина Пресс-автомат для горячей штамповки гаек
Непроиз- водительное время в % 15—25 ~20 15—25 ~25 20—25
ном времени. Некоторые ориентировочные значения, относящиеся
к этому вопросу, приведены в табл. 79. Определение времени изготов-
ления для другого оборудования, у которого число ходов не харак-
теризует производительности, значительно труднее. К такому обо-
рудованию относятся фрикционные прессы, высадочные машины с
электронагревом, ковочные машины, гайкоштамповочные прессы без
.автоматической подачи и т. д. Установление времени суммирова-
нием по приемам предполагает прежде всего правильную оценку меры
производительности, а это условие может быть выполнено лишь
при длительном опыте. Этим и объясняется частично наблюдаемое
различие в производительности заводов на аналогичных деталях и
оборудовании.
Время на наладку и подготовку охватывает все работы, связанные
с подготовкой к изготовлению нового типа деталей. Сюда входят
работы, относящиеся к подготовке выполнения заказа (изготовление
и контроль чертежей, образцов, технологических карт и т. д.), настрой-
Таблица 80
Время на наладку холодновысадочных пресс-автоматов
Тип машины Размер ма- шины (диа- метр про- волоки в мм) Время на- ладки в мин. Тип машины Размер ма- шины (диа- метр про- волоки в мм) Время на- ладки в мин.
Одноударный ав- 6 60 Двухударный ав- 6 00
томат 12 75 томат 12 105
Таблица 81
Время на наладку фрикционных прессов (у прессов с подвижными салазками
дополнительно 30 мин.)
Размер машины Время на наладку в мин.
Усилие в m Диаметр винта в мм
До 100 От 100 до 200 » 200 » 300 » 300 » 500 Свыше 500 До 130 От 130 до 180 » 180 » 220 » 220 » 300 Свыше 300 35 45 60 80 100
КАЛЬКУЛЯЦИЯ
445
Таблица 82
Время на наладку кривошипных ковочно-штамповочных прессов
Размер машины (усилие в т) . . . До 100 100 — 200 200 — 300 300 — 500 500—3000 Свыше 3000
Время на налад- ку (в мин.) . . . 50 60 75 100 125 150
Таблица 83
Время на наладку горизонтально-ковочных машин при применении двух-
трехпереходного инструмента
Размер ма- шины (уси- лие в т) . До 125 125 — 300 300—600 600 — 900 900—1200 1200—1500 Свыше 1500
Время на наладку (в мин.) . . . 60 75 90 но 130 150 180
ка старого или приобретение и монтаж нового инструмента, нагрев
штампов при горячей штамповке и, наконец, изготовление пробной
партии деталей и их контроль.
В табл. 80—83 приведены некоторые ориентировочные данные для
подготовительного времени, необходимого при работе на холодновы-
садочных автоматах, фрикционных и кривошипных ковочно-штам-
повочных прессах, горизонтально-ковочных машинах различной мощ-
ности. Для болтоковочных автоматов и автоматов для горячей штам-
повки гаек можно в среднем принимать время 90 мин. Названные зна-
чения являются средними опытными данными, и их нельзя без соот-
ветствующей сверки с конкретными производственными условиями
переносить на любые предприятия. Поэтому рекомендуется более
точные значения определять в каждом отдельном случае путем хро-
нометража. Таким путем создаются определенные обоснованные дан-
ные для установления расценок и заработной платы на наладку
оборудования. При обслуживании оборудования несколькими рабо-
чими время считается на каждого участника, например, на прессов-
щика и нагревальщика. При многостаночном обслуживании берется
то же подготовительное время, но для расчета сдельной оплаты эти
значения делятся на число одновременно обслуживаемых машин.
б) Производственная заработная плата
Всю заработную плату, начисляемую как за выполнение отдель-
ных операций обработки, так и за выполнение вспомогательных ра-
бот, включают в производственную заработную плату. Следует раз-
личать основную производственную заработную плату рабочих, непо-
средственно выполняющих обработку (прессовщик, кузнец и т. д.),
и вспомогательную производственную заработную плату для рабо-
446
ВОПРОСЫ экономики
чих, выполняющих вспомогательные операции, например, нагреваль-
щика или подручного. Все другие расходы на заработную плату,
которые хотя и необходимы для проведения процесса изготовления,
но для самого процесса являются косвенными, учитываются в обще-
цеховых расходах. Сюда относится заработная плата слесарей по
инструменту, слесарей по оборудованию и других вспомогательных
рабочих. Часто заработную плату наладчиков также считают в обще-
цеховых расходах, хотя эти расходы лучше учитывать в производ-
ственной заработной плате.
Производственная заработная плата составляет
Ьп = 60 t ~ 60 (~п *м ) г‘ 1000 шт-
Здесь обозначены t — время изготовления 1000 шт. в мин.; tH—
время наладки в мин.; tM — машинное время на 1000 шт. в мин.;
г. и/час
Фиг. 515. Сравнение производствен-
ных расходов для различных групп
машин:
/ — двухударный холодновысадочный авто-
мат; 2 —гайкогйтамповочный пресс-автомат;
3 — фрикционный пресс; 4 — пресс-автомат
для горячей штамповки гаек; а — основная
производственная заработная плата; b —
вспомогательная производственная заработ-
ная плата; с — заработная плата ремонтни-
ков; d — потребление топлива (газа); е —
потребление энергии (электроэнергии, воды,
воздуха); f — расход инструмента; g — дру-
гие непосредственно производственные рас-
ходы; h—прочие расходы (постоянные рас-
ходы, списания, отчисления и т. д.).
п— величина обрабатываемой партии деталей в. 1000 шт.; L — рас-
ценка в германских марках (г. м.) за час.
Доля производственной заработной платы в общецеховых расхо-
дах различна (фиг. 515) и зависит, между прочим, от условий обслу-
живания. Например, для обслуживания фрикционных прессов и гори-
зонтально-ковочных машин требуются два человека, и поэтому произ-
водственная заработная плата соответственно высока; наоборот, для
холодновысадочных пресс-автоматов необходима меньшая затрата
рабочей силы; для малых и средних автоматов характерно многоста-
ночное обслуживание. В этом случае повышение заработной платы
сказывается очень мало на общецеховых расходах. Также и возмож-
ное снижение заработной платы не будет столь заметным, как это сле-
дует ожидать при горячей штамповке, если, конечно, не учитывать
стимула к повышению производительности.
КАЛЬКУЛЯЦИЯ
447
в) Общецеховые расходы
К общецеховым расходам относятся расходы в цехе на заработ-
ную плату по окладам, расходы на социальные нужды, потребление
энергии и топлива, инструмент, вспомогательные производственные
средства управления, амортизационные списания, процентные отчис-
ления и прочие общие расходы. В табл. 84 даны некоторые ориентиро-
Таблица 84
Калькуляционные амортизационные отчисления для оборудования,
применяемого при штамповке
Тип машины Амор- тизаци- онные отчис- ления В % Приня- тый срок службы з годах Тип машины Амор- тизаци- онные отчис- ления В % Приня- тый срок службы б годах
Одноударный авто- мат Двухударный авто- мат Пресс-автомат для хо- лодной штамповки гаек Фрикционный пресс • Горизонтально- ковоч- ная машина 5 6 2/з 6 2/з 5 6 2/з 20 15 15 20 15 Пресс для горячей штамповки гаек .... Печи и нагреватель- ные устройства .... Смазочные и моечные устройства Очистной барабан . . Двигатели 6 2/3 6 2/з 10 5 5 15 15 10 20 20
вечные данные о калькуляционном сроке службы и амортизационных
отчислениях для оборудования. Эти данные могут быть приняты за
основу при расчете стоимости.
Если обозначить через t —- время изготовления 1000 шт. в мин.;
tH — время наладки в мин.; tM— машинное время для 1000 шт. в мин.;
п — число тысяч штук обрабатываемой партии; G — цеховые расхо-
ды в г. м./час, то доля цеховых расходов на 1000 шт. составит:
G G 1t..
GM = эд t = эд (— +
г. м./ЮОО шт.
При таком способе расчета принимается условие, что расходы за
час наладки и работы машины одинаковы. Этот приближенный прием
имеет то достоинство, что расходы считаются не на машинное время,
а на все принятое время. Это обстоятельство необходимо учитывать
кор р ектир ующим коэффициентом.
г) Часовая стоимость эксплуатации машин
Вместо разделения производственной заработной платы и общецехо-
вых расходов часто для определения стоимости изготовления основыва-
ются на стоимости эксплуатации машины в час. В этом случае мы будем
448
ВОПРОСЫ экономики
иметь одно значение, в которое входят обе указанные составляющие
стоимости. Общецеховые расходы даются в процентах от производ-
ственной заработной платы.
Стоимость часовой эксплуатации машины слагается из различных
составляющих, которые очень резко отличаются в зависимости от
данного рабочего места. На фиг. 515 дано сравнение этого показателя
для двух гайкоштамповочных прессов (для горячей и холодной штам-
повки), фрикционного пресса и двухударного холодновысадочного
автомата. Отсюда видно, что сравнительно большую долю расходов
при холодной штамповке составляют расходы на инструмент, а при
горячей штамповке — на нагрев. Очевидно, что здесь можно добиться
наибольшей эффективности в снижении переменных составляющих
общей стоимости. Кроме того, значительную долю составляют кос-
венные постоянные расходы (амортизация, процентные отчисления,
налоги), которые можно снизить лишь за счет лучшего использования
оборудования.
Величина стоимости эксплуатации определяется величиной ма-
шины. У машин одинакового типа, но разной величины этот
показатель очень резко расходится. Например, для холодновысадоч-
ных автоматов в области диаметров прутка от 3 до 16 мм это раз-
личие составляет до 600%. Установление средних значений для машин
одного типа сделало бы весь расчет сомнительным. Поэтому необхо-
димо при расчете одну группу машин расчленять и иметь соот-
ветствующие значения по каждому типоразмеру машин, или вводить
переводные коэффициенты. Эти переводные коэффициенты устанав-
ливаются конкретным сравнением фактических затрат' при эксплу-
атации машин в равных условиях.
д) Расчет расходов на инструмент
Расходы на инструмент учитываются или в общецеховых расхо-
дах, или отдельной статьей. Первый способ применяется в массовом
и серийном производстве. При этом в стоимость включается осред-
ненная доля расходов на инструмент. Очевидно, что эта доля не
будет соответствовать конкретным расходам на инструмент в дан-
ном отдельном случае.
При конкретном специальном заказе чаще расходы на инструмент
учитывают отдельно. Это целесообразно особенно для малой партии
деталей, когда инструмент используется неполностью. В этом случае
инструмент является собственностью изготовителя, но он может ис-
пользоваться для других заказов лишь с разрешения заказчика. Инст-
румент обычно должен сохраняться в течение трех лет после поставки,
чтобы можно было выполнить при случае и другой аналогичный
заказ.
Вообще принято, что изготовитель принимает за свой счет убыт-
ки при преждевременной поломке инструмента, а клиент оплачивает
расходы, связанные с возможными изменениями формы штампуемой
Детали.
ЭКОНОМИЧЕСКОЕ СРАВНЕНИЕ РАЗЛИЧНЫХ МЕТОДОВ
449
3. СТОИМОСТЬ ИЗГОТОВЛЕНИЯ
Стоимость изготовления получается суммированием производст-
венных расходов и стоимости материала. При этом учитываются все
расходы, непосредственно связанные с производством. Эта стоимость
еще не является себестоимостью. Сюда нужно прибавить расходы,
по сбыту, административные расходы и специальные затраты.
4. АДМИНИСТРАТИВНЫЕ И СБЫТОВЫЕ РАСХОДЫ
Покрытие этих расходов, называемых V-расходами, осуществля-
ется добавлением к ранее рассчитанным суммам. Обычно эти расходы
выражаются в процентах к общезаводским расходам или к производ-
ственным расходам. Для отдельных заводов эти значения различны
и определяются объемом административного и сбытового аппарата
в сравнении с производственным. Как отправные значения можно
принимать, что общие V-расходы составляют от 17 до 26%; из них
административные 9—11%, а сбытовые 8—15%.
5. СПЕЦИАЛЬНЫЕ РАСХОДЫ
В калькуляции отмечаются и специальные расходы, обусловленные
выполнением заказа. Сюда входят главным образом расходы на изыс-
кания и эксперименты, на специальный инструмент, покупку лицен-
зии и т. п., а также специальные сбытовые расходы (комиссионные
вознаграждения, таможенные пошлины и т. п.). При приближенных
расчетах можно для специальных расходов принять 8% от ранее оп-
ределенной общей суммы.
6. СЕБЕСТОИМОСТЬ
Сумма стоимости изготовления, V-расходов и специальных рас-
ходов представляет заводскую себестоимость. Путем добавки кальку-
лируемой прибыли к этой сумме получается цена. Сравнивая себе-
стоимость с фактической выручкой, можно говорить об экономич-
ности производства. Можно проводить и сравнение по отдельным
изделиям, изготовляемым различными методами.
Б. ЭКОНОМИЧЕСКОЕ СРАВНЕНИЕ РАЗЛИЧНЫХ МЕТОДОВ
Развитие последних лет привело к расширению главным образом
методов холодного деформирования. Причиной этого не столько тех-
нические, сколько экономические достоинства данного метода. В
сравнении с горячей штамповкой здесь можно избежать расходов на
топливо и нагрев, часто и на травление или еще более дорогие методы
последующей обработки. Это отражается на стоимости часовой экс-
плуатации, которая для машин, обрабатывающих материал в холод-
ном состоянии, значительно ниже. Так как, кроме того, и время изго-
товления при этом меньше, то получаются в общем’ значительно мень-
29 1129
450
ВОПРОСЫ экономики
шие производственные расходы, чем при аналогичной обработке в
горячем состоянии.
Однако следует учесть, что стоимость материала, несмотря на
часто лучшее его использование, при холодной обработке, как пра-
вило, значительно выше, чем при горячей. Материал, применяемый
при холодной высадке, дороже других материалов, поэтому при боль-
шом весе изделия значительно увеличивается стоимость материала,
Длит болта
Фиг. 516. Сравнение расходов при изготовлении
болтов различными методами в зависимости от
длины стержня:
а — холодновысадочный двухударный автомат; Ъ — фрикци-
онный пресс; с—болт сковочная машина.
а следовательно, и стоимость изготовления в целом. Таким образом
этот недостаток сводит иногда на пет преимущества указанного ме-
тода. В последнее время стали известны новые автоматизированные
процессы горячей штамповки, которые могут успешно конкурировать
по производительности и качеству изготовления с методами штам-
повки в холодном состоянии; этим созданы благоприятные возмож-
ности значительного развития в некоторых областях производства
и горячей штамповки.
1. ПРЕДЕЛЫ ЭКОНОМИЧНОГО ПРИМЕНЕНИЯ ХОЛОДНОЙ
И ГОРЯЧЕЙ ОБЪЕМНОЙ ШТАМПОВКИ
Пределы экономичности в зависимости от величины детали полу-
чаются из-за различия в доле расходов, падающих на материал и про-
изводственные расходы при горячей и холодной штамповке. Для при-
мера на фиг. 516 показано сравнение стоимости изготовления болта
размером М12 с разной длиной стержня различными методами. При
короткой длине стержня холодная высадка наиболее экономична,
но при длине стержня свыше 80 мм стоимость изготовления холод-
ЭКОНОМИЧЕСКОЕ СРАВНЕНИЕ РАЗЛИЧНЫХ МЕТОНОВ
451
ной высадкой оказывается наибольшей. Поскольку последующие опе-
рации в данном случае не могут повлиять на сравнение стоимости,
в приведенном примере при изготовлении длинных болтов экономич-
ным процессом является горячая штамповка.
Но, кроме величины детали, на пределы применимости горячей
и холодной штамповки влияет форма детали. Вообще можно сказать,
что при сложных высаживаемых формах и высоких требованиях к
качеству пределы экономичного применения горячей штамповки шире.
По и простые детали при небольшой точности иногда экономичнее
изготовлять массовым порядком, базируясь па методе горячей штам-
повки, даже при малых размерах.
Фиг. 517. Расходы па изготовление (стоимость
материалов плюс производственные расходы) при
высадке на различных машинах в зависимости от
величины серии•
а — двухударный холодновысадочный автомат; « — фрик-
ционный пресс; с — болтоковочная машина.
Также и величина серии деталей влияет на границы применение
того или иного метода. Как следует из примера, приведенного на
фиг. 517, при величине серии в 4000 шт. при размерах 12x40 мм вы-
садка на фрикционном прессе является наиболее дешевым методом
изготовления, при большей величине серии более экономично при-
менить холодную высадку. При размерах 12x80 мм фрикционный
пресс предпочтительнее при величине.серии 20 000 шт., а выше этого
экономичнее болтоковочная машина. В этих примерах, не претенду-
ющих на обобщение и полноту, влияние последующих операций на
стоимость не учитывалось.
В этой связи очевидно, что сравнение экономичности различных
методов обработки возможно лишь в случаях, когда определена
стоимость изготовления. При этом должна учитываться возможная
экономия, получающаяся благодаря устранению или упрощению
последующих операций обработки. Именно в этом состоит значитель-
ное преимущество методов холодной штамповки, которые только
29*
452
ВОПРОСЫ экономики
тогда используются до конца, если наряду с операцией деформиро-
вания проверены и все другие операции вплоть до готовой детали.
На основе этих положений можно определить наиболее экономич-
ный метод и затем установить окончательную благоприятную форму
детали, соответствующую специфике принятого способа изготовления _
2. ВОПРОСЫ ЭКОНОМИКИ ПРИ ОБНОВЛЕНИИ СТАНОЧНОГО ПАРКА
Часто рационализацией считают только приобретение нового обо-
рудования. При этом пытаются за счет повышения производительно-
сти оборудования и снижения времени изготовления достигнуть
снижения себестоимости и, следовательно, улучшения экономики
производства.
Однако такие упрощенные выводы обманчивы. Например, как пра-
вило, нельзя считать, что с сокращением времени производства одновре-
менно будут соответственно снижаться производственные расходы.
Приобретение нового оборудования означает новый основной капи-
тал, при этом повышаются амортизационные и процентные отчисле-
ния, благодаря этому повышаются общецеховые расходы и стоимость
часовой эксплуатации машины. С учетом этого при обновлении ста-
ночного парка необходимо сравнительными расчетами установить,
приведут ли новые капиталовложения к желаемым усовершенствова-
ниям и в каком объеме. Может получиться, что сокращение времени
изготовления, устранение операций обработки или экономия мате-
риала на новом оборудовании будут сведены на нет повышением обще-
цеховых расходов. Подобные тщательные сравнительные расчеты
расходов приводят иногда к неожиданному результату—-вместо пред-
полагаемого удешевления возникает удорожание производства.
При обновлении парка относительно значительно возрастает доля
постоянных расходов (в сравнении с переменной частью). Поэтому
новое оборудование при экономичной работе должно иметь высокий
коэффициент использования. Для современного высококачественного
оборудования минимальная величина серии обрабатываемых дета-
лей, как правило, весьма высока. В этом отношении рекомендуется,
прежде чем рисковать новыми капиталовложениями, проверить суще-
ствующие возможности загрузки оборудования с учетом ожидаемых
колебаний общей конъюнктуры.
В. ЭКОНОМИЧНАЯ ВЕЛИЧИНА СЕРИИ
При внедрении новых высокопроизводительных полуавтомати-
ческих или автоматических машин или устройстве поточных автома-
тических линий следует учитывать, что они могут экономично экс-
плуатироваться лишь при изготовлении больших количеств однотип-
ной продукции. Однако вопрос о наименьшей экономичной величине
серии имеет значение также и в отношении наличного парка обору- г
доваиия при проведении мероприятий, долженствующих снизить
расходы.
ЭКОНОМИЧНАЯ ВЕЛИЧИНА СЕРИИ 453
Общеизвестно, что существует принципиальная зависимость меж-
ду производственными расходами и величиной серии. Известна необ-
ходимость определенной минимальной величины серии. Однако в боль-
шинстве случаев отсутствуют точные данные, в какой степени увели-
чение номенклатуры, а следовательно уменьшение величины серии,
обусловливает повышение производственных расходов для различ-
ных типов оборудования. Поэтому при анализе вопросов, является
ли определенная величина серии экономичной или убыточной, а так-
же при калькуляции выполнения специального заказа на малую се-
рию деталей чаще обходятся опытными или примерными значениями.
А ведь лишь путем тщательного расчета себестоимости можно в каж-
дом конкретном случае более точно подойти к фактически имеющимся
соотношениям. Прежде всего, не всегда учитывается тот факт, что
разнотипное оборудование обусловливает весьма различную наимень-
шую экономически допустимую величину серии. Обычно не удается
дать какой-либо аналитической зависимости относительно действую-
щих здесь закономерностей.
Чтобы иметь данные о наиболее целесообразном в экономическом
отношении использовании средств производства, необходимо иссле-
довать изменение стоимости при переменной величине серии. Кроме
того, можно определить минимальную экономически рациональную ве-
личину серии для разных групп оборудования на основе приближен-
ных расчетных методов. Аналогично определяется увеличение рас-
ходов, возможное при уменьшенной величине серии.
1. ЗАВИСИМОСТЬ РАСХОДОВ ОТ ВЕЛИЧИНЫ СЕРИИ
Характер изменения кривой расходов при различной величине
серии показан на фиг. 518—521 на основе некоторых примеров из
практики производства крепежных деталей. При этом предполага-
ется полная загрузка предприятия в целом и отдельных единиц обо-
рудования, так что здесь не учитывалась зависимость расходов от
коэффициента использования оборудования.
Необходимые для построения кривых данные о времени наладки
н машинном времени, а также о расценках и общецеховых расходах
были взяты осредненные на основе сопоставления сведений несколь-
ких заводов. Кривые, построенные в логарифмических координатах,
показывают, что производственные расходы сильно возрастают при
малых величинах серии. При больших сериях обрабатываемых де-
талей, начиная с определенной величины серии, кривая расходов
изменяется незначительно, и снижение расходов при дальнейшем
увеличении серии будет иметь место в весьма малой степени.
Для одноударного холодновысадочного автомата при изготовле-
нии заклепок, роликов, шариков и аналогичных деталей экономич-
ное производство возможно при величине серии не менее 50 000—
60 000 шт. одного размера (см. фиг. 518). Производство болтов,
винтов и прочих деталей с большим объемом головки на двухудар-
ном автомате обусловливает минимальную величину серии 35 000—
454
ВОПРОСЫ экономики
45000 шт. деталей. Появившийся в США автомат-комбайн для болтов,
осуществляющий полную обработку готового болта, требует для
экономичной эксплуатации серию в 80000 шт. Эта величина серии
рассчитана из условия переналадки комбайна на изготовление болтов
с разной длиной стержня; если же наладка производится и на другой
диаметр болта, то величина серин должна быть не менее 200000 шт.
Эти значения совпадают с американскими данными, согласно кото-
Фиг. 518. Изготовление, заклепок и винтов с малыми головками на одно
ударном холодновысадочном прессе.
рым экономичная эксплуатация комбайна достигается лишь при серии
болтов.одного размера в 100000 шт. Вообще автоматы-комбайны на
американских предприятиях применяются лишь там, где деталь одно-
го диаметра выпускается в течение по меньшей мере двух недель.
При эксплуатации болтоковочной машины малого размера для бол-
тов диаметром до 12 мм следует стремиться к серии в 15000 шт. (фиг.
521), а для фрикционных прессов допускается экономичное произ-
водство болтов того же размера уже при серии свыше 5000 bit.
Судя по ходу кривых, минимальная величина серии сдвигается
в сторону более низких значений при увеличении диаметра обрабаты-
ваемого материала. То же самое можно сказать и о длине стержня
болта, хотя значения длины болта на фигурах не приведены. Однако
нужно отметить, что при этом резкого различия, во всяком случае
для исследуемой группы машин, установлено не было. Получающие-
ся при поверхностном анализе естественные предположения о влпя-
ЭКОНОМИЧНАЯ ВЕЛИЧИНА СЕРИИ
455
Стоимость изготовления
Фиг. 519. Изготовление винтов и болтов па двухударном холодно-
высадочном автомате.
0.51 г 5 Ю 20 50 ШО 200500 1000 0.5 ! 2 5 Ю 20 50100 2005001000тыс.ш^
величина серии
Фиг. 520. Изготовление болтов на автомате-комбайне (болтмекере).
4о6
ВОПРОСЫ экономики
иии величины производственной заработной платы или общецеховых
расходов яа минимальную величину не подтвердились. В данном
Фиг. 521. Горячая штамповка винтов и аналогичных деталей.
случае изменяется лишь положение кривой за счет сдвига в ту или
иную сторону, а принципиальный характер ее не изменяется.
2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ МИНИМАЛЬНОЙ ВЕЛИЧИНЫ СЕРИИ
И ДОПОЛНИТЕЛЬНЫХ ИЗДЕРЖЕК ПРОИЗВОДСТВА
/Предполагая, что доля расходов на инструмент на единицу про-
дукции постоянна, и не учитывая при малом числе деталей прочих
/Дополнительных расходов, можно считать, что общие производст-
венные расходы на единицу продукции зависят от длительности на-
ладки и машинного времени, а также от величины серии (при задан-
ных значениях производственной заработной платы и общецеховых
расходов). Чем меньше отнесенное к величине серии время наладки
по сравнению с машинным временем, тем более производственные
расходы приближаются к определенному оптимальному значению,
достигаемому только в пределе при величине серии п= со.
Относительно этих оптимальных значений фактические производ-
ственные расходы всегда выше. Разница, которая должна при задан-
ной величине серии прибавляться к оптимальному значению расхо-
дов, зависит от соотношения подготовительно-заключительного вре-
мени и машинного времени. Эта разница называется дополнитель-
ными издержками производства. Для нормальных производственных
условий дополнительные издержки производства колеблются в пре-
делах 5—20%, а в качестве ориентировочного значения можно на
МЕРОПРИЯТИЯ ПО ПОВЫШЕНИЮ экономичности
457
основе имеющегося опыта принимать значение 10%. С другой стороны,
можно при определенных Дополнительных издержках производства
устанавливать соответствующие этому минимальные величины серии.
Эта взаимосвязь представлена на фиг. 522 в виде номограммы,
с помощью которой можно определить дополнительные издержки
производства при заданной величине серии или наоборот. Как поль-
зоваться номограммой, видно из приведенного примера. При допуск
Фиг. 522. Зависимость между величиной серии и дополнительными издержками
производства.
Г1 ример: При отношении подготовительно-заключительного времени к машинному 3,2 ми-
нимальная экономическая величина серии (при 10% дополнительных издержек) составит
32 000 шт. При величине серии 50 000 шт. дополнительные издержки только 6,6%, а при се-
рии 4000 шт.—около 80%.
тимой величине дополнительных издержек в 10% можно установить
следующее удобное для производственников правило: величина серии
при экономичном изготовлении не менее чем в 10 раз больше отноше-
ния подготовительно-заключительного времени к машинному вре-
мени.
Применение номограммы не ограничено только типами оборудо-
вания, для которых были сделаны исследования на ранее приведен-
ных фигурах. Эту номограмму можно применять для всех типов обо-
рудования, имеющихся в массовом производстве, если допустимы
упомянутые упрощающие предположения.
Г. МЕРОПРИЯТИЯ по ПОВЫШЕНИЮ экономичности
Технологические процессы штамповки имеют в основном все приз-
наки, свойственные массовому производству. Они характерны малым
временем обслуживания и высокой затратой первоначального ка-
. 458
ВОПРОСЫ экономики
питала, при этом требуются вложения в 2—5 раз большие сравнитель-
но с другими методами изготовления. Поэтому здесь особенно важны
знание и конкретное численное выражение указанных выше зависи-
мостей, чтобы иметь возможность указать мероприятия, ведущие
к совершенствованию экономики производства.
1. ОТСОРТИРОВКА НОМЕНКЛАТУРЫ
Часто рационализация производства затрудняется тем, что каж-
дое предприятие, особенно во времена экономического застоя, вынуж-
дается к производству возможно большей номенклатуры изделия, так
что в среднем величина се-
рий соответственно умень-
шается. С другой стороны,
это вызывается желанием
заказчика распределить
выдаваемые заказы па боль-
шее число предприятий.
Это распыление заказов
увеличивается особенно
тогда, когда возникают
затруднения с поставками.
Поэтому на большинстве
предприятий программа
охватывает большое число
различных типоразмеров
детален, что обусловливает
Фиг. 523. Частота типоразмеров и величина
серии для одного из метизных заводов в три
разных периода времени. частую наладку машин и
более длительную перест-
ройку производства в целом.Очевидно, что эти условия можно улучшить
путем исключения заказов малой численности. Но такое ограничение
далеко не всегда можно осуществить. Так, например, при массовом
производстве стандартных деталей в общей большой программе, как
правило, нельзя отказаться от изготовления малоходовых изделий.
Зато целесообразно путем совместных действий заводов-изготовите-
лей, на основе двухсторонних соглашений, распределить номенкла-
туру изготовления так, чтобы получить величины серий, позволяю-
щие загрузить высокопроизводительное оборудование, и соответ-
ствующим обменом номенклатурой между заводами исчерпать все
возможности снижения издержек.
Положительный пример такой отсортировки номенклатуры пока-
зан на фиг. 523, где приводятся данные о различных по величине
сериях в течение трех разных промежутков времени (по данным од-
ного из метизных заводов). Раньше наибольшая частота величины
серии одного типоразмера составляла 10 000—20 000 шт., затем эти
значения снизились и стали менее 10 000 шт., но оказалось возможным
вновь повысить их в пределах 20 000—50 000 путем пересмотра номен-
клатуры и объединепия малых заказов. Преимущества такого меро-
МЕРОПРИЯТИЯ ПО ПОВЫШЕНИЮ экономичности
459
приятия (чему способствует также нормализация и унификация)
проявляются в первую очередь в сокращении или полном устранении
времени па переналадки, в лучшей специализации рабочей силы, а
часто и в сокращении брака. Для крупных деталей сюда нужно доба-
вить еще и экономию материала, так как переналадка оборудования
всегда связана с потерями па пробную штамповку. Очевидно, что при
более частых переналадках необходима более высокая квалификация
рабочего персонала. Необученные рабочие могут сравнительно быстро
освоиться с обслуживанием простого оборудования, если оно нала-
жено на изготовление изделий одного или нескольких типоразмеров.
Наоборот, при частых переналадках требуется, как правило, длитель-
ное обучение персонала. При обслуживании наладчиком нескольких
автоматов потребности в квалифицированном персонале будут тем
больше, чем чаще меняются типоразмеры изготавливаемых деталей.
2. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ ИЗГОТОВЛЕНИЯ
Наряду с отсортировкой номенклатуры необходимо изготовление
всех наиболее употребительных деталей на основе наиболее совер-
шенных методов. Хотя многие штампуемые детали могут обрабаты-
ваться на различном оборудовании, при массовом масштабе произ-
водства их значительно рациональнее изготовлять на специализи-
рованном оборудовании. Применение совершенных методов штам-
повки отражается и на всех остальных технологических процессах
в целом. Влияние этого начинается уже с выбора материала более
высокого качества и точности и распространяется даже на инстру-
мент, а при горячей штамповке на рациональный выбор печей или
нагревательных установок. Повышение производительности иногда
может достигаться и за счет частичных мероприятий, например, добав-
ления второй печи. На вспомогательных работах также можно дос-
тигнуть большей экономии времени и рабочей силы и прежде всего
путем совершенствования транспортирования. Часто уже сравнитель-
но малая перестройка производства приносит большие выгоды.
3. СТЕПЕНЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ОБОРУДОВАНИЯ
Для экономичности производства большое значение имеет коэф-
фициент загрузки оборудования, т. е. отношение фактического вре-
мени работы машины к возможному времени. Исследования зависи-
мости расходов от использования оборудования привели к выводу,
что для полного покрытия издержек у рассматриваемой группы машин
коэффициент загрузки должен быть не менее 60—75%. При коэф-
фициенте загрузки ниже 60% расходы сильно возрастают, а при изме-
нении его значения выше 80% уменьшение расходов будет сравни-
тельно малым (фиг. 524).
Чем выше доля постоянных расходов (в сравнении с переменными
составляющими), тем необходимее стремиться к возможно полной
загрузке оборудования. Согласно примеру на фиг. 524 для ста-
рой машины, которая уже в большей своей части списана и стои-
мость ее часовой эксплуатации не отягчается большими амортиза-
460
ВОПРОСЫ экономики
цнонньши и процентными отчислениями, требуется оптимальны ft
коэффициент загрузки порядка 60%. Для аналогичной новой машины
с соответствующими отчислениями этот показатель составляет 75%.
Данные значения относятся к случаю, когда стоимость часовой эксплу-
атации новой машины при полной загрузке на 10% больше, чем
у старой машины.
Фиг. 524. Зависимость стоимости часовой эксплуатации машины
от коэффициента загрузки (схематически).
4. ПОВЫШЕНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ОБОРУДОВАНИЯ
Фактическая производительность автоматического оборудования
определяется главным образом машинным временем и временем иепро-
изводительных-потерь. При этом следует учитывать, что можно ожи-
дать значительного снижения расходов при увеличении производи-
тельности оборудования лишь в том случае, если повышение числа хо-
дов не влечет за собой повышения стоимости часовой эксплуатации.
Однако опыт показывает, что общецеховые расходы при увеличении
числа ходов возрастают благодаря повышенному расходу инструмента,
топлива, энергии т. п. Кроме того, при этом часто увеличивается
время на непроизводительные потери, так что с определенного опти-
мального уровня при повышении числа ходов уже нельзя достигнуть
повышения производительности. Наоборот, к заметному успеху в
отношении повышения производительности и снижения расходов
приводит ограничение времени непроизводительных потерь (табл. 79).
При ручном обслуживании оборудования рабочий такт задается
уже не машиной, а главным образом рабочим, его ловкостью, произ-
водительностью и подготовкой им оборудования. Поэтому полу-
чается иногда заметное различие в данных о производительности,
достигнутой при аналогичных операциях и оборудовании на различ-
ных предприятиях. Как уже упомянуто, довольно трудно правильно
оценить уровень производительности при отсутствии сравнительных
данных. Так, Даже опытный, но не знакомый с особенностями штам-
МЕРОПРИЯТИЯ ПО ПОВЫШЕНИЮ экономичности
46
побочных технологических процессов нормировщик часто делает
ошибочные заключения. Кроме того, оказывается, что производи-
тельность, длительное время считавшаяся удовлетворительной или
хорошей, может быть повышена, если практически показать, как это
может быть выполнено. В этом направлении имеются большие воз-
можности, и здесь преже всего весьма полезен обмен опытом между
предприятиями. Механизация технологического процесса, задающая
целиком или частично рабочий такт, также приводит к положительным
результатам.
5. сокращение подготовительно-заключительного времени
Повышение экономичности и в первую очередь снижение допол-
нительных издержек производства при средних и малых сериях мож-
но обеспечить, сокращая подготовительно-заключительное время. При
этом происходит уменьшение отношения подготовительно-заключи-
тельного времени к машинному времени, и область соответствующих
значений дополнительных издержек сдвигается влево (см. фиг. 522).
Из основных мероприятий, направленных на это, назовем следую-
щие: своевременную подготовку нового инструмента, рациональное
его проектирование, широкую нормализацию размеров для обеспе-
чения быстрого монтажа и демонтажа и взаимозаменяемости, тща-
тельную обработку инструмента, благодаря которой полностью устра-
няются последующие доработки его при смене или наладке. Особен-
но целесообразно перестройку или наладку оборудования вновь про-
водить не в рабочее время, а по окончании рабочей смены, благодаря
чему не будет простоев. Может оказаться даже полезным, а часто
и неизбежным принятие мер к повышению или снижению количества
продукции, изготовляемой по заказу, чтобы только сократить время,
на переналадку относительно машинного времени. При работе в две
смены следует время распределять так, чтобы была возможность на-
ладки оборудования вне рабочего времени. Численные данные о пре-
имуществах, которые могут быть достигнуты благодаря таким меро-
приятиям, в конкретном случае можно достаточно точно и быстро
определить по приближенным методам (см. фиг. 522).
6. СНИЖЕНИЕ РАСХОДОВ НА ИНСТРУМЕНТ
Из-за сравнительно высокой доли расходов на инструмент в стои-
мости часовой эксплуатации (см. фиг. 515) этот источник издержек
следует тщательно учитывать при всяком экономическом анализе.
Соответствующие мероприятия должны при этом направляться, с од-
ной стороны, на повышение стойкости, а с другой — на удешевление
изготовления.
Так как при массовом и серийном производстве деталей расходу-
ется большое количество инструмента, понятно, что основные постоян-
ные типоразмеры инструмента изготовляют сериями, а не единич-
ным порядком. В связи с этим можно указать различные меропри-
ятия, направленные на снижение расходов. Помимо уже описанных
ранее новых методов изготовления инструмента, рационализация
4G2
ВОПРОСЫ экономики
изготовления инструмента производится и за счет других организа-
ционных мероприятий. Хотя вообще и не принято оплачивать квали-
фицированных инструментальщиков в соответствии с их производитель-
ностью, рекомендуется при серийном производстве инструмента отойти
от этого обычая и установить сдельную оплату для всех операций тех-
нологического процесса изготовления. Вообще не следует забывать того
факта, что при соответствующей подготовке производства требую-
щиеся при изготовлении инструмента рабочие операции могут быть
гак разбиты, что будет вполне уместна и здесь система сдельной оп-
латы. При этом нужно учесть возможности использования квалифи-
цированного и неквалифицированного рабочего персонала.
Рекомендуется в этой связи улучшить и расширить подготовку
производства и при серийном изготовлении инструмента считать инст-
рументальный! цех в известном смысле предприятием с малым мас-
штабом производства. В связи с этим необходимы дополнительные
мероприятия, в особенности введение пооперационных и технологи-
ческих карт, устройство контрольного пункта для проверки изготов-
ляемых деталей как по качеству, так и по количеству, некоторое
расширение выписки нарядов. Однако расходы на это в сравнении
с получаемыми выгодами ничтожны.
7. ПРОЧИЕ МЕРОПРИЯТИЯ ПО ПОВЫШЕНИЮ ЭКОНОМИЧНОСТИ
Во многих случаях, особенно при холодной объемной штамповке,
снижение расходов па изготовление достигается благодаря более
правильному подбору исходного материала. Значительная разница
в цене, которая характерна для поставляемых материалов в зависи-
мости от их состояния,- часто не компенсируется применением но-
вых методов обработки и нового производительного оборудования
(см. фиг. 514). Так, например, при использовании сталей диаметром
8 мм следует, поскольку это возможно, заменять тянутую проволоку
травленой и известкованой катанкой. Несмотря на предубеждение
относительно приемлемости этого материала, применение его в много-
численных отраслях возможно без особых затруднений и часто даже
без дополнительных расходов и повышения трудоемкости. Получен-
ное таким образом сокращение стоимости материала полностью вклю-
чается в достигаемую экономию.
Повышения экономичности следует достигать также уделяя боль-
ше внимания проектированию штампуемых деталей на основе техно-
логических соображений. Поэтому изготовляющее предприятие не
должно безоговорочно принимать к изготовлению сложные и тяже-
лые по форме детали. Необходимо совместно с заказчиком разрабо-
тать предложения по изменению, чтобы найти наиболее благоприят-
ную для пластического деформирования форму детали, не ухудшая
при этом свойств готового изделия.
Эти мероприятия также способствуют тому, чтобы были исчер-
паны все возможности повышения производительности и снижения
издержек при массовом и серийном производстве штампуемых детален.
СОДЕРЖАНИЕ
Предисловие автора ................................................ 5
Введение............................................................. ®
1. Исходные материалы................................................ 8
А. Общая характеристика материалов.............................. 8
1. Виды профилей материала...................................... К
2. Размеры сечений . ........................................... 8
3. Вес и форма поставляемых материалов..............•........... 9
Б. Способы обработки металла и требования к точности сто размеров . 10
1. Состояние поставки.......................................... Ю
2. Размеры.................................................... 19
3. Допуски на точность размера материала....................... 12
В. Расход материала ........................................... 1"
1. Концевые отходы............................................. 13
2. Отходы па заусенец ......................................... 14
3. Угар................._...................................... 15
4. Учет производственного брака............................... 15
Г. Стали для объемной штамповки................................... 15
1. Стали для холодной высадки..................• 15
2. Стали для холодной штамповки гаек.......................... 26
3. Стали для горячей штамповки 27
1. Стали для горячей штамповки гаек.......................... 36
Д. Цветные металлы................................................ 40
1. Медь и медные сплавы........................................ 40
2. Никель и никелевые сплавы.................................. 47
3. Легкие металлы.............................................. 47
4. Остальные цветные металлы............................... •_’**
Е. Подготовка исходного материала................................ 57
4. Подготовка наружной поверхности............................. 57
2. Отжиг....................................................... 54
Ж- Требования к качеству исходного материала...................... 70
1. Деформируемость............................................. Д2
2. Качество поверхности....................................... 79
3. Точность.................................................... 32
4. Постоянство свойств ....................................... 32
5. Улучшаемость термообработкой................................ 82
3. Контроль материала ......................................... 83
1. Виды контроля............................................... 83
2. Объем контроля .......................................... 91
3. Браковка.................................................... 93
II. Складирование.............................................. 91
11. Основные принципы высадки и объемной штамповки ................. 97
А. Признаки холодного и горячего деформирования.................. 97
Б. Температура при штамповке..................................... 98
464
СОДЕРЖАНИЕ
1. Температура при горячем деформировании................. ... 90
2. Температурные изменения’ при деформировании ................102
В. Влияние скорости деформации...................................106
1. Влияние скорости при горячей штамповке................• . . 106
2. Влияние скорости при холодной объемной штамповке............107
Г. Технологические параметры.....................................107
1. Характеристика процесса.....................................107
2. Определение технологических параметров......................112
Д. Течение материала.......................................... 118
1. Холодная высадка...........................................118
2. Горячая высадка.......................................... 131
Е. Изменение свойств материала при объемной штамповке...........138
1. Изменение свойств при холодном деформировании..............138
2. Изменение свойств при горячей штамповке............... .... 145
Ж- Влияние трения.............................................. 145
3. Затраты силы, работы и мощности.............................146
1. Истинное сопротивление деформации........................ 147
2. Сопротивление деформации .............................. ... 148
3. Усилие высадки............................................ 153
4. Затраты работы .......................................... 161
5. Необходимая мощность.......................................162
III. Технологические процессы и оборудование..........................166
А. Обзор развития..............................................166
Б. Винтовые прессы..............................................169
1. Сравнение молота и пресса............................... . 169
2. Фрикционные винтовые прессы ............................. 170
3. Пресс типа Венсан..........................................174
4. Бездисковые прессы.........................................176
5. Пресс-молоты...............................................179
6. Производительность прессов.................................179
В. Машины для высадки с электронагревом........................180
Г. Ковочные машины..............................................184
1. Горизонтально-ковочные машины..............................185
2. Специальные ковочные машины................................195
3. Автоматические прессы для работы с подогревом (для полугорячей
высадки)...................................................... 197
4. Болтоковочные машины.......................................201
5. Кривошипные ковочно-штамповочные прессы ...................206
6. Револьверные прессы..................................... . 211
Д. Прессы для горячей штамповки гаек............................214
1. Кулачковые прессы..........................................215
2. Прессы для горячей штамповки гаек с надсекающим устройством . 219
3. Мйогопозицпоиные пресс-автоматы для горячей штамповки гаек . . 227
Е. Холодновысадочные пресс-автоматы............................233
1. Проволочно-гвоздильные автоматы............................233
•2. Пресс-автоматы для болтов, заклепок и других фасонных деталей. 237
3. Мпогопозпцпонные пресс-автоматы ...........................263
4. Прочие специальные пресс-автоматы..........................267
Ж. Новые методы холодного деформирования........................269
1. Метод двойного редуцирования (Dexbolt).....................269
2. Выдавливание (прессование истечением) . . . . ^ . .........270
3. Комбинирование высадки и выдавливания......................274
3. Холодная штамповка гаек вырубкой.............................275
1. Вырубка гаек...............................................275
2, Холодная штамповка гаек....................................278
II. Уход за оборудованием.......................................289
К. Внутрицеховой транспорт.................................... 290
1. Значение транспорта........................................291
СОДЕРЖАНИЕ 4G
2. Поточность производства..................................291
3. Типы транспортных средств.................................292
IV. Печи и нагревательные установки................................297
А. Конструкции печей........................................... 297
1. Виды топлива............................................... 297
2. Конструктивные формы печей.................................. 300
3. Размеры печей................................................301
4. Обмуровка....................................................302
5. Горелки......................................................304
6. Подогрев воздуха.............................................306
7. Отвод газов..................................................307
8. Прочие устройства............................................307
Б. Расчетные данные по печам и топливу ...........................308
1. Характеристика топлива................................... • 308
2. Источники потерь............................................309
3. К- п. д. печей.........................’...................313
4. Использование печи..........................................ЗГ6
5. Данные о расходе тепловой энергии...........................317
6. Продолжительность нагрева...................................321
В. Окалннообразование и угар....................................322
1. Окалннообразование..........................................322
2. Угар........................................................323
3. Текучесть шлаков ...........................................323
4. Применение защитной атмосферы...............................323
Г. Электрический нагрев.......................................... 325
1. Нагрев сопротивлением........................................326
2. Индукционный нагрев..........................................327
V. Инструмент......................................................333
А. Роль инструмента в производстве..............................333
Е. Общие требования к инструменту.................................335
1. Нагрузка на инструмент......................................335
2. Стойкость инструмента..................................... 337
В. Конструирование инструмента .................................341
1. Направляющие инструмент устройства..........................341
2. Проектирование инструмента..................................343
3. Армирование инструмента.....................................347
Г. Обработка инструмента........................................ 348
1. Изготовление резанием......................................348
2. Мероприятия по экономии инструментальной стали..............348
3. Обработка инструмента давлением.............................350
4. Гравирование инструмента травлением.........................359
5. Точность изготовления инструмента...........................360
Д. Инструментальные стали.........................................361
1. Отправные положения по выбору стали........................362
2. Стали для штампов холодной объемной штамповки...............363
3. Стали для штампов горячей штамповки........................367
Е. Термообработка инструмента...................................371
1. Отжиг..................................................... 371
2. Закалка -................................................ 377
3. Отпуск.....................................................384
4. Уменьшение кор.облеиия при закалке.........................389
5. Твердость инструмента.....................................• 391
Ж- Окончательная обработка и отделка рабочей поверхности инстру-
мента .......................................................392
1. Полировка..................................................392
» . 30 1129
4(56
СОДЕРЖАНИЕ
2. Хромирование ............................................. 393
3. Азотирование.............................................. 395
3. Твердосплавной инструмент....................................397
1. Свойства и состав твердых сплавов......................... 397
2. Конструирование инструмента . . •...........................398
3. Область применения твердосплавного инструмента..............400
4. Стойкость твердосплавного инструмента.......................403
И. Рекомендации по применению инструмента........................404
1. Предварительный нагрев инструмента..........................404
2. Охлаждение штампов для горячей штамповки....................405
3. Удаление штампованных деталей из штампа.....................406
4. Снятие напряжений в готовом инструменте.................... 406
VI. Применение высадки и объемной штамповки........................407
А. Достоинства пластических методов обработки...................407
1. Экономические преимущества..................................407
2. Технические преимущества....................................408
Б. Границы применения........................................... 408
В. Точность изготовления........................................409
Г. Принципы проектирования деталей...............................411
1. Проектирование деталей, штампуемых вгорячую.................411
2. Проектирование деталей, штампуемых вхолодную ...............412
Д. Примеры применения ...........................................414
1. Горячее деформирование......................................415
2. Холодное деформирование.....................................417
3. Высадка-Л редуцирование.....................................418
4. Комбинирование холодной высадки с горячей штамповкой .... 424
5. Холодная калибровка деталей после горячей штамповки.........425
6. Комбинирование штамповки с обработкой резанием .............435
7. Выдавливание и высадка......................................427
VII. Брак при высадке и штамповке.................................430
А. Виды брака и его причины.....................................430
1. Продольные трещины..........................................430
2. Скалывающие трещины.........................................431
3. Внутренние трещины..........................................432
4. Поперечные трещины..........................................434
Б. Возможности предотвращения брака..............................436
В. Производственный контроль . . ...............................436
1. Общие принципы контроля.....................................437
2. Проведение пронзводстарпного контроля.......................437
VIII. Вопросы экономики............................................440
А. Калькуляция..................................................440
1. Стоимость материала.........................................442
2. Производственные расходы....................................443
3. Стоимость изготовления.................................'• • 449
4. Административные и сбытовые расходы.........................449
5. Специальные расходы.........................................449
6. Себестоимость...............................................449
Б. Экономическое сравнение различных методов................... 449
1. Пределы экономичного применения холодной н горячей объемной
штамповки.................................................... 450
2. Вопросы экономики при обновлении станочного парка...........452
СОДЕРЖАНИЕ 4(5~
В. Экономичная величина серии .................................. 452
1. Зависимость расходов от величины серии ..................... 453
2. Определение минимальной величины серии и дополнительных из-
держек производства..........................................456
Г. Мероприятия по повышению экономичности........................457
1. Отсортировка номенклатуры....................................458
2. Совершенствование методов изготовления.......................459
3. Степень использования оборудования...........................459
4. Повышение производительности оборудования...................46(.'
5. Сокращение подготовительно-заключительного времени...........461
6. Снижение расходов па инструмент..............................461
7. Прочие мероприятия по повышению экономичности................46*