КУЗНЕЧНО-ШТАМПОВОЧНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
отрасль
тяжёлого машиностроения, производящая различные металлические изделия (от
деталей машин до предметов домашнего обихода) ковкой, штамповкой, прессованием.
В
основе методов К.-ш. п. лежит способность материалов деформироваться, т.
е. изменять свою форму без разрушения под действием внешних сил. Выбор
условий, благоприятных для пластич. деформирования, производят исходя из
осн. положений теории обработки металлов давлением.
Ценность способов
К.-ш. п. заключается в том, что при обработке заготовок давлением их форма
изменяется в результате перераспределения металла, а не за счёт удаления
его излишка, как при обработке металлов резанием,
что позволяет
резко сократить отходы и одновременно увеличить прочность материала. Поэтому
обработка металлов давлением применяется для изготовления наиболее ответственных
деталей машин. Так, в самолёте до 80-90%, в автомобиле до 85% деталей (от
общей массы) - штампованные. Машины К.-ш. п. более производительны, чем
металлорежущие станки, напр. производительность холодновысадочных автоматов
в 5-6 раз превосходит производительность токарных автоматов, причём отходы
металла сокращаются в 2-Зраза. Замена механич. обработки штампованием при
переработке каждого млн. т проката позволяет экономить до 250 тыс.
т
металла.
Для увеличения пластичности при обработке
давлением часто применяют нагрев, что позволяет снизить усилия в 10-15
раз по сравнению с обработкой холодной заготовки, а также избежать появления
трещин и сократить время операции. В качестве нагревательных устройств
в К.-ш. п. используют печи: пламенные (камерные и методические) и электрич.
(с нагревательными элементами и индукционные).
Осн. способы обработки металлов, применяемые
в К.-ш. п., характеризуются состоянием исходного материала (прокат, слиток,
лист и т. д.), оборудованием (пресс, молот), инструментальной оснасткой
и технологич. приёмами. По этим признакам различают: ковку (преим. с нагревом),
объёмную и листовую штамповку (горячую и холодную), прессование (гл. обр.
с нагревом).
Ковка - способ обработки металлов,
характеризующийся тем, что течение материала в стороны, как правило, не
ограничено инструментом-штампом. Ковкой получают изделия массой
до 200 т. Ковка применялась ещё до освоения выплавки железа из руды,
поковки из метеоритного железа производили вручную в 4-3 тыс. до н. э.
В совр. К.-ш. п. ковку ведут вручную или на машинах: молотах с массой
падающих частей от 1 до 5000 кг и ковочно-гидравлических прессах
с усилием от 2 до 200 Мн (200-20 000 тс). Заготовки деформируются
непосредственно верхним бойком штампа или простейшими приспособлениями,
кузнечным
инструментом. Для перемещения тяжёлых заготовок (до 350 т) и инструментов
используют мостовые и поворотные подъёмные краны, кантователи, манипуляторы
(рис.
1). Ковкой получают детали из слитков или проката.
Штамповка - способ обработки
металлов давлением, при котором течение металла ограничено поверхностями
полостей и выступов штампа. Верхняя и нижняя части штампа образуют замкнутую
полость по форме изготовляемой детали - штамповки. В зависимости от формы
заготовки (лист, прокат и т. д.), оборудования и технологических приёмов
различают объёмную штамповку и листовую штамповку. Кроме
того, штамповку можно осуществлять с нагревом и без нагрева. Прообразом
штамповки можно считать чеканку монет. Широкое применение процесса
штамповки началось в конце 18 - нач. 19 вв. в связи с переходом на пром.
выпуск изделий, в частности первый патент на изготовление штампованием
латунных гильз был выдан в 1796 (Германия). С появлением паровых машин
на штамповочных прессах стали осуществлять различные пробивные и вырубные
операции, напр. пробивку отверстий под заклёпки. Наибольшее развитие штамповка
получила в сер. 20 в. с ростом серийного и массового произ-ва в приборо-
и машиностроении, радиоэлектронной пром-сти и др. отраслях, т.к. является
в десятки раз производительнее ковки. Штампованные детали имеют в 2-3 раза
меньшие припуски на обработку, чем кованые, т. е. выше процент использования
металла. Штамповку осуществляют на молотах с массой падающих частей 0,5-30
га, кривошипных горячештамповочных прессах с усилием от 6 до 100 Мн
(600-10
000 гас), гидравлич. прессах с усилием до 750 Мн (75 000 тс),
горизонтально-ковочных машинах, кузнечно-штамповочных автоматах,
гидровинтовых
пресс-молотах. Чтобы сократить отход металла, уменьшить последующую обработку
применяют без-облойное штампование. При горячей штамповке на молотах
окалина удаляется в промежутках между первыми ударами. На прессах штамповку
выполняют за один ход. В связи с этим применяют т. н. безокислительный
нагрев заготовок (обычно прокат), напр. в индукционных печах. Это обеспечивает
получение изделий почти без окалины. Труднодеформируемые материалы штампуют,
как правило, на гидравлич. прессах в штампах, нагретых до темп-ры обрабатываемого
материала (напр., для титановых сплавов до 800 °С),- т. н. изотермическая
ш тамповка.
Для обеспечения более высокой чистоты
поверхности, большей точности размеров изделия применяют холодную штамповку,
процесс к-рой аналогичен горячей штамповке, но исключает нагрев.
Листовая штамповка - способ получения
тонкостенных изделий плоской или пространств. формы. Тонколистовой материал
(до 4 мм) штампуют без нагрева, толстЛистовой (св. 4 мм)-
с нагревом. Получаемые этим способом детали имеют точные размеры и обычно
не нуждаются в дальнейшей обработке резанием. В мелкосерийном и серийном
произ-вах применяют универсальные машины и оснастку; в крупносерийном и
массовом произ-вах используют много-операц. штампы. Штамповку выполняют
на кривошипных прессах с усилием 63- 50 000 кн (6,3-5000
тс), с числом ходов от 5 до 15 в мин, на листоштамповочных автоматах
с усилием 50-40 000 кн (5-4000 тс), с числом ходов до 120
в мин, на гидравлич. вытяжных прессах с усилием от 8 до 200 Мн
(800-20
000 тс). В массовом произ-ве особое значение при листовой штамповке
приобретают использование комбинированных штампов, механизация и автоматизация
целых участков, автоматич. линии (рис. 2).
При произ-ве однотипных деталей из
листа (толщина алюминиевого листа 1,5-2 мм, стального-0,5-0,6 мм),
в
частности в авиационной пром-сти, большое распространение получила т. н.
штамповка резиной, позволяющая удешевить инструмент, упростить конструкцию
пресса. На гидравлич. прессе простого действия укрепляется подушка из резины
или др. упругого материала в металлич. коробе, установленном на подвижных
частях пресса. Нижний боёк штампа имеет форму штампуемой детали. Пока штампуются
одни детали, подготавливают новые заготовки.
При гидравлической вытяжке, являющейся
также разновидностью листовой штамповки, деформирование заготовки осуществляется
непосредственно жидкостью.
Прессование - способ получения изделий
из различных профилей, прутков, труб и др., при к-ром заготовка, помещённая
в спец. контейнер, выдавливается из него пуансоном (пресс-штемпелем) через
отверстие в матрице, имеющее форму (очертания) будущего изделия. Осуществляется
на гидравлич. прессах с усилием до 200 Мн (20 000
тс). Прессование
получило распространение с 60-х гг. 19 в., хотя первый патент на гидравлич.
пресс был выдан в 1797 (Великобритания). Прессованные изделия имеют высокую
точность размеров и в большинстве случаев практически не требуют последующей
механич. обработки. Установка инструмента проста, что позволяет быстро
переналаживать оборудование для изготовления различных изделий.
Новые способы обработки металлов. В
50-х гг. 20 в. разработаны и начали успешно внедряться в К.-ш. п. принципиально
новые технологич. процессы, позволяющие обрабатывать труднодеформируемые
материалы (жаропрочные стали, титановые, молибденовые, вольфрамовые и др.
сплавы).
При взрывном штамповании ударная
волна, возникающая при сгорании заряда взрывчатого вещества, деформирует
заготовку, придавая ей нужную форму. Вследствие кратковременности процесса
(мсек
- мксек) штампы можно изготовлять не только из дешёвых малоуглеродистых
сталей, но и из таких материалов, как бетон, дерево, пластмасса и т. д.
Высокоскоростная штамповка - способ
обработки труднодеформируемых материалов с высокой точностью на молотах,
скорость падающей части (бабы) к-рых при ударе достигает 40-60 м/сек.
У
обычных молотов не выше 8 м/сек. Масса соударяющихся частей у высокоскоростных
молотов при одинаковой энергии удара во много раз меньше, чем у обычных
молотов.
Для получения различных изделий применяют
деформирование заготовок силами, возникающими при взаимодействии электромагнитных
полей, образующихся во время разряда мощной конденсаторной батареи (рис.
3). Этот способ, называемый электромагнитной формовкой, позволяет получать
до 600 изделий в час. Применяется для изготовления различных изделий, напр.
рефлекторов из полированных листов без последующей обработки, для соединения
деталей, в т. ч. и из разнородных материалов (напр., металла и керамики),
и т. д. Разновидностью этого способа является электрогидравлическая формовка,
при которой используется энергия ударной волны, образующейся в результате
элект-рич. разряда в жидкости (рис. 4).
Гидростатическое прессование, или гидроэкструзия,
основано на использовании жидкости для передачи высокого давления - от
10 до 3000 Мн/м2 (100-30 000 кгс/см2). Этим
способом выдавливают прутки и профильные изделия, получают детали, имеющие
форму тел вращения, гл. обр. из малопластичных и труднодеформируемых сплавов.
Изделия из порошкообразных материалов
получают способом гидростатического спрессовывания (или газостатического).
Материалы в эластичной (резиновой, полимерной, свинцовой, тонкой стальной
и т. п.) оболочке помещают в контейнер, в к-рый подаётся жидкость под давлением
до 800 Мн/м2 (8000 кгс/см2). При этом происходит
равномерное уплотнение заготовки, форма получаемых изделий повторяет форму
исходной заготовки. Гидростатическое спрессовывание осуществляется при
темп-pax до 400-500 °С, а газостатическое - до 2000-2500 °С. При газостатич.
спрессовывании рабочей средой является нейтральный газ (обычно аргон).
Давление газа достигает 200- 500 Мн/м2 (2000-5000 кгс/см2).
Изделия К.-ш. п. применяют в автомобильной
и авиационной промышленности, тракторостроении, приборостроении, лёгкой
пром-сти, в произ-ве предметов широкого потребления. Произ-во кузнечно-прессовых
машин в СССР в 1940 составляло 4,7 тыс. шт., в 1972 составило 43,9 тыс.
шт., а к 1975 достигнет 60- 65 тыс. шт. в год.
Лит.: Рыбаков Б. А., Ремесло
древней Руси, М., 1948; Сторожев М. В., Попов Е. А., Теория обработки металлов
давлением, М., 1971; Залесский В. И., Оборудование кузнечно-прессовых цехов,
М., 1964; Пихтовников Р. В., Завьялова В. И., Штамповка листового металла
взрывом, М., 1964; Романовский В. П., Справочник по холодной штамповке,
М.-Л., 1965; Ковка и объемная штамповка стали. Справочник, под ред. М.
В. Сто-рожева, т. 1-2, М., 1967-68.
Б. В. Розанов, В. П. Линц.
А Б В Г Д Е Ё Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ъ Ы Ь Э Ю Я