ОБЪЁМНАЯ СИЛА

ОБЪЁМНАЯ СИЛА, сила, действующая на все частицы (элементарные объёмы) данного тела и пропорциональная массе частицы; то же, что массовая сила. Пример О. с. - силы тяготения. Предел отношения геометрич. суммы О. с., действующих на частицу, к её объёму, при стягивании последнего в точку, наз. напряжением О. с. в данной точке.

ОБЪЁМНАЯ ШТАМПОВКА,

технологич. процесс кузнечно-штамповочного производства, заключающийся в изменении простейших объёмных заготовок (цилиндрич., призматич. и др. формы) в более сложные изделия, форма к-рых соответствует полости специализированных инструментов- штампов. О. ш. как процесс перераспределения металла заготовки происходит в результате пластин, деформации (см. Обработка металлов давлением).

Осн. операции О. ш.- осадка, высадка, протяжка, выдавливание, гибка, плющение, калибровка, образование выступов, утолщений, углублений, осуществляемые на кузнечно-прессовых машинах - молотах, прессах и машинах спец. назначения. Из штампованных поковок после обработки резанием и тёрмич. обработки получают различные детали: шатуны, коленчатые валы, рычаги, зубчатые колёса, лопатки турбин, крепёжные детали, шары, ролики и кольца подшипников и др.

Различают холодную и горячую О. ш. Холодная штамповка осуществляется без нагрева. Исходный материал - калиброванные прутки, нарезаемые на мерные (штучные) заготовки, или проволока в бунтах. Масса получаемых изделий от неск. г до неск. кг; точность по 3-2-му классам; шероховатость поверхности соответствует 7- 10-му классам чистоты. Холодной О. ш. получают ответственные детали с высокими и стабильными механич. свойствами, что объясняется отсутствием рекристаллизации в металле и упрочнением. Т. к. заготовки не нагреваются, на поверхности поковок не происходит образования окалины, обезуглероживания, обесцинкования и т. п., что улучшает качество поковок в целом и сокращает припуски на дальнейшую обработку. В ряде случаев поковки не требуют дополнит. обработки, являясь готовыми деталями (коэфф. использования металла составляет 1). Однако для осуществления холодной О. ш. требуются значит, усилия - до 2500 Мн/м²(1 Мн = 100 тс) и более, что отрицательно влияет на стойкость штампов. Существенно снизить усилия (в 10-15 раз) позволяет нагрев заготовок, т. е. горячая О. ш.

Горячая штамповка осуществляется с нагревом до темп-ры 200- 1300 °С в зависимости от состава сплава и условий обработки. Исходный материал - прокатные прутки, разделённые на мерные заготовки, равные по объёму будущей поковке (с учётом неизбежных отходов). Масса получаемых изделий от неск. г до 6-8 т; точность размеров поковок зависит от их массы и конфигурации и может быть повышена последующей холодной калибровкой; шероховатость поверхности соответствует 3-7-му классам чистоты. Процесс горячей О. ш. аналогичен по физ. сущности свободной ковке, но осуществляется в штампах. Горячей О. ш. получают поковки, однородные по структуре, сравнительно высокой точности, сложной конфигурации, к-рой невозможно добиться при свободной ковке. Однако ср. коэфф. использования металла при горячей О. ш. 0,5 - 0,6 (т. е. до 50-40% металла идёт в отход), при холодной штамповке этот коэфф. значительно выше.

Штампы для О. ш. чаще всего состоят из 2 половин - верхней и нижней (рис.1, слева) или из пуансона и матрицы (рис.1, справа). Обычно при штамповке на молотах и вертикальных прессах нижняя часть штампа неподвижна, а верхняя подвижна. О. ш. выполняют в открытых штампах - с плоскостью разъёма, перпендикулярной направлению штамповки (см. рис.1, слева), или в закрытых штампах - с плоскостью разъёма по периметру поковки (см. рис. 1, справа). Открытый штамп отличается простотой устройства и универсальностью применения, но горячая штамповка в нём связана с образованием заусенца, к-рый обеспечивает заполнение сложного рельефа полости штампа. Для размещения заусенца в штампе предусматривается специальная канавка. После штамповки заусенец обрезают в штампе на обрезном прессе. Отход металла при этом составляет 5- 20%, иногда достигает 50-80%. В закрытых штампах, применяемых при горячей и холодной О. ш., заусенец либо весьма невелик (не более 1 %), либо совсем отсутствует, т. к. поковка формируется из всего объёма металла. Однако эти штампы менее универсальны, напр, в них нельзя получать поковки в форме шара. В тех случаях, когда нужно получить исходные заготовки достаточно высокой точности по объёму, применяют закрытые штампы с компенсаторами - дополнит, полостями, в к-рые вытекает избыточный металл заготовки. Компенсаторы располагаются в таком месте штампа, в к-рое металл поступает в последнюю очередь, чтобы предотвратить преждевременное и чрезмерное попадание металла в компенсатор. Однако этот способ неэкономичен, т. к. металл, поступающий в компенсатор, идёт в отход. Другим технологическим приёмом при горячей О. ш. является применение штамповочных уклонов, к-рые делают в полости штампов с целью облегчения выталкивания готовых изделий. Поковка получается искажённой формы, напр, вместо цилиндра - усечённый конус. Обычно в молотовых штампах уклоны 5-7^о. Излишек металла на поковке (напуск) также является отходом. Для осуществления О. ш. с меньшим уклоном (1-2°) в штампах применяют выталкиватели: при штамповке на молотах - только нижние, на прессах - верхние и нижние.

Рис. 1. Условная схема штампа для объёмной штамповки: 1 - нижняя половина; 2 - верхняя половина; 3 - пуансон; 4 - матрица; 5 - выталкиватель.

Рис. 2. Поковка, левая часть которой получена на молоте, правая - на прессе: - деталь (готовое изделие) после обработки; 2 - припуск на обработку на поковке, получаемой на прессе; 3 - припуск на поковке, штампуемой на молоте.

Одним из рациональных решений является горячая О. ш. в разъёмных матрицах, т. е. в штампах с 2 или неск. плоскостями разъёма, чаще всего на горизонтально-ковочных машинах. Матрицы этих штампов не имеют уклонов, в них можно штамповать даже поковки, расширяющиеся ко дну матрицы. В разъёмных матрицах можно также вести штамповку на гидровинтовых и кривошипных прессах. Поковки для одной и той же детали можно получить методами горячей О. ш. как на молоте, так и на прессе. В этих двух случаях заготовки будут внешне отличаться, иметь разные припуски (рис. 2).

О. ш. применяется как однопереходный процесс для получения простейших поковок и многопереходный - для деталей сложных форм. При многопереходной О. ш. производят подготовит, операции (т. н. фасонирование заготовок), а затем осуществляют окончат, штамповку. Многопереходную О. ш. производят с использованием средств механизации или на автоматах, на гидравлич. прессах с усилием 750 Мн, молотах с массой падающих частей до 20-25 тс, кривошипных горячештамповочных прессах с усилием до 80 Мн, на автоматах для одно- и многопозиц. штамповки, на прессах холодного выдавливания, машинах для раскатки, ковочных вальцах и др. специализированном оборудовании. При штамповке на гидровинтовых прессах и высокоскоростных молотах можно получать поковки с тонкими сечениями. На многопозиционных холодно- и горячештамповочных автоматах осуществляется О. ш. изделий с наибольшими диаметрами: при холодной штамповке до 50 мм с производительностью до 500 шт./мин, при горячей - до 120 мм с производительностью до 70 шт./мин.

Штампы - точный, сложный и дорогой инструмент, поэтому применение О. ш. целесообразно гл. обр. в крупносерийном и массовом произ-вах.

Перспективы дальнейшего развития О. ш. определяются расширением применения штампов для горячей малоотходной штамповки и конструированием мощного оборудования для холодной штамповки, а также внедрением новых процессов деформации металлов с использованием явлений сверхпластичности, применением гидростатич. методов и др.

Лит. см. при ст. Кузнечно-штамповочное производство. Я. М. Охрименко, Г. А. Навроцкий.