ВЫДАВЛИВАНИЕ (ПРЕССОВАНИЕ ИСТЕЧЕНИЕМ)
В последние годы имеет место дальнейшее развитие обработки выдавливанием таких деталей, как болты и винты. При этом используется тот опыт, который был получен при развитом в ФРГ массовом производстве различных фасонных деталей методом выдавливания.
По своему характеру выдавливание не относится к высадке в узком смысле этого слова. Ho так как этот метод частично конкурирует с высадкой, а частично удачно его дополняет, рассмотрение этого метода мы считаем необходимым.Холодное выдавливание, называемое также ударным выдавливанием, 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 отверстие), поэтому сечение здесь, в отличие от высадки, уменьшается. Ограничения 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 исключительных 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. Наименьший 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 необходима соответствующая подготовка поверхности материала.
Значение 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
цию на 60—70% составляют 150—170 кГImja1. 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 отожжены.
В отношении благоприятного угла конуса на матрице положение несколько иное, чем при других известных методах деформирования.
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 цилиндрические сечения, ной любые другие формы (фиг. 305). Эти возможности используются, например, при изготовлении шестигранных болтов. При этом достигается оформление шестигранной головки без обычного процесса получения цилиндрической заготовки с последующей обрезкой под шестигранник. Благодаря этому процесс изготовления становится 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 безотходным.
На фиг. 307 показан процесс изготовления винта с внутренним шестигранником методом выдавливания. Процесс аналогичен предыдущему, 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-
1 * J *
/—отрезка ваготовки; Z — предварительная осадка и выдавливание;
3 — выдавливание стержня; 4 — редуцирование стержня и формовка головки; а — поджим; Ь — отрезная матрица; с — нож; d — переносящие клещи; е — предварительный пуаисон; f — матрица; ц — выталкиватель; ft — переносящие клещи; I — пуансон выдавливания; к — матрица; ( — вставка для редуцирования; т — выталкиватель; п — аамцкающий пуансон; о — пуансон формовки головки; р — матрица; q — вставка для редуцирования; 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. Ho вообще возможно в этом случае применять заготовки круглого сечения. Болты, изготовленные выдавливанием, имеют большую прочность головки и стержня и получают без дополнительной термообработки сравнительно высокие механические свойства, так что эти болты конкурируют с термообработанными болтами.
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 на чеканочном прессе. Дальнейшее развитие привело к созданию многооперационных пресс-автоматов с поперечным переносом заготовок.
Общие виды этих автоматов новейших конструкций, так называемых болтопрессовате- лей, показаны на фиг. 308 и 309. 
Фиг. 308 и 309. Вид спереди и сзади на пресс-лито,мат дня выдавливания болтов (болтопрессователь).
Эти автоматы строятся трех размеров для диаметра стержня 6, 10 и 16 мм и соответственно длин до 70, 80 и 100 мм. Их производительность должна равняться удвоенной обычной производительности двухударных 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 заготовки ударника, показанный на фиг. 310. Эту простую деталь нельзя высаживать из-за большой высоты головки и, следовательно, большого объема. Нет возможности изготовления ее путем одинарного или двойного 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 гарантирует 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 одноударных пресс-автоматах. Принцип работы пресса при этом соответствует обычно принятому при холодной высадке; исходный материал может подаваться в прутках или бунтах. Однако необходимо предусмотреть специальное выполнение штампа, как это показано на фиг. 311, где в качестве примера изображен комплект рабочих частей штампа для изготовления заготовки ударника.
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.
497).
а) Высадка перед выдавливанием
При выдавливании различных деталей, особенно полых, у которых высота заготовки мала по сравнению с диаметром, применение безотходной отрезки заготовки едва ли возможно, так как весьма трудно выполнить отрезку без отхода при малом отношении длины к диаметру. В этих случаях оказалось целесообразным применять цилиндрическую заготовку большей длины и соответственно меньшего диаметра, которая затем на предварительной операции осаживается до требуемого диаметра. После необходимого промежуточного отжига и подготовки поверхности можно изготовлять желаемую деталь выдавливанием.
На фиг. 312 показан пример применения такого способа; при этом перед выдавливанием осуществляется операция высадки, для того чтобы осуществить безотходную отрезку стержня длиной более диаметра, 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 метод представляет дальнейшее развитие метода двойного редуцирования.
Значительное применение нашел он в новых технологических процессах 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, следовательно, равного холодного упрочнения (см. фиг. 123 и 125). Условие равенства прочности головки и болта, которое не достигнуто при других, ранее упоминавшихся методах обработки, здесь выполняется в более высокой степени, хотя совершенно равномерных значений прочности получить не удается (см. фиг. 126). Однако возможно достигнуть без дополнительной термообработки, только за счет упрочнения, предела прочности на разрыв порядка 60—70 кГ/мм2 при высоком пределе текучести и достаточном удлинении. Способ холодного упрочнения имеет особое преимущество для крепежных деталей благодаря получению подобающего для них предела текучести. Предел усталости также достаточно высок. Помимо экономии на термообработке рентабельность этого метода основана также на применении в качестве исходного материала дешевой катанки вместо холоднотянутой стали. Впрочем, сюда нужно добавить еще и снижение требований к материалу в сравнении с простой высадкой, так как при таком процессе местные деформации значительно меньше.
или несколько операций из полосового материала и затем формуются на окончательный размер. Основанные на этом процессе гайковырубные прессы строятся как кривошипные горизонтальные, так и вертикальные.
а) Горизонтальные гайковырубные прессы
Схема обработки на горизонтальном гайковырубном прессе показана на фиг. 313. Материал в виде бунтов или отдельных полос подается автоматически, сначала пробивается, затем отрезается, чеканится по торцу и наконец в отдельной штамповочной операции с помощью так называемой зачистки штампуется до окончательного размера. На фиг. 314 изображено расположение рабочих частей штампа и показано их действие. При этом на одной стороне располагаются пуансоны, на другой — соответствующие им матрицы. Из-за этого штампуемый материал нагружается всегда с одной стороны. Чтобы устранить этот недостаток, в других конструкциях последняя пара матриц и пуансонов располагается в обратном порядке, так что нагрузка на полосу прилагается с другой стороны. Обычное размещение инструмента на торце ползуна приводит к появлению больших боковых сил при отрезке заготовки. Эти силы передаются на направляющие ползуна и вызывают преждевременный износ. В новой конструкции, схема которой показана на фиг. 315, предусмотрен ползун с сильно развитой длиной направляющих, примерно вдвое больше по сравнению со старыми конструкциями. Благодаря этому давление распределяется на всю площадь направляющих, и преждевременного износа можно не опасаться. Матрицы и пуансоны располагаются с обеих сторон паза, проходящего в середине ползуна. Благодаря такому изменению расположения рабочих частей штампа операции пробивки и подчеканки совершаются при ходе вперед, а операции отрезки и зачистки — при обратном ходе.
Фиг. 314. Схема расположения штампа у горизонтального гайковыруб- I ного пресса (кулачковый пресс с рычажной передачей):
о — станина; b — ползун; с — зажимная колодка для штампа; d — матрицедер. жатель; е —ползушка для смены матриц; /— съемник; g — матрнцедержагель про- Chdной матрицы; h —пробивная матрица; i — пробивион пуансон; Ь — отрезной нож; I — отрезной и чеканящий пуансон; т — захватывающий стержень с цангой; п _ упор; о — обжимная матрица; р — зачистиая матрица; q — зачистной пуансон; г — сбрасыватель.
d
Фиг. 315. Схема горизонтального гайковырубного пресса с сильно развитыми направляющими ^ползуна:
а — станина; Ь — ползун; с — коленчатый вал; d — подающие ролики; еи е, — блоки штампа; f — пуансон для вырезки уголков; g — пуаисон для пробивки отверстия и чеканки фасок; H — зачистной и отрезной пуансон.
б) Вертикальные гайковырубные прессы
В прессах вертикальной конструкции наблюдать за штампами значительно лучше, чем в горизонтальных прессах. Кроме того, благодаря иной конструкции штампа легче обработать детали с обоих торцов чеканкой и придать им лучший вид.
Полоса также сначала пробивается, затем вырезаются уголки, наконец, сама гайка отрезается, чеканится и зачищается на окончательный 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 двухсторонней 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 отдельными операциями. Эти машины строятся по типу кривошипных прессов четырех размеров для гаек с диаметром резьбы до 16 мм. За каждый ход изготовляется ,одна гайка. Теоретическая производительность 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 чистому 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 шестигранной 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 обжатии в закрытой матрице получить окончательную форму гайки. Этот способ уже гораздо ближе не к штамповке вырубкой, а к пластической малоотходной штамповке гаек.