Горячая штамповка металла


Описание технологии горячей штамповки металла

Штамповка горячим способом металлической заготовки способствует ее деформации в нагретом состоянии, чтобы придать соответствующую форму изделию. Эти технологии применяются в тяжелом машиностроении, и они по-своему уникальны.

Суть технологии

Горячая штамповка металла заключается в нагревании изделия и давлением заданного штампа формируется деталь. При этом изменение температурного режима производится до состояния, который бы образовался при ковке.

Чтобы не было вытекания металла, в конструкции штампа предусматриваются специальные полости в виде выступов. Так формируется поверхность в виде ручья соответствующая замкнутому типу, а конфигурация выполненного изделия соответствует его форме.

Исполнение горячей штамповки производиться из разнопрофильных брусков сечения: прямоугольного, квадратного или круглого. В исключительных случаях технологический процесс штамповки изделий выполняется из прутка. Для начала производят поковку с заданными размерами, а после ее делят на части. Заготовки для штампов выполняют обычно из металлического прутка.

Эффективность технологического процесса заключается в том, что ее можно применять в производстве серийных заготовок.

При применении этой технологии предприятия имеют множество преимуществ:

  1. Снижается процент образования металлических отходов.
  2. Производительность труда растет.
  3. Возможность выполнения сложных конструктивных элементов.
  4. Обеспечение точности геометрических размеров.
  5. Заготовки отличаются высоким качеством поверхности.

Технология изготовления детали объемной штамповкой следующая:

  • резка заготовки в размер;
  • нагревание в печи;
  • 1 переход;
  • 2 переход;
  • 3 переход;
  • устранение облоя и обработка металла.

По технологии штамповки выполняется огромный перечень действий от загрузки болванки в обрабатываемую зону, завершая изыманием из печи. Алгоритм подразумевает выполнение работ:

  1. Штампы используются с закрытым или открытым ручьями.
  2. Выполнить конструкторскую документацию на разработку поковки.
  3. Продумать за какое количество переходов выполняется заготовка.
  4. Выбрать подходящее оборудование, продумать, какие использовать штампы.
  5. Произвести нагрев поковки, выбирая способ нагрева штампа и режимов работы оборудования.
  6. Исходя из требований качества обработки детали, произвести оценку, какие завершающие операции проводить.
  7. Подсчитать технико-экономические показатели заданного техпроцесса.

По отношению к ковке метод горячего штампования обладает своими достоинствами и недочетами:

№ п/п Достоинства Недостатки
1. Высокая производительность трудового процесса Лимиты по массе получаемых деталей и заготовок, не более – 3,5 тонн
2. Качество обрабатываемой поверхности, допуском и припусков почти в 4 раза меньше; при выполнении калибровки получаемые допуски составляют 0,05 мм, поэтому мехобработке подвергаются лишь места сопряжений со смежными изделиями, а остальных поверхностей достаточная шероховатость и точность Деформация выше, исходя из этого, используется мощное оборудование, это происходит, потому что деформации подвергается заготовка полностью, при этом течь металла подвергается сопротивлению, создаваемого стенками штампа
3. Возможность получения конструктивных элементов сложной конфигурации Достаточно высокая цена оборудования, так как оно сложное и выполняется из качественного материала, а применяется лишь для изготовления одного вида изделия
4. Простота выполняемых операций, для этого необязательно иметь большой стаж работы, программа обучения штамповщика несложная

Для горячей штамповки металла применяется несколько известных технологий, зависимых от следующих параметров:

  • выбора оборудования;
  • геометрических размеров;
  • материала заготовки.

Выбор технологии

По выбранной технологии можно производить несколько типов деталей:

► Удлиненные – к ним относятся рычаги, валы, воротки и иные. Обработка производится плашмя при использовании штамповочного пресса. Последним этапом этой работы является фасонирование, исполняемое в заготовительных вальцах для ковки.

► Дисковые – к ним относятся кольца, диски, шестерни, крышки и иные изделия. При выполнении данной операции используется метод осадки, производимый в торец заготовки. Для этого процесса применяются штамповочные переходы.

Таблица типовых изделий для разной формы поковок с подробным описанием:

№ п/п Краткое описание характеристики Типовые изделия
Изделия удлиненной конфигурации
1. Прямая ось Балки, валы, втулки, шатуны
2. Изогнутые по оси Рычаги, предназначенные для рулевого управления
Симметричные
1. Круглые изделия Фланцы, шестеренки и ступицы
2. Квадратные и многоугольные Гайки, фланцевые соединения и ступицы
3. Изделия, имеющие отростки Типа вилки и крестовины
Иные изделия
1. Комбинированной формы Коленвалы, поворотные кулачки
2. С количеством необрабатываемых поверхностей большего объема Рычажные элементы для переключения передач, крюки для буксира и балки для параллельных осей
3. С внутренними отверстиями и заглублениями Валы с полостями, шестеренчатые блоки и детали для фланцевых соединений

► Штамповочные ручьи, которые в свою очередь подразделяются на:

  1. Протяжные (увеличивается длина отдельных элементов на обрабатываемой заготовки, именно по этой части производится нанесение ударов с кантованием детали).
  2. Заготовительные (выполнение фасонирования детали или равномерное перераспределение металлической массы с минимальными потерями).
  3. Пережимные (при этом одновременно уменьшается высота и увеличивается ширины обрабатываемой заготовки).
  4. Подкатные (диаметр отдельных участков увеличивается при распределении металла по оси заготовки).
  5. Гибочные (производится формирование поковки заготовки с изгибом по оси под 90 0).

► Разновидности штамповочных ручьев:

  • Черновые – конфигурация обрабатываемого материала в большей степени приближена к форме поковки. К особенностям относятся увеличенная глубина, радиусы и уклоны по отношению к параметрам изделия, выполненного начисто.
  • Чистовые – при приобретении требуемой формы увеличиваются размеры на ту величину, на которую увеличиваются усадки металлической заготовки. Металлопрокат располагают в центральной оси штампа, так как на его оказываются максимальные усилия.

О схемах штампов

► В производственном процессе применяются две схемы горячего штампования:

  1. Закрытого типа – по заданной технологии между частями штампа неподвижной и подвижной просвечиваются небольшие зазоры минимальны. Для исполнения изделий применяются прессы с выступом наверху рабочего инструмента, а внизу размещена полость. Или, напротив, на молотах при выступе снизу, в полости в верхней части используемого инструмента. Этот способ применяется, когда объемы готового изделия и поковки соответствуют по параметрам. Штампы этой разновидности имеют одновременно две полости для разъема, расположенные под углом 900, относительно друг друга.
  2. Открытого типа – принцип их работы основан на том, что между неподвижной и подвижной частями обеспечивается зазор, в который выливается лишний металл. Их можно применять для поковок любого размера.

► Преимущества производства с использованием открытых типом штампов:

  • Безупречное качество поверхности.
  • Однородная структура материала.
  • Экономия металла.
  • Возможность применения материалов с невысокими показателями пластичности, так как воздействует высокое напряжение и обеспечивается неравномерность при сжатии.

Применяемое оборудование

Даже если обрабатываемый материал имеет мягкую структуру, использование оборудования для придания заданной формы обязательно. К этому оборудованию можно отнести:

  1. Гидравлические прессы.
  2. Гильотины.
  3. Кривошипно-шатунные механизмы.

Также нужно правильно выполнять расчеты по расходу материалов и выполнять чертежи, с учетом требований государственных стандартов.

Если рассматривать штамповочный станок, то в его состав входят следующие конструктивные элементы:

  • исполнительный механизм, соответствующий типу станка;
  • мотор для приведения оборудования в движение;
  • передачи, обеспечивающей движение от одного механизма к другому.

Видео: горячая штамповка металла – автоматизированные линии.

О работе механизмов

► Кривошипно – шатунные прессы. Принцип действия его заключается во вращении привода, который, в свою очередь, преобразует движение в возвратно-поступательное на установленном ползуне. Детали технического устройства выполняются из стали прочной структуры с ребрами жесткости.

Движется ползун по заданному режиму, при этом на него воздействует усилие в 8000 т. Установки кривошипного типа, используемые на производствах, снижают себестоимость деталей, а также упрощают их изготовление. Экономия составляет около 30%. Станки подразделяются на: простые, с двойным действием или с тройным действием.

С помощью технического устройства можно выполнять следующие технологические решения:

  1. Производство штампованных деталей при открытых или закрытых матрицах.
  2. Исполнение заусенца.
  3. Выдавливание заготовок.
  4. Прошивку.
  5. Обработку одновременно несколькими способами.

Под воздействием одной ударной нагрузки механические прессы производят работу, но при ударе меньшей силой от гидравлического пресса получается лучшие эффект. В связи с этим гидравлику используют для крупногабаритных и толстостенных деталей.

► Гидравлические прессы. Завод – изготовитель выпускает оборудование для ковки, создания продавливающих усилий и проштамповывания поверхности. Переработка металлических отходов с их помощью тоже результативна. Принцип действия заключается в увеличении силы давления на изделие в несколько раз.

Выглядит пресс следующим образом: это два цилиндра, заполненные водой и между ними расположена труба. В каждом цилиндре находятся поршни, а основа принципа работы заложена на законе Паскаля.

► Радиально-ковочные механизмы. Заготовка располагается в модуле, в котором осуществляется нагрев по принципу индукции. После того как материал становиться мягким она подается на захват через конвейерный механизм непосредственно в зону обработки. В процессе приобретения нужной формы заготовка вращается, что обеспечивает ее равномерную обработку. Ковка детали осуществляется бойками.

Функционирование пресса производиться от мотора, присоединенного к клиноременным передачам. Их вертикальное размещение передает движение на боек и шатунный механизм. Для синхронности работы в устройстве расположены копирные барабаны. Червячные передачи приводят в работу держатель электромотором. Притормаживание движений осуществляется пружинной муфтой.

metmastanki.ru

Виды и способы современной штамповки металла

Штамповка металла – это технологическая операция, которая представляет собой контролируемый процесс изменения формы и размеров заготовки под действием давления. Процесс отличается высокой производительностью, а потому широко используется в различных отраслях промышленности.

Технология имеет богатую историю, однако ее механизация началась в 50-х годах XIX века: к процессу стали подключать станки, что увеличило производительность и повысило качество изделий. Современное штамповочное оборудование позволяет изготавливать различные детали: от мелких элементов часового механизма до составных частей летательных аппаратов.

В серийном производстве активно применяется листовая штамповка. С помощью данной технологии обрабатывают металл, пластик и другие материалы. Процесс отличается высокой производительностью, стабильностью и точностью.

Холодная штамповка считается наиболее прогрессивным методом обработки давлением. Как следует из названия, это производственные операции без предварительного нагрева заготовки. Такой подход позволяет повысить прочность и чистоту поверхности изделия.

Виды штамповочных технологий

За время своего существования появилось немало методов штамповки. Массовое производство требует особого подхода, где на первое место ставится скорость и качество изготовления изделий. Ручная штамповка сейчас используется исключительно в частном порядке, для создания единичных экземпляров.

Прежде чем рассматривать способы обработки давлением, рассмотрим прочие виды штамповки:

  1. Магнитно-импульсная. Для изменения формы деталей используются кратковременные импульсы электрического тока.
  2. Изотермическая штамповка деталей. Используется для деформирования легированных и жаропрочных сортов стали. Особенность изотермического процесса заключается в том, что контактную форму нагревают до температуры деформации заготовки. В качестве рабочего оборудования используют гидравлические прессы.
  3. Штамповка взрывом. Разновидность импульсного способа. Активно используется в сфере производства летательных аппаратов. Принцип работы основан на передаче воздействия взрывной волны через воздух или воду. В результате заготовка деформируется, приобретая очертания используемой матрицы.

Помимо производственных функций, энергию взрыва используют в качестве привода подвижных частей оборудования. Метод был разработан в Харьковском авиационном институте в 1949 году.

Технологический процесс, при котором изделие получают путем давления на расплавленный металл, называют жидкой штамповкой. Ввиду высокой стоимости матриц и пунсонов метод целесообразно использовать только в массовом производстве.

Листовая штамповка

Штамповку деталей из листового металла используют в массовом производстве для изготовления объемных или плоских конструкций. Процесс формирования готового изделия происходит с применением специального инструмента, который называется штамп. Технологию листовой штамповки использовали еще древние люди. С ее помощью изготавливали посуду, украшения и сельскохозяйственные принадлежности.

Процесс обработки заготовок делят на две категории, которые отличаются рабочей температурой:

  1. Холодная штамповка. Данный метод считают наиболее эффективным. Его применяют для изготовления кузовных деталей транспорта. Грамотная разделка помогает рационально использовать основной материал. Наилучших показателей можно добиться, используя углеродистые и легированные стали, а также листовую медь и алюминий.
  2. Горячая штамповка. Как следует из названия, данный метод подразумевает предварительный нагрев заготовки. Для этого используют пламенные или электрические печи. Технологические операции данного метода абсолютно не отличаются от холодного способа производства. Единственный нюанс заключается в толщине листового металла: данный показатель не должен превышать 5 мм. С помощью данного метода производят элементы корпуса в судостроительной промышленности.

Объемная штамповка

Разновидность обработки деталей давлением. Особенность процесса заключается в использовании заготовок простейшей геометрической формы. Данная технология позволяет получить в результате объемной пластической деформации более сложное изделие.

Горячая штамповка характеризуется повышенной температурой, при которой протекает процесс. Степень нагрева зависит от используемых материалов. В отличие от штамповки жидкого металла агрегатное состояние заготовки остается неизменным.

Рассмотрим особенности каждого процесса.

Технология горячей объемной штамповки (ГОШ)

Горячую объемную деформацию деталей выполняют под воздействием температуры и давления на заготовку. Для получения необходимой формы материал нагревают и помещают в закрытые штампы. Между используемыми пресс-формами отсутствует зазор. Таким образом, готовое изделие формируется в закрытой полости, которая называется ручьем или гравюрой. Подход характеризуется низким процентом облоя, однако требует внимания на стадии заготовок.

Готовые изделия отличаются точностью размеров и качеством поверхности.

Технологический процесс ГОШ:

  1. Определяется тип штампа.
  2. Разрабатывается подробный чертеж.
  3. Технологи рассчитывают количество переходов от заготовки до готового изделия.
  4. Для каждого промежуточного этапа готовят индивидуальный чертеж.
  5. Подбирают пресс-формы для переходов.
  6. Определяют параметры и способ нагрева заготовки.
  7. Исходя из требований к детали определяют необходимые финишные процедуры.

По завершении разработки проекта экономисты рассчитывают себестоимость выполнения работ.

По сравнению с горячей ковкой ГОШ обладает гораздо большей производительностью и точностью работ. Требования к подготовке оператора оборудования не отличаются строгостью: среднее время обучения специалиста составляет 6 месяцев. К недостаткам относят ограничение по массе конечного изделия и высокую стоимость штамповочного оборудования.

Метод холодной объемной штамповки

В качестве заготовок для холодной объемной штамповки используют калиброванные прутки или проволочный материал. Технология позволяет получить изделия высокой точности и чистоты поверхности. Кроме того, благодаря отсутствию рекристаллизации металла, такие детали отличаются высокой устойчивостью к механическим повреждениям.

Основным недостатком технологии считают чрезмерные усилия, которые необходимо прилагать для получения готового изделия. По сравнению с ГОШ этот показатель выше в 10–15 раз. Высокие механические нагрузки негативно влияют на продолжительность эксплуатации штампов.

Суть и назначение холодной штамповки листового металла

Холодная штамповка – самая популярная технология изготовления различных деталей из металла и полимеров. Универсальность метода заключается в том, что он позволяет производить конструкции любой величины: от кухонных принадлежностей до элементов крупных судов.

Холодную листовую пластичную деформацию ценят за следующие преимущества:

  1. Безграничные возможности для механизации и автоматизации процесса.
  2. Низкая себестоимость производства.
  3. Высокий коэффициент использования материала.
  4. При изготовлении тонкостенных элементов не снижается прочность конструкции.
  5. Отсутствует необходимость в финишной обработке готовой продукции.

Высокое качество и технологичность имеют обратную сторону: для наладки оборудования требуются квалифицированные специалисты. Кроме того, проектирование процесса является трудоемкой операцией.

Операции холодной штамповки

Любую рабочую операцию листовой штамповки можно отнести к группе разделительных или формоизменяющих действий. Рассмотрим основные процедуры:

  1. Резка. Операция подразумевает разделку материала по прямой или сложной линии. В качестве рабочего оборудования используют различные типы ножниц или гильотин. Резку можно выполнять как на начальной, так и на финишной стадии производства.
  2. Пробивка. Получение отверстия произвольной формы.
  3. Вырубка. Разделка конструкции по замкнутому контуру. При этом отделенная часть является деталью, а не отходом, как при пробивке.
  4. Отбортовка. Операция создания бортика по наружному или внутреннему контуру. Чаще всего процедуру проводят на торцевой части труб, в местах установки фланцев.
  5. Вытяжка. Преобразования плоского изделия в полую объемную деталь. Процесс может сопровождаться изменением толщины стенок.
  6. Обжим. Уменьшение размеров торцевой части путем обжатия в конической матрице.
  7. Гибка. Придание изогнутой конфигурации плоским деталям. Наиболее распространенной является V- и U-образная гибка.
  8. Формовка. Изменение локальной формы детали с сохранением размеров наружного контура.

Классификация оборудования для штамповки

Штамповочный пресс представляет собой станок с кривошипным или гидравлическим приводом. На рынке имеется широкий выбор оборудования. Характеристики штамповочных линий отличаются по прочности и размерам обрабатываемых материалов. Для мягких металлов не требуются станки высокой мощности.

Штамповочное производство и оборудование для него регламентированы требованиями межгосударственных стандартов. Кроме того, ГОСТ устанавливает предельно допустимый расход материалов и утверждает правила разработки проектов.

Рассмотрим оборудование, которое применяется на производственных предприятиях.

Кривошипно-шатунные прессы

Принцип действия оборудования основан на преобразовании кривошипно-шатунным механизмом крутящего момента в возвратно-поступательное движение ползуна.

Подобное оборудование относят к механизмам простого типа. Они могут быть двойного или тройного действия.

Гидравлические прессы

Наиболее мощное оборудование, способное развивать усилие до 2 тыс. тонн. Принцип действия основан на перемещении двух гидравлических цилиндров разного диаметра. Величина отличия в размерах определяет степень воздействия на поверхность. Жидкость приводится в движение с помощью специальных насосов с электрическим приводом.

Радиально-ковочные прессы

Представляют собой формовочный пресс для изготовления деталей цилиндрической конфигурации. В комплектацию станка входит индукционная печь для предварительного нагрева болванок.

Оборудование используется для получения поковок квадратного, круглого или прямоугольного сечения.

Электромагнитные прессы

Продукт современных технологий. В качестве движущей силы используется энергия электромагнитного поля, которая давит на сердечник с проволочной обмоткой. В процессе перемещения он воздействует на исполнительную часть станка.

Автоматические штамповочные линии

Современные станкостроительные предприятия предлагают широкий выбор автоматических штамповочных линий и комплексов для решения различных задач. Станки представляют собой высокотехнологичное оборудование, изготовленное под руководством квалифицированных инженеров-технологов.

Современные комплексы оснащают системами ЧПУ с центральным сенсорным дисплеем, что сводит функции оператора к минимуму.

Штамповка металла – востребованная технология, которая позволяет производить детали с высокими эксплуатационными характеристиками. Как вы считаете, могут ли полуавтоматические станки конкурировать с числовым программным управлением или такое оборудование является устаревшим? Поделитесь вашим мнением в блоке комментариев.

wikimetall.ru

Горячая объемная штамповка и холодная штамповка деталей из листового металла

Горячая объемная штамповка представляет собой процесс намеренного деформирования нагретой заготовки из разного рода металла для изменения ее размеров и конфигурации.

Причем, геометрические характеристики изделия при этом меняются в нескольких измерениях, а не в одной плоскости. Технология нашла применение во многих отраслях промышленности и имеет весьма обширные перспективы для дальнейшего развития и совершенствования.

В каких областях промышленности технология нашла применение?

Горячая объемная штамповка ‒ вид обработки металлозаготовок с помощью давления, который подразумевает использование специального инструмента, штампа, для формообразования поковки из разогретой заготовки.

Поверхности полостей и выступов отдельных частей штампа при этом ограничивают течение металла, поэтому в итоге операции происходит образование единственной замкнутой полости по конфигурации поковки. Такую полость называют ручьем.

Для данного вида обработки необходимы специальные штамповочные заготовки. Их изготавливают с применением проката профилей разных форм путем разрезания прутков на отдельные изделия кривошипными пресс-ножницами, механическими пилами, газовой резкой и т.п.

Горячая объемная штамповка.

Достоинства такой технологии при сравнении с ковкой заключается в следующем:

  • высокие показатели производительности;
  • более высокая точность изготовления деталей: допуски при штамповании поковок в 3 раза меньше, нежели при ковке.

Основными недостатками технологии являются дороговизна инструмента и его узкая направленность: конкретный штамповочный станок подходит для создания поковки одной формы и размера.

Помимо этого, для осуществления объемной горячей штамповки поковок потребуется в несколько раз больше усилий деформирования, нежели для ковки аналогичных поковок.

Технология активно применяется на производственных предприятиях металлообрабатывающей промышленности, которые имеют дело с алюминиевыми сплавами, латунью.

С помощью горячей штамповки прессом изготовляются заготовки для деталей легковых автомобилей, тракторов и других видов сельскохозяйственных машин, самолетов, железнодорожных вагонов, станков и т.п.

С учетом тенденции к росту серийности в машиностроении штамповка в будущем приобретет еще большую популярность и развитие.

Разновидности объемной штамповки

Существуют разные виды объемной штамповки: холодная и горячая. Первая технология менее распространена, нежели горячая, так как для нее не требуется очень мощное оборудование.

Помимо этого, стоит отметить склонность большинства сталей и сплавов поддаваться обработке именно в горячем состоянии. Поэтому именно горячий вид штамповки и ковки предпочтителен для множества предприятий металлургической отрасли, которые предполагают изготовление изделий из листов металла.

Но и свои достоинства у холодной технологии создания поковок из металла присутствуют:

  • в процессе работы не происходит нагревание металла;
  • металлическая поверхность не окисляется при контакте с кислородом;
  • можно изготовить изделия с более точными параметрами;
  • низкие показатели шероховатости металлической поверхности;
  • низкий расход металла;
  • низкая трудоемкость производства изделий.

Горячий метод штамповки поковок отличается:

  • высокими показателями производительности;
  • отменной однородностью и прочностью готовых поковок;
  • возможностью получения поковки сложной формы;
  • высокой автоматизации рабочих процессов.
Процесс горячей штамповки.

Различают разные способы горячей объемной штамповки, в зависимости от типа примененных штампов:

  • открытая;
  • закрытая;
  • выдавливанием;
  • прошивкой;
  • в разъемных матрицах.

Именно  такая классификация считается основной, потому что тип использованного в работе штампа является определяющим фактором для характера течения металла при формообразовании поковки.

Благодаря использованию технологии обработки металлов данным методом можно изготовить разнообразные по геометрическим параметрам поковки:

  1. Детали удлиненной формы: рычаги, шатуны. Для их производства потребуется штамповочный пресс. Исходную заготовку поддают протягиванию и обрабатывают плашмя. В конце работы деталь фасонируют при помощи ковки.
  2. Дисковые детали квадратной, круглой формы и небольшой длины: ступицы, шестеренки, фланцы, крышки. Изготавливаются с помощью технологии осадки в торец заготовки. А их использование осуществляется с применением штамповочных переходов.

Путем штамповки крайне сложно изготовить абсолютно точные по размеру поковки, по этой причине существует такое понятие как допуски. Они учитывают недоштамповку изделия по высоте, износ ручья штампов, риск сдвига штампов в процессе использования и т.п.

Если допуски обуславливают чистоту поверхности и точность поковки, что удовлетворяет общим требованиям к конечным результатам работы, то в дальнейшем иных припусков не предполагают.

Если же предполагаемые заранее допуски или чистота поверхности металла на деле оказались неудовлетворительными, стоит рассмотреть возможность получения более точных параметров поковок путем калибровки, чеканки, улучшения качества самого процесса и нагрева.

Если же это решение не позволяет решить вопрос, то назначаются припуски для последующей обработке путем резки.

Технологические схемы штамповки

Станок горячей штамповки металла функционирует с применением специальных рабочих схем. С их помощью выполняется ковка и штамповка различных металлических изделий. Исходя из характеристик примененной рабочей схемы, можно определить будущие параметры готовой поковки.

Классифицировать такие схемы можно по типу задействованных в работе штампов:

В закрытых штампах

Полость штампа в процессе деформации закрыта, поэтому зазор между подвижной и неподвижной зонами минимален. Особенности устройства штампа закрытого типа определяет вид штамповочного станка.

В большинстве случаев верхняя часть штампа характеризуются выступом, а нижняя – представляет собой полость. Также можно встретить обратную ситуацию.

Применение подобных изделий на практике должно осуществляться с тщательной подготовкой и четким контролем над идентичностью объемов поковки и заготовки.

Также проблемы могут возникнуть с высотой поковки при работе горячим методом: если металла будет чрезмерно много, высота поковки получится больше, чем запланировано. Чтобы штамповка проходила по оптимальной схеме, важно отрезать заготовки с максимальной точностью.

В открытых штампах, имеющих переменный зазор

В него вытекает определенный объем металла, что позволяет заполнить рабочую полость поковки в полной мере. Помимо этого, облой заполнится излишками металла на конечной стадии работы, что снизит запрос к точности заготовок по весу.

Холодная и горячая штамповка с применением таких изделий осуществляется в четыре стадии: осадка заготовки, совмещение стеночек изделия с заготовкой, вытекание лишнего металла в канавку при обжатии, удаление избыточного металла из полости.

Достоинством штампов для горячей штамповки является возможность произвести любой вид поковок.

Закрытые штампы также характеризуются определенными преимуществами:

  1. Более благоприятная структура поковок. В данном случае не происходит перерезания волокон в облой в точке вытекания металла. Они обтекают поковочный контур, что позволяет достигнуть уникальной точности поверхности деталей без каких-либо видов шлифовки;
  2. Отсутствие облоя при такой схеме. Это позволяет значительным образом снизить расход металла.
  3. Наличие возможности работать с малопластичными сплавами, характеризующимися высоким уровнем деформации под высоким напряжением неравномерного всестороннего сжатия.

Инструменты и оборудование

Штамповочное производство холодным и горячим методами требует наличия ряда инструментов и приспособлений. Применяемое для штамповки оборудование условно делится на основное и вспомогательное.

К первой группе инструментов причисляют штампы, разделяющиеся, в свою очередь, на ковочные для изготовления изделий и обрезные для ликвидации заусенцев после штамповки.

Все они предназначаются для создания исключительно заданной детали, но иногда можно встретить и варианты со съемными частями и блоками, которые позволяют выполнить переналадку.

Штамповочный инвентарь для горячей технологии производится из высококачественной легированной инструментальной стали, потому что на изделия в процессе эксплуатации оказывается высокое механическое давление и термическая нагрузка.

Но это довольно дорогой материал, поэтому для экономии денежных средств штампы производят со вставками из более дешевых металлов.

Холодная штамповка металла предполагает использование оборудования, работающего при высоких удельных нагрузках и обеспечивающего высокую точность форм и размеров изделий. Оно характеризуется высокой производительностью и увеличенным рабочим ходом, так как обладает высокой жесткостью конструкции.

Процесс получения объемных штампов.

Kо второй группе инструментов и приспособлений для осуществления штамповки относят:

  • приспособления, позволяющие осуществить доставку и загрузку металла в печь, его подачу от печи к молоту и передачу заготовок от одного молота к последующему;
  • инвентарь для подачи заготовок под штамповочный пресс с их последующим перекладыванием из одного ручья штампа в другой;
  • инструменты для удаления поковки из штампов после изготовления;
  • измерительные приборы и шаблоны для осуществления периодического контроля отштампованных поковок.

Для обработки деталей из металла методом горячей объемной штамповки потребуется следующее оборудование:

  • молотовые штампы;
  • горячештамповочные кривошипные прессы;
  • горизонтально-ковочные агрегаты.

Самые распространенные варианты сегодня ‒ это паровоздушные молоты с двойным действием и простые приводные фрикционные молоты. Они работают за счет ударно-деформирующего воздействия на металлозаготовку.

Высококачественное перераспределение металла можно обеспечить при условии одновременного регулирования хода подвижных деталей и силы удара в сочетании с кантованием заготовки. Отметим, что молоты причисляются к категории довольно недорого штамповочного оборудования.

Также при горячем штамповании часто используются кривошипные прессы с жестким приводом, не позволяющим изменять направление ползуна.

Изготовленные с помощью прессов поковки отличаются большей точностью за счет жесткого хода. Это сводит к минимальной вероятности риск появления припусков на механическую обработку.

Недостаток такого оборудования заключается в необходимости проводить предварительную очистку заготовки от окалины, иначе она вжимается в тело поковки.

При соприкосновении разогретого металла со стеночками пресса происходит остывание заготовки из-за большого количества времени, потраченного на процесс деформации.

Подведем итог

Горячая и холодная штамповка – технологии, активно задействованные на предприятиях металлургической промышленности, в машино- и авиастроении и в иных производственных сферах при изготовлении разного типа деталей из стали и цветных металлов.

При этом горячая листовая штамповка встречается чаще, нежели холодная, так как позволяет работать практически со всеми металлами, и в том числе низкоплавкими.

tutsvarka.ru

Горячая объемная штамповка

Метод горячей объемной штамповки использует одно из основных физических свойств металлов — пластичность. Это свойство металлического поликристалла изменять свои размеры при приложении к нему усилия.

Горячая объемная штамповка

Пластичность растет с повышением температуры, поэтому для изготовления сложных объемных деталей заготовки нагревают.

Таким способом изготавливают детали самой разнообразной формы — от деталей часов до колесных дисков автомобиля.

Процесс горячей объемной штамповки

Метод заключается в том, что при приложении высокого давления металл горячей болванки подвергается серии последовательных деформаций, и, не нарушая своей целостности, затекает в свободное пространство специально подготовленных штампов, повторяя их пространственную форму и приходя к заданным размерам. Выступы и впадины в соответствующих локальных областях штампа ограничивают и направляют движение металла, приближая с каждым проходом конфигурацию и габариты болванки к параметрам конечного изделия. При последнем рабочем проходе они формируют замкнутый единый ручей (полость), совпадающий с конфигурацией готового изделия.

Технологический процесс горячей объемной штамповки

Термин горячая объемная штамповка металла указывает на то, что габариты и геометрия заготовки меняются не в одном, а в двух или трех измерениях.

Горячая штамповка в качестве болванок использует круглый или прямоугольный прокат, а также горячекатаный лист. Горячая объемная штамповка проводится и прямо из прутка, если конфигурация детали не очень сложная и достаточно одного-двух проходов. Впоследствии отдельные детали отрубают от прутка.

По своей форме конечные поковки подразделяют на два основных класса:

  • Дисковые: фланцы, крышки, ступицы, прочие круглые (прямоугольные) поковки с длиной, малой относительно диаметра. Здесь выбирают базовую технологическую схему осадки в торец исходной болванки.
  • Удлиненные: рычаги, валы, шатуны и похожие на них по конфигурации детали. Болванка располагается на штампе плашмя, и в ходе нескольких черновых и штамповочных операций ей придают окончательную форму. До завершающего прохода исполняют формовку в ручьях и на вальцах.

По технологическим схемам активно применяются две наиболее употребительных:

  • штамповка в закрытых штампах
  • штамповка в открытых штампах

Горячая объемная штамповка в закрытых штампах осуществляется в штампе с небольшим зазором между его половинами. Подразумевается, что объемы заготовки и готового изделия совпадают. Эту оснастку снабжают двумя поверхностями разъединения, находящимися под некоторым углом. Схема используется в производстве сравнительно несложных по своей форме деталей и позволяет добиться наибольшей однородности внутреннего строения детали и меньшей шероховатости.

При применении схемы горячей объемной штамповки в открытых штампах нет точного соответствия объемов между заготовкой и конечным изделием, происходит активное перераспределение массы металла между частями поковки. Часть металла выдавливается за пределы штампа в специальную канавку и называется облоем. Схема позволяет штамповать детали практически любой конфигурации, поскольку позволяет проводить большое количество черновых и завершающих проходов с промежуточным кантованием болванки.

Горячая объемная штамповка обладает такими достоинствами, как:

  • Изготовление поковок весьма сложной формы.
  • Снижение потерь материалов.
  • Снижение удельной трудоемкости.
  • Нет необходимости в высокой квалификации штамповщика.
  • Точность соблюдения габаритов и конфигурации.

К минусам метода горячей объемной штамповки относят

  • Сложность операций
  • Значительная энергоемкость
  • Существенная стоимость и трудоемкость проектирования и изготовления оснастки. Штамп приходится делать из высококачественных материалов, и применим он только к данному изделию.
  • Необходимость использовать большее усилие, чем при ковке
  • Лимит веса готового изделия до 3-4 тонн.

Преимущества и недостатки

В целом горячую объемную штамповку имеет смысл применять при выпуске средних и больших серий, а также, если сложность формы и толщина детали не допускают применение обойтись холодной формовкой.

Технологический процесс горячей объемной штамповки охватывает множество подготовительных и рабочих операций, от поступления материала и до получения конечного изделия.

Схема горячей объемной штамповки

Проработка технологии включает такие этапы, как:

  • Определяется схема горячей объемной штамповки — в открытых штампах или закрытая, выпускается конструкторская документация.
  • Определяют переходы процесса, с учетом допусков выставляют размеры болванки.
  • Исходя из потребного усилия горячей объемной штамповки выбирают оборудование (пресс, молот, и т. д.).
  • Проектируются штампы.
  • Задается метод нагревания и температурно — временной режим для каждой операции.
  • Определяются отделочно-завершающие операции.
  • Определяются технико-экономические характеристики проектируемого техпроцесса.

Горячая объемная штамповка требует от технологов, конструкторов и цехового персонала глубоких знаний по материаловедению и обширного практического опыта работы с данным процессом.

Сам процесс горячей объемной штамповки разделяется на следующие этапы:

  • Нарезка проката на болванки,
  • Доведение заготовок до рабочей температуры
  • Штамповочные операции
  • Удаление облоя
  • Коррекция формы (при необходимости)
  • Термообработка
  • Удаление окалины
  • Калибровка,
  • Прием службой технического контроля.

Смазка для процесса горячей объемной штамповки

До подачи на штамп болванки требуется полностью и равномерно прогреть. На современных предприятиях этим процессом управляет автоматика, обеспечивая заданных график повышения температуры, равномерное прогревание всех заготовок по всему их объему и исключение образования оксидных пленок и зон пониженного содержания углерода. В качестве нагревателей применяют:

  • электроконтактные установки. Нагрев осуществляется путем включения болванки в электрическую цепь и прохождению по ней сильного тока.
  • индукционные системы. Нагрев производится вихревыми токами, возбуждаемыми в приповерхностном слое заготовки;
  • газовые печи. Повышение температуры проходит в изолированной от атмосферы камере, заполненной инертным газом, исключающим образование окалины.

Удаление облоя и пробивка пленок применяется в случае открытой схемы горячей объемной штамповки. При этом используют специальные обрезные и пробивные штампы и кривошипные прессы.

Иногда в ходе выемки изделий из штампа, обрубки облоя или термообработки происходит искривление осей изделия либо нарушение поперечных сечений. Тогда применяют операцию коррекции формы, или правку. Заготовки больших размеров либо изготовленные из высококачественных сталей подвергаются правке, будучи горячими. Операция проводится в чистовом ручье после удаления облоя. Иногда операцию правки совмещают с обрезкой. Изделия небольшого размера корректируют винтовыми прессами по окончании термообработки и остывания.

Термообработка в горячей объемной штамповке

Термообработку проводят с целью доведения физических свойств изделий до заданных параметров и для облегчения финальной обработки. Операция позволяет также снять остаточные напряжения, уменьшить зернистость, повысить вязкость и пластичность.

Объемная штамповка

Чтобы упростить операции контроля, обеспечить прецизионное позиционирование болванки и снизить износ инструмента на стадии механической обработки, проводят очистку изделий от окалины. Для этого применяются дробеструйные комплексы. В изолированной камере поковки воздухом под большим напором разгоняют стальную дробь и направляют ее на движущиеся, на транспортере изделия. Многочисленные соударения сбивают пленки и хлопья окислов в поверхности, придавая ей матовый внешний вид и одновременно уплотняя приповерхностный слой. Для мелких изделий применяют другую установку — галтовочный барабан. В нем большое количество деталей пересыпается вместе с добавляемыми к ним металлическими шариками или звездочками. Благодаря многочисленным соударениям деталей с них сбивается окалина.

Иногда в последовательность добавляют еще один переход — калибровку. Она проводится с целью избежать финишной обработки, оставляя только шлифовку. Посредством плоскостной калибровки достигают точности габаритов по вертикали. Объемная калибровка служит для доведения габаритов в нескольких направлениях, позволяя также и снизить шероховатость. Для калибровки используют специальные штампы с особо точными ручьями, повторяющими конфигурацию поковки.

Штамповочные ручьи и их виды

Для простых конфигураций изделий горячая объемная штамповка выполняется за один проход.

Штамповочные ручьи и их виды

Если же предстоит отштамповать замысловатое изделие с перепадами толщин и высот, выступы и изгибы — изготовление проводят за несколько проходов, в каждом из которых формовка делается отдельной впадиной на штампе — ручьем. Их подразделяются на два вида:

Заготовительные

Используются для фасонирования приведения материала болванки к пространственной конфигурации, позволяющей провести операции горячей объемной штамповки с минимальными потерями материала.

Заготовительные ручьи

Виды заготовительных ручьев:

  • Протяжной — растягивает определенные части болванки, сужая их сечение. Применяется серия несильных ударов с переворотом болванки
  • Податной — утолщает сечение болванки, «перегоняя» на это место материал с соседних участков. Применяется также серия несильных ударов с переворотом болванки
  • Пережимной — плющит болванку в месте применения, вызывая увеличение местной ширины. Используется 1-3 сильных удара,
  • Гибочный – используется для деталей с выгнутой осью
  • Осадочный — применяется для изделий, близких к круглой форме. Уменьшает высоту болванки, добиваясь нужной высоты и радиуса

Штамповочные

Используются в завершающей формовке, бывают черновыми и чистовыми.

Черновой используется для изделий сложной конфигурации и в целях снижения износа чистового. Предназначен для приближения габаритов и конфигурации болванки к окончательному изделию. Он глубже и уже, чем чистовой ручей, обладает большими радиусами и уклонами. Эти меры применяются для свободного размещения болванки в чистовом ручье.

Штамповочные ручьи

Чистовой ручей используется для формовки конечной продукции, изготавливается с припуском на усадку при охлаждении. Устанавливается в середине штампа, поскольку давление и возникающие напряжения при чистовой штамповке максимальны. Для отвода выдавливаемого металла вокруг ручья расположена облойная канавка.

Схемы штамповки

Конкретная конфигурация горячей объемной штамповки выбирается опытным технологом, принимающим во внимание следующие параметры:

  • Размеры детали.
  • Материал.
  • Форма.
  • Доступное оборудование.
  • Лимиты трудоемкости и материальных затрат.

На текущий момент применяется две основные схемы горячей объемной штамповки:

  • с открытым штампом;
  • с закрытым штампом.

Штамповка в закрытом штампе проводится с небольшим зазором между его половинами. Подразумевается, что объемы болванки и конечной детали точно совпадают. Иногда делают две линии примыкания, находящиеся под углом друг к другу. Схема используется для формовки сравнительно несложных по конфигурации поковок и позволяет добиться наибольшей однородности внутреннего строения детали и меньшей шероховатости.

Схема штамповки в закрытых штампах

При применении схемы горячей объемной штамповки в открытых штампах нет соответствия объемов болванки и конечного изделия, происходит активное перераспределение массы металла между ее частями. Некоторая часть металла выдавливается за пределы штампа в приспособленную для этого канавку и называется облоем. Схема позволяет штамповать детали практически любой конфигурации, поскольку позволяет проводить большое количество черновых и завершающих проходов с промежуточными поворотами болванки.

Оборудование, используемое для горячей объемной штамповки

Оборудование для горячей объемной штамповки включает в себя:

  • Молоты
  • Кривошипные прессы
  • Горизонтально-ковочные машины

Технология применения каждого класса установок связана с их конструкцией. Молоты допускают такие схемы, как открытая штамповка и штамповка в закрытых штампах

Горячая объемная штамповка на молотах

Технология использует явление преобразования кинетической энергии падающего массивного молота в энергию ударной деформации заготовки. Молоты поднимаются в исходное состояние сжатым воздухом или паром и имеют массу от 0.5 до 25 тонн.

Горячая объемная штамповка на молотах

Изменяя высоту подъема молота, можно регулировать силу удара. Ход молота также регулируется, это дает возможность для поворота заготовки во время очередного подъема молота и более точной штамповки. Доступны все подготовительные операции, включая протяжку и подкат.

Точность изготовления деталей на молотах оставляет желать лучшего, что объясняется неминуемым сдвигом частей штампа друг относительно друга в момент удара. Допуски при использовании молотов приходится давать большими, а для обеспечения возможности выемки изделий из пресса делаются большие штамповочные уклоны.

Горячая объемная штамповка на прессах

Горячая штамповка металла проводится и на кривошипных прессах. Главная характеристика оборудования — это развиваемое им усилие, варьирующееся от 6 до 110 МН.

Горячая объемная штамповка на прессах

Конструкция кривошипного горячештамповочного пресса имеет жесткий привод и не дает возможности регулировать ход пресса и его усилие. Эти факторы исключают из перечня допустимых операций протяжку и подкат, поскольку для них нужно постепенно увеличиваемое давление.

Отсутствие ударов, постоянный ход штампа и использование направляющих исключает сдвиг, что позволяет добиться точности обработки, принципиально недостижимой на молотах.

Соответственно допустимо задание существенно меньших допусков, штамповочных радиусов и уклонов, что снижает потери материалов и повышает производительность оборудования.

Кроме того, статическая деформация глубже проникает в болванку, чем динамическая, и это делает доступными для обработки материалы с низкой пластичностью.

Отрицательными особенностями кривошипных горячештамповочных прессов являются:

  • окалина запрессовывается в поверхность, для борьбы с этим применяют нагрев в инертной атмосфере или глубокую зачистку болванки;
  • ввиду продолжительного соприкосновения с пуансоном болванка остывает, снижается ее пластичность и заполняемость.

Штамповка на горизонтально-ковочных машинах

При горячей объемной штамповке этим методом, установка также приводится в действие кривошипным механизмом, главное деформирующее усилие прикладывается по горизонтали. В дополнение к этому применяется еще один ползун, размещенный под прямым углом. Матрица соответственно также составлена из двух частей, одна из которых является подвижной.

Штамповка на горизонтально-ковочных машинах

Доступны такие переходы, как высадка, прошивка и пробивка. Для штамповки стержней, колец, труб с утолщениями и отверстиями в качестве заготовок применяют круглый или квадратный пруток.

Эти специализированные устройства позволяют добиваться существенного повышения эффективности. В качестве минусов можно отметить узкую применимость и дороговизну.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

stankiexpert.ru

Основы технологических процессов горячей объемной штамповки

Объемная штамповка — это формоизменение металла в объемной полости инструмента (штампа) с обусловленным значительным перераспределением металла в поперечном сечении исходной заготовки. Если заготовку перед штамповкой нагревают до температуры обработки, то процесс называют горячей объемной штамповкой.

Сущность и виды горячей объемной штамповки

При объемной штамповке формоизменение заготовки производится в штампах под действием внешних сил. Штамп — это специальный инструмент с углублениями, которые соответствуют форме поковки и называются ручьями штампа (рис. 8.1). Смежные ручьи верхней и нижней половин штампа образуют полость, в которой и происходит деформирование заготовки. Перед штамповкой исходную заготовку устанавливают в ручей нижней части штампа, и деформация заготовки происходит при движении верхнего штампа вниз. На течение металла заготовки в ручье штампа действует сопротивление стенок и сила трения, в результате чего металл заполняет объем ручья. Излишек металла вытекает в разъем между штампами, образуя облой (заусенец). Полученную после штамповки заготовку называют штампованной поковкой. Штампованная поковка представляет собой точную копию полости штампа.

Рис. 8.1. Открытый молотовой штамп: 1 — верхний штамп; 2 — стенка ручья (полости) штампа; 3 — облой; 4 — поковка; 5 — нижний штамп

Горячая объемная штамповка — один из основных видов ОМД, которым изготавливают заготовки для ответственных деталей самолетов, автомобилей, тракторов и пр.

Исходным материалом для объемной штамповки являются прокатанные или прессованные прутки, а в качестве материала чаще всего используют углеродистую или низколегированную сталь. Этому виду штамповки подвергают также цветные металлы и сплавы.

Объемной штамповкой получают продукцию, аналогичную той, что получают ковкой. Замена ковки на объемную штамповку позволяет: повысить производительность процесса (десятки и сотни поковок в час); расширить номенклатуру поковок путем усложнения их формы; уменьшить объем последующей механической обработки и снизить расход металла за счет приближения формы поковки к форме детали; уменьшить затраты на обучение и зарплату обслуживающего персонала.

Штампованная поковка — это изделие, изготовленное горячей объемной штамповкой по требованиям государственного стандарта. Форма поковки представляет собой пространственную фигуру, определенную номинальными линейными и угловыми размерами, определяемыми исходя из номинального линейного размера детали, установленного припуска и линейного напуска.

Поковки в зависимости от назначения изготовляемых из них деталей подразделяют: по точности изготовления, по группам стали, по конфигурации поверхности разъема используемого штампа и по степени сложности.

Вместе с тем при штамповке действует ограничение по массе и размерам поковок из-за необходимости деформирования сразу всей заготовки и сопротивления силам трения о стенки ручья штампа, а также требуется использование специального инструмента (штампов) изготовляемых из дорогостоящих сталей.

Сравнение двух способов получения поковок показало, что снижение себестоимости штампованных поковок относительно кованых возможно только при увеличении серийности производства. Поэтому штамповка становится экономичной при средне-, крупносерийном и массовом производстве.

Горячую объемную штамповку, как и ковку, выполняют в кузнечных цехах машиностроительных заводов, а также на специализированных кузнечных заводах. При этом если в тяжелом машиностроении большинство поковок получают ковкой, то в автомобилестроении почти все поковки изготовляют объемной штамповкой. В связи с тенденцией к увеличению серийности производства в машиностроении объемная штамповка получает все большее развитие.

Объемную штамповку делят на различные виды. В зависимости от оборудования различают штамповку на молотах, на кривошипных горячештамповочных прессах (ТСГТТТП), винтовых, фрикционных, гидравлических прессах; штамповку на горизонтально-ковочных машинах (ГКМ); штамповку на специальных машинах. К специальным машинам относят ковочные вальцы, горизонтально-гибочные, вертикально-ковочные, ротационно-обжимные, радиально-обжимные, электровысадочные и рас- каточные машины.

Тип штампа определяет характер течения металла, и по этому признаку различают штамповку в открытых штампах, штамповку в закрытых штампах и штамповку в штампах для выдавливания. Это деление штамповки на виды считают основным. Штамповка в открытых штампах наиболее распространена.

Рис. 8.2. Последовательность штамповки в открытом штампе: а—г — этапы штамповки

Штамп, в котором в процессе деформирования имеется возможность вытекания металла в зазор, называется открытым. Величина зазора А (рис. 8.2) между подвижной и неподвижной частями такого штампа в процессе штамповки изменяется. В зазор вытекает избыток металла, высота которого в процессе деформирования также изменяется. Вытекающий металл при деформировании закрывает выход из ручьев штампа и заставляет металл целиком заполнять всю полость. Кроме этого, в конце деформирования в облой выжимаются все излишки металла, находящиеся в полости. Поэтому заготовку можно нарезать неточно, но с избытком металла. Для извлечения поковки из штампа его боковые стенки выполнены наклонными (штамповочные уклоны а), величина угла наклона составляет 5-12°. Основной недостаток штамповки в открытых штампах — большие потери металла в облой, которые зависят от массы и формы поковок и могут достигать 30 % и более. Кроме того, волокна металла при удалении облоя оказываются перерезанными, что существенно снижает качество поковок.

Рис. 8.3. Схема штамповки в закрытом штампе: 1 — пуансон; 2 — матрица; 3 — заусенец; 4 — поковка; 5 — выталкиватель; Δ — зазор между пуансоном и матрицей

Штамповка в закрытом штампе отличается тем, что штамп в процессе деформирования сомкнут (рис. 8.3), а между подвижной и неподвижной частями штампа имеется небольшой зазор, назначение которого состоит только в создании подвижности одной части штампа относительно другой и в предохранении штампа от заклинивания. В конце штамповки металл может вытекать через зазор в торцевой заусенец, который вызывает высокие напряжения в полости и ее износ, а также указывает на избыток металла в заготовке.

Штамповка в закрытых штампах производится обычно на ГКМ. Однако закрытые штампы также применяются при штамповке на молотах и КЛИП. Этот вид штамповки называют также безоблойной штамповкой.

Штамповка в закрытых штампах характеризуется значительной экономией металла, отсутствием дополнительной операции обрезки облоя, благоприятной схемой всестороннего сжатия, меньшей величиной уклонов (1-3°), чем при открытой штамповке. Особенно эффективна схема штамповки в закрытых штампах для малопластичных сплавов, так как боковой подпор стенок полости штампа значительно повышает гидростатическое давление, в результате чего пластичность металла возрастает. Кроме того, макроструктура поковок характеризуется тем, что волокна металла получают очертания контура поковки и не перерезаны.

Основным недостатком способа штамповки в закрытых штампах является его неуниверсальность. Например, круглый контур поковки при штамповке в закрытых ручьях неприемлем из-за нетехнологично- сти конструкции инструмента, что характеризуется низкой стойкостью кромок штампа. Существенно снижают область применения закрытых штампов ограниченность рациональных форм штампуемых поковок и необходимость точной дозировки металла, кроме того, точность поковки по высоте ниже, чем при штамповке в открытом штампе.

Во избежание перегрузки штампов и оборудования при нарушении условия равенства объемов заготовки и поковки применяют компенсаторы. Это специальный приемник излишков металла, расположенный в месте наиболее трудного заполнения металлом штампа, в который выдавливается лишний металл после оформления поковки. В отдельных случаях компенсатор выполняет те же функции, что и заусенечная канавка, при этом металл тормозится при выходе из полости штампа, обеспечивая заполнение всех его углов, и в то же время излишки металла поступают в компенсатор, не создавая перегрузки инструмента и оборудования.

Штамповка выдавливанием (рис. 8.4) характеризуется тем, что штамп имеет глубокие полости, заполняемые металлом. Штамповка выдавливанием производится преимущественно на гидравлических прессах, КГШП и ГКМ.

Рис 8.4. Схема штамповки в штампе для выдавливания: а — прямое выдавливание; б — обратное выдавливание; 1 — пуансон, 2 — матрица, 3 — поковка, 4 — выталкиватель

Штамповка выдавливанием устраняет один из недостатков закрытой штамповки — необходимость точной дозировки металла за счет конструктивно нового решения формы штампа, а именно выполнения его закрытым с двумя плоскостями разъема. При этом в основной полости штампа (рис. 8.4, а) формируется корпусная часть поковки, а в полости выдавливания диаметром — стержневая часть поковки.

Также различают штамповку в одноручьевых и многоручьевых штампах (штамп имеет несколько ручьев, в которых заготовка постепенно приобретает форму поковки).

В зависимости от типа заготовки применяют штамповку из штучной заготовки, из кратной заготовки и штамповку из прутка. При штамповке из штучной заготовки получают только одну поковку. При штамповке из кратной заготовки получают последовательно определенное число поковок (2-4 штуки). При штамповке из прутка получают несколько поковок (5-7 и более), после чего конец прутка снова нагревают, и штамповка продолжается.

В зависимости от положения заготовки в штампе штамповка подразделяется на штамповку, у которой направление деформирующего усилия перпендикулярно оси заготовки {штамповка плашмя), и штамповку осадкой в торец (или высадкой). При штамповке плашмя ось заготовки располагают перпендикулярно к движению деформирующего инструмента, а при штамповке осадкой в торец ось заготовки устанавливают вдоль направления движения деформирующего инструмента.

Кроме перечисленных видов штамповки существуют расчлененная штамповка, одноштучная штамповка, многоштучная штамповка и др. При расчлененной штамповке процесс разделяется, и деформация металла производится в нескольких штампах, устанавливаемых на отдельных машинах. При одноштучной штамповке в штампе имеется только один окончательный ручей. Чаще всего штамповка является одноштучной. При многоштучной штамповке в штампе выполняют несколько окончательных ручьев, расположенных в ряд и используемых для получения сразу нескольких поковок. Многоштучную штамповку применяют для получения коротких мелких поковок.

Формоизменение металла и силовые условия процесса горячей объемной штамповки

Штамповка в открытых штампах характеризуется следующими факторами.

1. Так как объем металла непостоянен, то, следовательно, имеется часть металла, которая удаляется в отход. При этом должно соблюдаться условие

где Vзаг, Vп, Vобл — соответственно объемы заготовки, поковки и облоя.

2. Направление вытеснения металла перпендикулярно направлению движения штампа.

3. Облой создает противодавление, которое, увеличивая гидростатическое давление в штампе, обеспечивает заполнение угловых элементов ручья, и при этом реализуется возможность регулирования заполнения штампа.

Рис. 8.5. Формоизменение металла и диаграмма усилия по стадиям при штамповке в открытых штампах: а, б, в, — соответственно, 1-3 стадии; г — график изменения усилия по стадиям

При открытой штамповке выделяют три основные стадии течения металла (рис. 8.5): свободную осадку (рис. 8.5, а); заполнение штампа (рис. 8.5, б) и выдавливание облоя (рис. 8.5, в). На практике существует и четвертая (нежелательная) стадия, когда ручьи штампа заполнены, но поковка не оформлена по высоте. Стадии изменения усилия штамповки представлены на рис. 8.5, г.

Усилие штамповки при выборе кривошипного горячештамповочного пресса для круглых в плане поковок можно рассчитать по формуле

где σт— предел текучести металла при температуре штамповки, МПа; b3, h4 — ширина и толщина мостика облоя, мм; , F3, Fп — площадь проекции мостика облоя и поковки на плоскость разъема, мм2; Dп — диаметр поковки, мм (для поковок, близких по форме к круглым и квадратным в плане, принимают Dп = 1 ,13 √Fп ).

Массу падающих частей штамповочного молота (7 (кг) для круглых в плане поковок можно найти по формуле

Так как при закрытой штамповке не предусматривается образование облоя, а реализуются только 2 стадии формоизменения (осадка и заполнение штампа), то усилие при всех других одинаковых параметрах всегда меньше усилия штамповки в открытых штампах.

Усилие деформации для круглых в плане поковок можно рассчитать по формуле

Течение металла при штамповке выдавливанием (см. рис. 8.4, а) осуществляется в три стадии: осадка до момента соприкосновения с боковыми стенками оси полости штампа; заполнение основной полости штампа; формирование поковки в полости выдавливания.

Усилие штамповки выдавливанием для схемы прямого выдавливания можно определить по формуле

где D, L, F, γ — диаметр, высота, площадь поперечного сечения, угол наклона боковых стенок корпусной части поковки; d, l, f — диаметр, высота, площадь поперечного сечения стержневой части поковки.

Если поперечное сечение поковки отличается от круга, то вместо диаметров D и d необходимо использовать приведенные диаметры D =1,13√F,  d = 1,13√f.

Оборудование и инструмент для горячей объемной штамповки

Большинство штампованных поковок производят на универсальных паровоздушных штамповочных молотах, кривошипных горячештамповочных прессах (КГШП) и горизонтально-ковочных машинах (ГКМ). Кроме того, наиболее крупные изделия штампуют на гидравлических прессах усилием до 750 МН. Оборудование для серийной штамповки обычно объединяют в гибкие производственные модули, оснащенные роботами- манипуляторами и управляемые ЭВМ.

Штамповочные молоты являются машинами ударного действия, в которых энергия привода в момент удара верхней половины штампа и связанных с ней бабы молота и штока с поршнем (падающие части молота) о заготовку преобразуется в полезную энергию деформирования металла. В паровоздушном штамповочном молоте (рис. 8.6) должны точно совпадать верхняя и нижняя части штампа.

Рис. 8.6. Паровоздушный штамповочный молот: 1 — шабот; 2 — стойки станины; 3 — баба; 4 — шток; 5 — рабочий цилиндр; 6 — золотниковая коробка; 7—9 — устройства для смазки узлов

Поэтому стойки станины 2 крепятся непосредственно к шаботу 1, и баба молота 3 движется по длинным направляющим, закрепленным на стойках. Соотношение масс шабота и падающих частей т составляет 20-30, а число ударов в минуту 90-110. Энергоноситель — сжатый пар, поступает в рабочий цилиндр 5 и распределяется с помощью золотниковой коробки 6, в зависимости от выполняемых действий: подъем бабы, рабочий ход и т. д. Смазка узлов молота осуществляется с помощью устройств 7—9. Штамповочные молоты благодаря своей универсальности, простоте конструкции и меньшей стоимости по сравнению с другими видами оборудования удобны для использования во всех видах производства, но, вследствие сотрясения зданий и возникающих при работе вибраций, постепенно вытесняются КЛИП. В штамповочных паровоздушных молотах масса подвижных частей может составлять от 630 кг до 25 т, однако наиболее широко применяют молоты, в которых этот параметр имеет значение от 630 кг до 10 т.

Рис. 8.7. Кривошипные горячештамповочные прессы: а — общий вид; б — кинематическая схема: 1 — станина; 2 — ресивер; 3 — электродвигатель; 4 — стяжные болты; 5 — нижний выталкиватель; 6 — тормоз; 7 — тормоз маховика; 8 — маховик; 9 — клиноременная передача; 10 — промежуточный вал; 11 — зубчатая передача; главный кривошипный вал; 13 — шатун; 14 — пневматическая фрикционная муфта; 15 — ползун; 16 — стол с клиновым устройством

В цехах крупносерийного производства вместо молотов предпочтительнее использовать кривошипные горячештамповочные прессы (КГШП). Это оборудование (рис. 8.7) делят на три группы:

  • легкие прессы, имеющие номинальное усилие 6,3—16 МН, предназначенные для изготовления поковок массой до 2 кг;
  • средние прессы с номинальным усилием 20-50 МН — для поковок массой до 40 кг;
  • тяжелые прессы номинальным усилием 63—160 МН, используемые для поковок массой более 50 кг.

В конструкцию типового пресса входит (рис. 8.7, а) массивная станина 7, стянутая болтами 4, сверху на станине закреплен электродвигатель 3 и ресивер 2, служащий для накопления сжатого воздуха. Под рабочим столом пресса располагается нижний выталкиватель пресса 5.

Принцип работы пресса заключается в следующем (рис. 8.7, Вращение от электродвигателя М через клиноременную передачу 9 передается маховику 8, который закреплен на промежуточном валу С противоположной стороны этого вала располагается зубчатая передача 11. Передача вращающего момента с вала 10на главный кривошипный вал вляется пневматической фрикционной муфтой 14. Вращаясь, кривошипный вал через шатун 13 приводит в возвратно-поступательное движение ползун пресса 15, на котором закреплена верхняя половина штампа. Нижняя половина штампа крепится к рабочему столу пресса 16, оснащенному клиновым устройством. Для остановки вращения кривошипного вала в крайнем верхнем положении, а также в аварийной ситуации служит тормоз 6. Кроме того, тормоз установлен на маховике 8. Движение ползуна подчинено определенному закону: каждому углу поворота кривошипного вала соответствуют определенная скорость и положение ползуна по высоте. Следовательно, ползун пресса имеет постоянное значение хода и фиксированные нижнее и верхнее положение. Поэтому штамповку в каждом ручье обычно производят только за один ход ползуна (штамповочному молоту требуется несколько ударов), а размеры изделия по высоте получаются более точными, чем при штамповке на молотах. Для удаления поковок из штампов прессы оснащают выталкивателями.

Штамповка на механических прессах имеет и другие преимущества, которые снижают стоимость изделий. Так, на кривошипных прессах широко используют менее дорогостоящие составные штампы. Производительность таких прессов на 30-50 % выше производительности молотов, так как деформирование в одном ручье штампа идет за один ход ползуна, облегчается автоматизация и улучшаются условия труда рабочих. Безударный характер работы кривошипных прессов позволяет устанавливать их в зданиях облегченного типа.

Гидравлические штамповочные прессы по принципу действия не отличаются от ковочных, но имеют меньшую длину хода траверсы, повышенную жесткость и более высокое максимальное усилие (до 750 МН). Этот вид прессов дороже и тихоходнее кривошипных прессов и применяется для штамповки особо крупных поковок, поковок из малопластичных сплавов и для операций, требующих большого хода инструмента. К типовым поковкам, получаемым с помощью этого оборудования, относятся крупные рычаги, фланцы, диски, зубчатые колеса, гребные винты, панели с ребрами жесткости и другие корпусные детали летательных аппаратов с большой площадью в плане, кольца, бандажи и т. д.

Прессы оборудуют выталкивателем, вертикальной и боковыми прошивными системами. Например, у пресса усилием 650 МН пять рабочих цилиндров и шесть ступеней усилия, два боковых прошивных механизма усилием 70 МН каждый и один вертикальный усилием 134 МН. Гидравлические прессы оснащены средствами механизации и электронной системой управления.

Рис. 8.8 Схема гидравлического штамповочного пресса: 1 — верхний рабочий цилиндр: 2 — верхняя поперечина; 3 — верхний плунжер; 4 — правая втулка плунжера; 5 — колонна; 6 — плунжер возвратного цилиндра; 7 — рабочий стол; 8 — возвратный цилиндр; 9 — нижняя поперечина; 10 — нижний плунжер; 11 — нижний цилиндр; 12 — гайка; 13 — нижний рабочий цилиндр; 14 — рама; 15 — колонна; 16 — верхняя поперечина; 17 — левая втулка плунжера

Конструктивная схема одной из конструкций гидравлического штамповочного пресса со станиной типа тандем представлена на рис. 8.8. Станина пресса представляет собой неподвижную раму, которая состоит из верхней 2 и нижней 9 поперечин, связанных колоннами 15 и стянутых гайками 17. Подвижная рама также состоит из верхней и нижней 14 поперечин, которые соединены колоннами 5 и стянуты гайками 12. На верхней поперечине 2 неподвижной рамы и нижней поперечине 14 подвижной установлены рабочие цилиндры 7 и 13 с плунжерами и жестко соединенными с поперечинами 9 и 16. Прямой ход подвижной рамы пресса происходит под действием жидкости высокого давления, подаваемой в рабочие цилиндры 7 и 13 (направление движения обеспечивают втулки плунжеров 4 и 17); возвратный идет под действием давления жидкости, находящейся в цилиндрах 5, плунжеры 6 которых упираются в поперечину 16.

Принцип действия пресса состоит в следующем. После укладки заготовки в штамп, расположенный на столе 7, подают жидкость в рабочие цилиндры 7 и 13. Рама 14 движется вниз, совершая холостой, а после соприкосновения с заготовкой рабочий ход. Обратный холостой ход происходит при подаче жидкости высокого давления в цилиндры 8.

Конструкция станины типа тандем позволила значительно сократить габаритные размеры отдельных элементов пресса, уменьшить металлоемкость без снижения жесткости, улучшить его устойчивость (центр тяжести расположен вблизи опор).

Горизонтально-ковочная машина (ГКМ) представляет собой горизонтальный механический пресс, который предназначен для горячей объемной штамповки (высадки из прутка) в основном поковок в виде стержней с использованием многоручьевых разъемных матриц. В конструкцию ГКМ входят главный кривошипно-ползунный механизм, производящий высадку, и дополнительный кулачково-рычажный механизм, служащий для зажимания заготовки.

Главными особенностями ГКМ являются: наличие разъема штампов в двух взаимно перпендикулярных плоскостях; передвижение главного высадочного ползуна в горизонтальной плоскости, что позволяет штамповать детали сложной конфигурации и производить местную деформацию заготовок большой длины.

Первый разъем штампов ГКМ (рис. 8.9) находится между пуансоном 7, закрепленном в ползуне, и матрицами 4 (подвижной) и 3 (неподвижной).

Рис. 8.9. Схема штамповки на ГКМ: а — исходное положение; б — начало деформирования; в — окончание деформирования: 1 — пуансон, 2 — упор, 3 — неподвижная матрица, 4 — подвижная матрица

В исходном положении (рис. 8.9, а) пруток диаметром с1 вставляют в полукольцевую выемку неподвижной матрицы 3 и проталкивают до упора 2. Таким образом, в рабочей полости остается пруток длиной lв, который может деформироваться. После этого ГКМ включают на рабочий ход, и части машины и штампов приводятся последовательно в положения, показанные на рис. 8.9, б, в. В момент начала деформации — (высадка прутка длиной lв) часть прутка длиной lзаж зажата между матрицами и что предотвращает возможное осевое проталкивание прутка. При этом упор 2 отодвигается в сторону, освобождая путь деформирующему пуансону 1. После окончания процесса деформирования часть прутка lв уже подверглась высадке и заполнила полость между матрицами с образованием фланца (рис. 8.9, в). После этого совершается обратный ход пуансона 1 и разведение матриц 3и 4 висходное положение ки пруток с фланцем легко вынимается из разъема между матрицами и и из машины.

На ГКМ можно также проводить штамповку в несколько переходов, выполняя последующие операции в других ручьях, оси которых в многоручьевых штампах ГКМ располагаются одна над другой. В современных машинах перемещение прутка с поковкой по ручьям матрицы совершается автоматически с помощью манипулятора.

Конструкции ГКМ по типу привода делятся на механические и гидравлические. Машины могут иметь вертикальный или горизонтальный разъем матриц. Большинство ГКМ изготавливают с вертикальным разъемом матриц.

Основные преимущества горизонтально-ковочных машин:

  • отсутствие облоя (за исключением отдельных деталей сложной конфигурации), что исключает применение обрезных прессов и штампов;
  • отсутствие штамповочных уклонов, кроме внутренних полостей поковок, образуемых пуансонами с небольшими уклонами и при наличии буртов;
  • возможность назначения меньших припусков на механическую обработку и более жестких допусков по сравнению с применяемыми в работе на молотах, что обеспечивает значительную экономию металла;
  • получение хорошей макроструктуры с направлением волокон, наиболее благоприятно ориентированных относительно действующих усилий при работе детали, включая отсутствие перерезывания волокон;
  • возможность замены рабочих вставок наиболее изнашиваемых частей штампов, что снижает их стоимость;
  • удобство сочетания ГКМ в процессах комбинированной штамповки с молотом, прессом, ковочными вальцами и гибочной машиной;
  • возможность производить штамповку из мерных заготовок и от прутка.

Основной инструмент — штампы для горячей объемной штамповки, работают в очень тяжелых условиях, подвергаясь многократному воздействию высоких напряжений и температур. Интенсивное течение горячего металла по поверхности штампа вызывает истирание ручья, а также способствует дополнительному нагреву инструмента. В течение каждого цикла штамповки штамп испытывает резкие колебания температуры, что приводит к образованию на поверхности ручья разгарных трещин. Таким образом, штамповые стали должны отличаться высокими механическими свойствами и сочетать прочность с ударной вязкостью, износостойкостью, разгаростойкостью и пластичностью, сохраняя эти свойства при температурах 300-600 °С. Эти стали должны хорошо прокаливаться при термической обработке и обрабатываться на металлорежущих станках. Марку стали подбирают в зависимости от конкретных условий работы штампа и его конструкции. Желательно также, чтобы штамповал сталь не содержала дефицитных элементов и была относительно дешевой.

Марки и химический состав сталей для штампов, их твердость после отжига или закалки должны соответствовать ГОСТ 5950-2000. Для изготовления молотовых и прессовых штампов получили распространение стали 5ХНМ, 5ХНВ и 5ХГМ. Полноценным заменителем дефицитных хромоникелевых сталей 5ХНВ и 5ХНМ служит безникелевая сталь 4ХМФС. Для высадочных штампов широко применяют стали марок 7X3 и 8X3.

При штамповке трудноформируемых сплавов для изготовления штампов применяют высоколегированные стали 4ХЗВМФ, 4Х5В2ФС, 4Х5МФС, 4Х4ВМФС, 5ХЗВЗМФС и др. Эти же стали рекомендуется применять для изготовления деталей штампов, испытывающих высокую нагрузку при высадке и выдавливании на ГКМ, ГКШП, горячевысадочных автоматах.

Инструмент для горячей объемной штамповки, как правило, изготовляют из кованых заготовок. Исходную заготовку выбирают с таким расчетом, чтобы при ковке был гарантирован не менее чем трехкратный уков. Это устраняет дефекты металлургического происхождения, а также обеспечивает мелкозернистую и однородную структуры и высокие механические характеристики металла. Изготовление штампов проводится по одному из вариантов: полная механическая обработка — термообработка — доводка; термообработка — полная механическая обработка; предварительная механическая обработка — термообработка — окончательная механическая обработка.

Термическая обработка различных штамповых сталей состоит из закалки и отпуска, при этом их подвергают термообработке при разных температурах в зависимости от марки.

В России и за рубежом все шире применяют литые штампы с ручьем, основным преимуществом которых является более низкая по сравнению с другими штампами трудоемкость изготовления в результате резкого снижения объема механической обработки; в ряде случаев литые штампы также являются более стойкими. Для их изготовления используют в основном стали, по составу подобные сталям для кованых штампов, а также специальные высокопрочные стали и сплавы и некоторые марки легированного чугуна.

Основы технологии горячей объемной штамповки

Штамповка на молотах

Поковки, штампуемые на молотах, разделяют на группы и подгруппы по следующим признакам:

  • по способу штамповки: плашмя или осадкой в торец;
  • по форме поковки и соотношению ее основных размеров;
  • по форме поперечных сечений поковки, обусловливающей характер формоизменения при заполнении полостей штамповочного ручья и необходимость применения заготовительно-предварительных ручьев;
  • по формам главной оси поковки и линии разъема, предопределяющим применение особых заготовительных ручьев или необходимость уравновешивания сдвигающих усилий при штамповке.

В зависимости от выбранного способа штамповки, в значительной степени определяющего характер технологического процесса, различают две группы молотовых поковок.

В группу I входят удлиненные и изогнутые поковки, штампуемые перпендикулярно оси заготовки (штамповка плашмя).Для этих поковок характерна значительная величина отношения их длины к средней ширине в плане, а деформация заготовки в штамповочных ручьях протекает в основном по двум осям — в направлении высоты и ширины поковки, в направлении же главной оси (длины поковки) деформация весьма незначительна;

Группа II — это круглые и квадратные поковки или поковки, близкие к ним по форме в плане, и поковки с отростками. Эти поковки штампуются вдоль оси заготовки (штамповка осадкой в торец), а деформация в штамповочных ручьях протекает осаживанием (высадкой), выдавливанием и прошивкой.

Для штамповки на молотах чаще всего используют паровоздушные штамповочные молоты и открытые штампы (см. рис. 8.1). Верхний штамп крепится к бабе, а нижний — к штамподержателю, который закреплен на шаботе. Молот имеет нежесткий ход, поэтому молотовой штамп конструируют так, чтобы при последнем ударе его половинки сомкнулись по плоскости соударения. При штамповке стремятся не допустить контакта половин, так как частые соударения могут привести к разрушению штампа. Между штампами остается небольшой зазор, в результате чего масса получаемой поковкиболыне, чем номинальная масса.

Для объемной штамповки на молотах используют катаную или кованую заготовки. Штамповку заготовки из проката выполняют в многоручьевом штампе (рис. 8.10), который имеет заготовительные ручьи для придания заготовке переходных форм перед штамповкой в окончательном ручье. В заготовительных ручьях, располагаемых на краях штампа, заготовка получает форму, необходимую для штамповки в окончательном ручье.

Рис. 8.10. Многоручьевой молотовой штамп и переходы штамповки, изогнутой в плане поковки: 1 — поковка; 2 — окончательный ручей; 3 — протяжной ручей; 4 — подкатной ручей; 5 — предварительный ручей; 6 — гибочный ручей; 7 — исходная заготовка; 8 — заготовка после протяжки; 9 -заготовка после подкатки; 10 — заготовка после гибки; 11 — заготовка после предварительной штамповки; 12 — заготовка после окончательной штамповки с облоем

Все ручьи молотового штампа можно подразделить на три группы.

К первой группе относятся штамповочные ручьи — окончательный и предварительный. Полость окончательного ручья в точности соответствует форме горячей поковки, а для облоя предусматривают облойную канавку. Предварительный ручей также в основном повторяет форму поковки, но облойная канавка отсутствует, и металл вытекает на плоскость разъема штампов. Назначение штамповочных ручьев — окончательное формоизменение заготовки и получение поковки.

Ко второй группе относятся заготовительные ручьи. Их назначение — предварительное грубое деформирование исходной заготовки, получение благоприятной формы для штамповки в штамповочных ручьях с относительно малым отходом металла в облой. Заготовительные ручьи можно подразделить на подгруппы в зависимости от применяемого способа штамповки в окончательном ручье. К заготовительным ручьям, применяемым при штамповке плашмя, относятся: формовочный; подкатной (открытый и закрытый); протяжной (открытый и закрытый); пережимной; площадка для расплющивания; площадка для протяжки; гибочный. К заготовительным ручьям, применяемым при штамповке осадкой в торец, относятся площадка для осадки и специальный формовочный ручей. Существуют еще два заготовительных ручья — высадочный и специальный протяжной. Эти ручьи применяют как при штамповке плашмя, так и при штамповке осадкой в торец.

К третьей группе относятся отрубные ручьи — передний и задний ножи. Эти ручьи служат для отделения отштампованной поковки от прутка при штамповке от прутка или от кратной заготовки. Отрубные ручьи служат также для отделения клещевины от поковки.

Обычно штамповку производят быстро, с одного нагрева, азаготовка последовательно деформируется в ручьях штампа. Этот способ благодаря высокой производительности наиболее распространен.

В случае использования кованой заготовки в штампе делают один окончательный ручей, а заготовку предварительно отковывают на другом оборудовании, которым обычно является один или два ковочных пневматических молота, располагаемых рядом со штамповочным молотом. Для ковки на молоте устанавливают специальные вырезные бойки. После ковки еще не остывшую заготовку сразу передают на штамповку. Согласовать работу ковочного и штамповочного оборудования сложно, и поэтому снижается производительность. При таком способе штамповки на ковочных молотах требуется один или два дополнительных рабочих. Однако при этом штамп получается очень простым и дешевым.

Расчлененную штамповку производят в штампах, устанавливаемых на рядом стоящих молотах. Штамповку ведут с одного нагрева, а заготовки последовательно передают со штампа на штамп. Этот способ применим только в массовом стабильном производстве, так как частая переналадка всей линии молотов с одной поковки на другую практически невозможна.

Особенностью молотовой штамповки является то, что деформирование происходит с большой скоростью за несколько ударов, а после каждого удара баба молота уходит вверх, и в процессе деформирования наступает перерыв.

Установлено, что металл при штамповке лучше заполняет полости верхнего штампа, чем нижнего. Причина такого характера течения заключается в том, что металл больше соприкасается с нижним штампом, и нижняя поверхность заготовки охлаждается сильнее, чем верхняя. Причем интенсивное охлаждение контактной поверхности заготовки происходит в момент удара при плотном контакте между заготовкой и стенками ручья. Существенное значение для хорошего течения металла при штамповке на молоте имеет крайне малое время удара, т. е. мала продолжительность самого процесса деформирования, в течение которого как раз и наблюдается интенсивное охлаждение поверхности заготовки. Время удара обычно не превышает 0,01 с, поэтому охлаждение заготовки незначительно.

Облегчает течение металла при штамповке на молоте также то, что после каждого удара окалина отделяется от поверхности заготовки и выдувается из штампа, так как наличие окалины увеличивает коэффициент трения металла заготовки по стенкам штампа.

И, наконец, хорошее заполнение полостей при штамповке на молоте объясняется еще и тем, что распространение пластической деформации при ударе начинается с контактных поверхностей и за короткое время удара деформация не успевает проникать во внутренние слои заготовки. Отсюда как раз и возникают благоприятные условия для заполнения полостей, и в результате металл стремится течь вверх и вниз и менее интенсивно в ширину.

Если в открытых молотовых штампах изготовляют поковки всех форм, то в закрытых штампах — преимущественно поковки группы II с вертикальными или почти вертикальными стенками по периметру наружной поверхности.

При изготовлении небольших поковок можно проводить штамповку одновременно двух и более поковок (многоштучная штамповка).

При изготовлении штампа полость окончательного или чистового ручья выполняют по чертежу поковки или по чертежу горячей поковки. Так как поковка после штамповки охлаждается и размеры ее уменьшаются на величину усадки, то для получения требуемых размеров поковки необходимо, чтобы размеры полости окончательного ручья были больше размеров холодной поковки на величину предполагаемой усадки. Для стали величина усадки равна примерно 1,5 %. Поэтому все размеры холодной поковки увеличивают на 1,5 % и получают чертеж горячей поковки.

Предварительный или черновой ручей является штамповочным ручьем. Поэтому полость предварительного ручья повторяет в основном полость окончательного ручья. Предварительный ручей применяют при штамповке сложных поковок с глубокими полостями в штампах. В этом случае снимается основная нагрузка с окончательного ручья и стойкость его резко повышается. После предварительного ручья поковка в окончательном ручье только осаживается с незначительным течением металла в полости.

Облойная канавка в предварительных ручьях отсутствует. Облой вытекает на плоскость разъема штампов, и поковка в этом ручье получается недоштампованной. За счет осадки большей толщины поковки и происходит деформация в окончательном ручье, а излишек металла выдавливается в облой. Кромка полости предварительного ручья по плоскости разъема закругляется радиусом Rпр, который больше радиуса Rок окончательного ручья на 3-7 мм, что предупреждает возможность залипания поковки в предварительном ручье (рис. 8.11).

Рис. 8.11. Сечения ручьев штампа: а — предварительного; б — окончательного

Существует порядок, по которому ручьи на плоскости разъема штампов располагают относительно центра штампа, за который принимают точку пересечения оси хвостовика и шпонки. Через центр штампа проходит ось симметрии молота и равнодействующая сил, действующих со стороны бабы молота. Штамповочные ручьи располагают вблизи центра штампа, а заготовительные ручьи — с боков штампа.

Штамповка на кривошипных горячештамповочных прессах

Кривошипные горячештамповочные прессы (КГШП) широко применяются для горячей объемной штамповки, так как имеют ряд преимуществ по сравнению с молотовой штамповкой.

  1. Получаемые на КГШП поковки точнее по размерам благодаря постоянству хода пресса и фиксированному нижнему положению ползуна, что позволяет уменьшить отклонения размеров поковки по высоте. Поковки можно не контролировать на сдвиг, так как ползун движется по направляющим станины и точно совпадает с верхней и нижней частями штампа, оснащенного направляющими колонками и втулками.
  2. Штамповка характеризуется более высоким коэффициентом использования металла, так как штампы имеют верхние и нижние выталкиватели, позволяющие уменьшить штамповочные уклоны, припуски, напуски и допуски, что приводит к экономии металла и уменьшению трудоемкости при последующей обработке поковок резанием.
  3. Улучшаются условия труда вследствие меньшего уровня шума, вибрации и сотрясения почвы, безударного характера работы, что позволяет устанавливать КГШП в зданиях облегченной конструкции.
  4. Штамповка на КГШП хорошо поддается автоматизации.
  5. Благодаря тому, что деформация на прессе в каждом ручье происходит за один ход пресса, а на молоте за несколько ударов переход на штамповку на КГШП сопровождается повышением производительности в 1,4-2 раза.
  6. Коэффициент полезного действия (КПД) пресса, приведенный к энергии топлива, в 2-4 раза выше, чем у молота.
  7. Себестоимость продукции, полученной на КГШП, ниже, чем на молоте, благодаря снижению расхода металла и эксплуатационных затрат.

К недостаткам КГШП и штамповки на данном оборудовании по сравнению с молотовой штамповкой следует отнести:

  • более высокую (в 3—4 раза) стоимость КГШП при сопоставимых мощностях с молотами;
  • опасность заклинивания и поломки прессов при крайнем нижнем положении ползуна, на вывод из которого затрачивается много времени;
  • меньшую универсальность в производимых операциях (из-за жесткого хода ползуна не применяют протяжку и подкатку заготовок);
  • необходимость очистки заготовок перед штамповкой от окалины, так как деформация проходит за один ход пресса при безударном нагружении, и окалина может быть заштампована в поверхность поковки;
  • необходимость применения большего числа ручьев при получении поковок сложной формы из-за худшего заполнения глубоких полостей;
  • более сложные конструкции штампов и их регулирование.

Особенностью кинематической схемы КГШП, обеспечивающей жесткую связь между приводом и ползуном, является то, что при подходе шатуна к нижнему положению (нижней мертвой точке кривошипного механизма) при одном и том же моменте на кривошипном валу усилие на ползуне теоретически может расти до бесконечности. Рост усилия ведет к увеличению деформации деталей пресса. При значительной перегрузке, например из-за резкого охлаждения тонкого облоя, ползун КГШП может не дойти до нижнего положения, остановиться, и произойдет заклинивание пресса.

Для предупреждения заклинивания пресса соударение частей штампа не допускается. Поэтому при штамповке на КГШП предусматривают облой, толщина которого больше, чем толщина облоя при многоударной штамповке на молоте. Наличие более толстого, а следовательно, и более горячего облоя приводит к уменьшению подпора в полости штампа, большему вытеканию металла из полости и худшему заполнению ее глубоких выемок. В результате при одинаковой суммарной деформации и сложной форме поковок штамповка на КГШП выполняется с использованием большего числа ручьев, чем при штамповке на молоте. В отличие от штамповки на молоте при штамповке на КГШП значительной разницы в заполнении верхней и нижней полостей штампа пресса не наблюдается, что нужно учитывать при разработке процессов штамповки на КГШП.

При штамповке на КГШП выполняют следующие переходы: осадку, пережим, гибку, предварительную и окончательную штамповку в открытом или закрытом штампе, штамповку выдавливанием, калибровку и отрубку.

Как правило, на прессе для получения поковки необходимы один-три ручья, а для сложных поковок — до пяти ручьев, включая осадку.

Подкатку и протяжку из-за опасности заклинивания на прессе обычно не проводят, поэтому подготовку заготовок эффективнее осуществлять на другом оборудовании, например, на ковочных вальцах, станах поперечной прокатки, вальцах поперечно-клиновой прокатки и т. п.

Чтобы избежать заштамповки в тело поковки окалины и получить поковки с чистыми поверхностями, следует применять более совершенные виды нагрева заготовок (безокислительный пламенный, газовый скоростной, электронагрев, в том числе индукционный) или очистку заготовки от окалины перед штамповкой. Иногда очистку заготовок выполняют в процессе штамповки, например, при осадке заготовки на штампе с обдувкой окалины воздухом или паром.

Современные КГШП имеют повышенное число ходов в минуту, что сокращает время деформации заготовки, снижает разогрев штампов и увеличивает их стойкость. Поковки, штампуемые на КГШП, подразделяют:

  • в зависимости от характера формоизменения и течения металла при формоизменении — на два класса: класс поковок, получаемых с преобладанием процесса осадки, и класс поковок, получаемых с преобладанием процесса выдавливания;
  • в зависимости от конфигурации и сложности изготовления — на пять основных групп (табл. 8.1). Методы изготовления учитывают при выделении подгрупп поковок.
Таблица 8.1Классификация поковок, штампуемых на КГШП

Группа I — осесимметричные поковки, изготовляемые осадкой в торец или осадкой с одновременным выдавливанием, т. е. поковки круглые в плане или близкие к этой форме, в том числе квадратные и близкие к круглым и квадратным в плане, а также поковки с отростками;

Группа II — поковки удлиненной формы, имеющие небольшую разницу в площадях поперечных сечений, которые чаще штампуют без предварительной подготовки заготовок;

Группа III — поковки удлиненной формы, с большой разницей в площадях поперечных сечений. Для них необходимы заготовки, предварительно обработанные высадкой на ГКМ или выдавливанием (1-я подгруппа), вальцовкой на ковочных вальцах или вальцах поперечно-клиновой прокатки или на другом аналогичном оборудовании (2-я подгруппа) и комбинированными процессами (3-я подгруппа);

Группа IV — поковки с изогнутой осью. При изготовлении поковок 1-й подгруппы применяют штампы с замком; 2-й подгруппы — гибочные ручьи; 3-й подгруппы — штампы с замком и гибочными ручьями. При штамповке особо сложных поковок с изогнутой осью заготовки часто получают на отдельном оборудовании, а в штампах помимо гибочных применяют все виды ручьев, в том числе при необходимости применяют и рассекатели;

Группа V — поковки, изготовляемые выдавливанием.

При штамповке на ТСГТТТП применяют следующие виды заготовок. Сортовой прокат — для поковок всех групп; профилированные заготовки — для поковок группы III (иногда и группы IV); калиброванные заготовки — для отдельных случаев штамповки в закрытых штампах; трубы — для поковок группы V 3-й подгруппы.

Наиболее эффективно профилирование заготовок на ковочных вальцах или на станах поперечной, поперечно-клиновой и поперечно-винтовой прокатки, устанавливаемых в линию с прессом, так как позволяет осуществлять штамповку с одного нагрева. Температура нагрева в этом случае должна быть максимальной, чтобы заготовка поступала в штамп пресса с требуемой для штамповки температурой. Перед вальцовкой с заготовки удаляют окалину, чтобы избежать вдавливания ее в металл заготовки и быстрого износа штампов.

Чертеж поковки, штампуемой на КЛИП, составляют по тем же правилам, что и поковки, штампуемой на молоте. Припуски и допуски на поковки назначают в соответствии с ГОСТ 7505—89.

Абсолютно точную поковку при штамповке получить нельзя, однако чем меньше будут припуски, напуски и допуски, тем выше будет коэффициент использования металла Кии меньше затраты на обработку резанием. При этом необходимо учитывать износ инструмента, срок его службы, потребность переналадок и выбирать оптимальный вариант.

При штамповке на КГШП получают поковки, которые ближе по форме к готовой детали, чем при штамповке на молотах (рис. 8.12). Это упрощает конструкции основного и обрезного штампов. Наличие выталкивателей позволяет штамповать в направлении, параллельном оси ползуна, в результате чего упрощается конструкция поковки, снижается ее масса и уменьшается облой, что повышает Ки. Для поковок, штампуемых выдавливанием, линию разъема обычно устанавливают по верхней наружной поверхности поковки.

Рис. 8.12. Сравнение поковок одной и той же детали: а — отштампованных на молоте; б — отштампованных на КГШП

Штамповка на КГШП характеризуется отсутствием динамического воздействия, что позволяет применять сборные штампы, имеющие преимущества перед молотовыми штампами, так как упрощается изготовление сменного инструмента и создаются условия для экономии дорогих инструментальных сталей. Штампы состоят из штамповых вставок с выполненными в них ручьями и блоков (пакетов) или державок, в которых закрепляют вставки.

В штампах КГШП конструируют заготовительные и штамповочные ручьи. Отрубной нож, как правило, не используют. Иногда на КГШП выполняют операции обрезки облоя и пробивки отверстий.

В комплект пакета штампов КЛИП входит верхняя и нижняя монтажные плиты (основание и башмак), связанные между собой направляющими колонками, а также детали крепления штамповых вставок и выталкивающий механизм. Верхняя плита пакета крепится болтами к ползуну пресса, нижняя — к столу.

Существуют два основных типа конструкций блоков: для призматических и цилиндрических вставок.

На рис. 8.13 приведен пакет штампа для призматических ручьевых вставок.

Рис. 8.13. Универсальный блок для призматических ручьевых вставок: 1 — плита нижняя; 2 — основание; 3 — башмак; 4 — плита верхняя; 5 — втулка; 6 — колонка; 7 — кулак верхнего толкателя; 8 — верхний прихват; 9 — нижний прихват; 10 — кулак нижнего толкателя; 11 — призматические ручьевые вставки

В основание и башмак вмонтированы подкладные плиты и упорные планки, а также рычажные системы нижнего и верхнего выталкивателей. Каждая ручьевая вставка прижимается своим прихватом. Горизонтальная фиксация вставок осуществляется болтами, которые прижимают вставки к боковой планке.

Основание с башмаком соединяется посредством колонок и втулок, а обе эти детали крепят к столу и ползуну пресса болтами. Верхняя плита блока (пакета) крепится болтами к ползуну пресса, а нижняя к его столу. Для перемещения блока на столе пресса и фиксации его от бокового сдвига клином в нижней плите блока имеются две скошенные плоскости; в верхней плите выполнен паз, соответствующий выступу ползуна пресса.

Назначение системы выталкивания в пакете заключается в передаче движения от толкателя пресса выталкивателям поковок в штамповых вставках. Выталкивание поковок осуществляют в облой, перемычку, тело поковки, при этом выталкиватель может иметь форму цилиндрического стержня или кольца.

Размеры универсальных блоков, а также их сменных деталей регламентируются государственными стандартами.

Штамповка на гидравлических прессах

Гидравлические прессы являются мощным деформирующим оборудованием, на котором штампуют следующие виды поковок:

  • крупные поковки, которые невозможно получить на другом кузнечном оборудовании из-за его недостаточной мощности;
  • поковки, для штамповки которых необходим большой рабочий ход, а усилие деформирования не имеет максимального значения в начале или в конце хода деформации (например, при глубокой прошивке);
  • поковки, требующие специальных физико-химических условий горячей деформации.

Все поковки, штампуемые на гидравлических прессах, в зависимости от применяемых для их изготовления операций, подразделяют на 5 групп (рис. 8.14).

Рис. 8.14. Поковки, штампуемые на гидравлических прессах

Группа I включает поковки типа стаканов с гладкими стенками или сложной формы с глухими или сквозными отверстиями (корпуса снарядов, гильзы, втулки, муфты, цилиндры и др.). Для их изготовления применяют обратное выдавливание с последующей вытяжкой с утонением стенки.

Группа II — это поковки типа дисков: невысокие чашки и втулки с фланцами, роторы турбин, диафрагмы и т. и., которые получают осадкой с выдавливанием в открытых, закрытых и секционных штампах.

Группа III состоит из поковок с вытянутой осью типа коленчатых валов и т.п., которые получают гибкой с высадкой в сложных секционных и раздвижных штампах.

Группа IV включает поковки типа крестовин (втулки авиационных винтов и т. д.), изготовляемые комбинированной штамповкой в разъемных штампах.

Группа V состоит из поковок типа панелей, получаемых в блочных и секционных штампах.

Для выполнения перечисленных технологических операций применяют открытые и закрытые штампы, а также многопуансонную (многоплунжерную) штамповку в цельных и разъемных матрицах. В качестве исходных заготовок используют прокат, слитки, поковки и отливки.

При проектировании штампов и рабочего инструмента необходимо учитывать особенности процессов деформирования на гидравлических прессах и тяжелые условия работы инструмента.

Штампы гидравлических прессов подразделяют: по методу штамповки — на открытые и закрытые; по числу поверхностей разъема — с одной, двумя или несколькими поверхностями разъема; по монтажному признаку — на блочные и сборные; по назначению и конструкции — для выдавливания, вытяжки, двухручьевые, комбинированные и т. п.

При проектировании штампов необходимо учитывать следующие особенности гидравлических прессов: недостаточно надежное направление ползуна, опасность эксцентричного приложения усилия, неограниченный ход ползуна, длительное пребывание поковки в штампе. В соответствии с этим в штампах целесообразно предусматривать направляющие элементы и ограничители хода ползуна, применять центральное или близкое к нему расположение ручьев, водяное охлаждение и смазку пуансонов и матриц, крупные детали штампов делать пустотелыми, а для повышения их прочности приваривать ребра жесткости.

Штамповка на винтовых прессах

Винтовые фрикционные прессы применяют при штамповке поковок в открытых и закрытых штампах. Скорость движения ползуна винтовых прессов составляет 1-3 м/с, что выгодно отличает их от паровоздушных молотов и гидравлических прессов. Такая скорость в момент удара позволяет существенно уменьшить по сравнению с молотами динамические нагрузки на фундамент и продолжительность контакта горячей заготовки со штампом. Эта особенность винтовых прессов предопределила их использование для штамповки поковок из труднодеформируемых и малопластичных сталей и сплавов.

К особенностям винтовых прессов следует отнести:

  • возможность штамповки поковок в открытых и закрытых штампах;
  • пригодность для штамповки точных поковок;
  • наличие выталкивателей для удаления поковок из полости штампа.

При использовании винтовых прессов наиболее часто применяют следующие технологические операции: осадку и высадку; выдавливание (прямое, обратное, боковое и радиальное); гибку; правку и калибровку. Комбинации этих технологических операций позволяют штамповать разнообразные по форме поковки из черных и цветных металлов и их сплавов в открытых (рис. 8.15) и закрытых (рис. 8.16) штампах.

Рис. 8.15. Поковки, изготовляемые на винтовых прессах в открытых штампах: а — круглые в плане; б — удлиненные в плане с прямой осью; в — удлиненные в плане с изогнутой осью; г — произвольной формы или с отростками и развилинами

Заготовками для поковок, штампуемых на винтовых прессах, являются прокат и поковки, изготовляемые на молотах или на ковочных вальцах. При правке и калибровке в качестве заготовок используют поковки деталей.

Рис. 8.16. Поковки, изготовляемые на винтовых прессах в закрытых штампах с разъемной и неразъемной матрицей: а — стержневые с фланцами или буртами; б — с глухими или сквозными полостями; в — с боковыми отростками; г — сложной формы

На винтовых прессах возможна штамповка поковок из жаропрочных, титановых, медных и алюминиевых сплавов, углеродистых и легированных конструкционных сталей. Наиболее целесообразна одноударная штамповка в одноручьевых штампах, однако возможна многоударная штамповка в открытых штампах, а также штамповка в двухручьевых штампах.

При штамповке в открытых штампах размеры заготовок и переходы штамповки следует определять по методике, применяемой для штамповки на молотах с учетом особенностей винтовых прессов. При необходимости операций протяжки и подкатки используют ковочные вальцы, поскольку винтовые прессы, как и КГШП, для этого непригодны.

Наибольшее распространение получили следующие способы штамповки на винтовых прессах:

  1. Штамповка в открытом штампе, которая сопровождается образованием облоя по периметру поковки в плоскости разъема.
  2. Штамповка в закрытом штампе, для которой обычно применяют заготовки из калиброванного материала. Такой способ штамповки обеспечивает получение поковки без облоя или с незначительным облоем на ее торце, который удаляют на наждачном станке или при последующей обработке резанием.
  3. Штамповка в закрытом штампе с разъемной матрицей, применяемая для получения поковок сложной конфигурации, которые невозможно удалить из штампа, имеющего одну плоскость разъема.
  4. Штамповка выдавливанием, при которой колебания объема заготовки сказываются на длине стержня поковки.
  5. Штамповка в закрытом штампе с цельной наклоняемой матрицей, применяемой для стержневых поковок, требующих увеличенного хода ползуна пресса.
  6. Штамповка в закрытом штампе конических и цилиндрических колец со штампованными прямыми зубьями.
  7. Штамповка в закрытом штампе конических колес со штампованными спиральными зубьями. Изготовление таких поковок производят из предварительно отштампованной заготовки, конфигурация которой приближена к конфигурации поковки без зубьев.

При штамповке в открытых и закрытых штампах применяют универсальные переналаживаемые штампы.

Штамповка на горизонтально-ковочных машинах

Поковки, изготовляемые на горизонтально-ковочных машинах (ГКМ), в зависимости от их конфигурации подразделяют на шесть основных групп (табл. 8.2).

Таблица 8.2 Виды поковок, штампуемых на ГКМ

Группа I составлена из поковок типа стержня с утолщением, формоизменение которых производят высадкой.

В группу II входят поковки типа колец и втулок. Формоизменение поковок осуществляется высадкой и прошивкой, а заканчивается операцией пробивки.

Группу III составляют поковки с полостями (глухими отверстиями). По конфигурации наружной и внутренней поверхностей эти поковки аналогичны поковкам группы II, но по технологии отличаются отсутствием пробивки. Формоизменение их ведут высадкой и прошивкой.

Группа IV представляет собой поковки, штампуемые из труб. Формоизменение поковок ведут высадкой, раздачей, а также обжимом.

В группу V входят поковки разнообразные по конфигурации, в том числе с отростками и развилинами, с прямой и криволинейной осью, с глухими или сквозными отверстиями, ось которых может не совпадать с осью стержневой части поковки. Для изготовления этих поковок требуются сочетания отдельных технологических операций, используемых для поковок групп I—III, а также дополнительных операций, таких как выдавливание, расплющивание, гибка, протяжка, волочение.

Группа VI содержит поковки разнообразной формы, для которых перед обработкой на ГКМ требуется получение базовых поверхностей.

Ручьи высадочных штампов ГКМ подразделяют на шесть групп: наборные, формовочные, просечные, отрезные, обрезные и специальные.

Преимущества ГКМ: удобство штамповки деталей в виде стержня с утолщением на конце, экономия металла, так как нет облоя и штамповочных уклонов, безударная работа. Недостатки ГКМ: меньше универсальность; меньше, чем у пресса, мощность; высокая стоимость штампов и самой ГКМ; необходимость в очистке прутка от окалины.

Современные ГКМ оснащают средствами механизации и автоматизации, на их базе созданы комплексы с автоматизированной сменой штампов.

Профилирование заготовок на ковочных вальцах

Профилирование заготовок на ковочных вальцах применяют как для подготовки заготовки к штамповке, так и в качестве окончательной операции. В первом случае вальцовка служит заготовительной операцией, перераспределяющей металл по длине заготовки для последующей штамповки на другом оборудовании. Это целесообразно при изготовлении поковок удлиненной формы и обеспечивает экономию металла на 5-20 %, повышает производительность труда на 50-150 % и более, снижает себестоимость поковок на 10-25 %. Вальцовке подвергают как черные, так и цветные металлы, в частности, алюминиевые и титановые сплавы. При оттяжке концов заготовки межосевое расстояние валков постоянно, а профиль ручьев и радиус каждого валка в ручье — переменные. При вальцовке участков заготовки постоянного сечения применяют калибры, аналогичные тем, что используются при продольной прокатке сортовых профилей.

Вальцовка, обеспечивающая получение готовых изделий с неодинаковыми поперечными сечениями вдоль оси, сходна с процессом продольной периодической прокатки. И в том и в другом случае происходит уменьшение поперечных сечений исходной заготовки при одновременном увеличении ее длины за счет обжатия заготовки вращающимся инструментом — валками. Отличие состоит в том, что процесс деформации при вальцовке происходит при движении заготовки с возвратом на ту сторону, с которой заготовка была задана в вальцы (рис. 8.17). Примером может служить вальцовка на одноклетьевых одно- и многоручьевых ковочных вальцах (консольных и двухопорных). Обжатие производится не по всей длине заготовки (в отличие от прокатки), в связи с чем на валках (в калибрах) имеются переходные участки, на которых обжатие изменяется от нуля до максимума, что позволяет увеличивать единичное обжатие за проход.

Рис. 8.17. Последовательность процесса вальцовки: а — подача заготовки в исходное положение: 1 — заготовка; 2 — упор; 3 — клещи; 4,5- валки; 6 — инструмент; б — захват заготовки и втягивание ее в зону деформации передними выступами инструмента; в — установившийся процесс вальцовки (а — угол захвата); г — выдача заготовки: hо, bо и h2, b1 — размеры заготовки, соответственно, до и после вальцовки

При вальцовке обжимающий калибр нарезается не по всей длине окружности валка, а лишь на ее части (обычно меньше половины длины окружности). При этом остальная часть длины окружности выполняется с радиусом, позволяющим свободно подавать заготовку в исходное положение (до упора).

Сменный вальцующий инструмент (секторы, вставки) также устанавливают не по всей окружности валков, и в момент подхода передней кромки инструмента к находящейся в зазоре между валками в исходном положении заготовке начинается ее обжатие с одновременным возвратом заготовки на переднюю сторону вальцов (сторону задачи).

Вальцовка в двух- и многоклетьевых вальцах (иногда и в одноклетьевых) производится на проход. При многоклетьевой вальцовке требуется высокая точность настройки клетей по совпадению периодов или применение специальных приспособлений или механизмов, сопровождающих заготовку по клетям в соответствии с движением их валков.

Классификация процессов вальцовки приведена на рис. 8.18. В настоящее время наиболее широкое применение находит формовочная вальцовка, а из всех видов формовочной вальцовки наиболее распространено профилирование заготовок под штамповку, которое позволяет перераспределить металл по длине заготовки с учетом формы и сечений поковки и резко увеличить коэффициент использования металла. Профилирование на вальцах заготовок под штамповку и последующую штамповку производят с одного нагрева.

Рис. 8.18. Классификация технологических процессов вальцовки

Формовочной вальцовкой выполняют также оттяжку отдельных частей поковок и заготовок, в том числе у заготовок для надфилей и напильников, концов заготовок для витых пружин, пикообразных изделий. Оттяжку производят как в горячем, так и в холодном состоянии.

Применение вальцовки целесообразно при серийном и крупносерийном производстве поковок удлиненной формы с резкой разницей в площадях поперечных сечений вдоль оси (шатуны, рычаги, гаечные ключи, тяги, турбинные лопатки и др.).

Вальцованные заготовки отличаются точностью и стабильными размерами, что позволяет значительно сократить расход металла, идущего в облой при окончательной штамповке, и уменьшить износ ручьев. На повышение долговечности работы ручьев штампа влияет и более полное удаление окалины с заготовки во время ее вальцовки.

Штамповочную вальцовку ведут в штамповочных вальцах и применяют в массовом и крупносерийном производстве мелких и средних поковок переменного сечения простой и сложной формы, например, боковых звеньев скрепкового конвейера, молотков, кулачков.

При штамповочной вальцовке за один оборот валков можно получить цепочку из четырех и более отштампованных изделий, а на валках большого диаметра можно получать две такие заготовки за один оборот валков, размещая по диаметру валков, напротив друг друга, два комплекта штампов.

Расчет деформации при штамповочной вальцовке производят аналогично расчетам при продольной периодической прокатке.

Штамповочная вальцовка превосходит по производительности штамповку на молотах и прессах.

Особенности технологии отделочных операций

Обрезка облоя и пробивка перемычек

Обрезку облоя и удаление (пробивку) перемычек в поковках, полученных разными видами штамповки, осуществляют на специальных кривошипных обрезных прессах и реже на гидравлических прессах. Эту операцию производят в горячем и холодном состоянии. При горячей обрезке пресс устанавливают в непосредственной близости от штамповочного оборудования и обрезку производят сразу после штамповки. При холодной обрезке ритм штамповки поковок не связан с ритмом их обрезки. Поэтому в целях повышения производительности процесса прессы для холодной обрезки устанавливают на отдельном участке горячештамповочного цеха или выносят в другое помещение. Этот способ требует меньшего количества обрезных прессов и вызывает меньшее коробление поковок. При холодной обрезке легче осуществить подгонку матриц и пуансонов, а также наладку штампов. Холодный способ обрезки облегчает механизацию и автоматизацию процесса, позволяет увеличить производительность обрезных прессов, получить более точные размеры поковок с более гладкой поверхностью, а также увеличить стойкость штампов. Однако при холодной обрезке сопротивление срезу в 3-6 раз больше, чем при горячей, и для крупных поковок с большой площадью среза требуются прессы весьма большой мощности. Кроме этого, если поковки изготовляют из легированной стали, то при обрезке облоя могут возникать трещины.

Горячую обрезку облоя производят у средних и крупных по массе поковок из высоколегированных и высокоуглеродистых сталей. Такие материалы имеют недостаточную пластичность в холодном состоянии и относительно большую толщину облоя. Горячая обрезка требуется также в тех случаях, когда после обрезки необходимы правка, гибка или калибровка в горячем состоянии.

Для обрезки облоя и пробивки отверстий применяют штампы, рабочими деталями которых являются матрица и пуансон (рис. 8.19).

Рис. 8.19. Схема обрезки: а — облоя; б — пробивки отверстия: 1,5 — матрицы; 2 — поковка; 3,4 — пуансоны

При обрезке облоя (рис. 8.19, а )поковку 2 укладывают на матрицу 7, закрепленную на столе пресса. Во время рабочего хода ползуна пуансон 3 проталкивает поковку в отверстие матрицы, острые кромки которой срезают облой. Таким образом, в обрезном штампе режущим инструментом является матрица, а пуансон играет роль толкателя, передающего усилие на поковку.

При пробивке отверстия (рис. 8.19, режущим инструментом является пуансон 4 ,а матрица 5 является опорной и центрирующей деталью.

Для обрезки облоя и пробивки отверстий различают простые, последовательные и комбинированные штампы. Если необходима только обрезка облоя по контуру, то следует применять простой штамп. Если же после обрезки следует правка, гибка, калибровка и т. д., то рекомендуется применять последовательный штамп (рис. 8.20).

Рис. 8.20. Последовательный штамп: 1 — обрезной; 2 — правочный

Когда необходима обрезка по контуру и прошивка одного отверстия, применяют совмещенный штамп (рис. 8.21).

Рис. 8.21. Совмещенный штамп: 1 — поковка; 2 — обрезной пуансон; 3 — обрезная матрица; 4 — прошивной пуансон; 5 — съемник; б — башмак

Обрезка по контуру и прошивка нескольких отверстий требует применения последовательного штампа (рис. 8.22).

Рис. 8.22. Последовательный штамп для обрезки и прошивки: 1 — обрезной; 2 — прошивной

Термическая обработка поковок

Термическая обработка поковок обеспечивает получение механических свойств, заданных техническими условиями на поковку. Термической обработкой стальных поковок являются отжиг, нормализация и закалка с последующим отпуском.

Отжиг снижает твердость поковок, что облегчает обработку резанием, устраняет структурную неоднородность, подготавливает поковку к дальнейшей термической обработке, а также снимает остаточные напряжения, появившиеся в результате штамповки. Отжиг обычно применяют для поковок, изготовленных из сталей с высоким содержанием углерода и легирующих элементов.

Если поковку изготовляют из отожженной стали и заготовку нагревают перед штамповкой до температуры ниже структурных превращений, то в этом случае отжиг необязателен. Нормализацию поковок применяют в основном для устранения крупнозернистой структуры, полученной в результате продолжительного нагрева заготовки до высокой температуры и окончания штамповки при относительно высокой температуре. При нормализации поковки нагревают до температуры, превышающей температуру точки Асз на 50-60 °С (по диаграмме железо-углерод), затем производят непродолжительную выдержку при этой температуре и охлаждают на воздухе. Важным результатом нормализации является также повышение обрабатываемости резанием материала поковок.

Отпуск снимает остаточные напряжения и обеспечивает высокую прочность и пластичность стальных поковок. Процесс заключается в нагреве поковок до температуры ниже критической точки Ас1 и выдержке при температуре нагрева с последующим медленным или быстрым охлаждением. Отпуск бывает высокий и низкий.

Режим термической обработки поковок зависит от применяемой стали и от назначения детали в соответствии с техническими условиями на поковку.

Очистка поковок от окалины

Окалина бывает металлургическая, образовавшаяся при прокатке металла, кузнечная, получившаяся при нагреве заготовок перед штамповкой в окислительной среде, и термическая, которая вызывается термической обработкой поковок. Все эти виды окалины являются результатом окисления поверхности металла. Чем выше температура печи и чем продолжительнее нагрев заготовки, тем больше окисляется ее поверхность.

Для оценки потерь металла при нагреве перед операциями кузнечноштамповочного производства важно знать угар металла при разных видах нагрева. Величина угара металла при нагреве заготовки перед штамповкой составляет от 0,5 % (индукционные печи) до 3 % (пламенные печи).

Получение поковок с высоким качеством поверхности с минимальным объемом обработки резанием требует очистки заготовок перед нагревом и поковок после ковки и штамповки от поверхностных дефектов, окалины, ржавчины и других загрязнений. Эти операции проводят механическими и химическими способами.

Из механических способов очистки штампованных поковок чаще всего применяют галтовку в барабанах и очистку дробью (рис. 8.23).

Рис. 8.23. Схема очистки поковок: а — в галтовочном барабане; б — в дробеметном барабане

Принцип галтовки заключается в том, что во время вращения барабана (рис. 8.23, а) поковки перекатываются, ударяются друг о друга и о звездочки, очищаясь от окалины. Существуют два основных способа галтовки: сухая и мокрая. Сухую галтовку применяют для удаления с поверхности поковок окалины, ржавчины, мазута, заусенцев после обрезки облоя. Для поглощения масла, измельченной ржавчины и окалины, а также для ускорения процесса очистки вместе с поковками в барабан загружают сухие древесные опилки и звездочки.

В процессе мокрой галтовки вместе с поковками в барабан загружают различные абразивные материалы (кварцевый песок, гранит, фарфор, чугунные звездочки, стальные шарики) с добавлением мыльной или содовой воды. Этот способ применяют не только для очистки поверхности поковок, но и для удаления микронеровностей на поверхности основного металла поковки. Такая очистка в некоторых случаях может заменить шлифование.

Сухая очистка производится в галтовочных барабанах периодического действия с загрузкой поковок через боковую стенку с помощью подъемника. В конструкции предусмотрена возможность отсоса пыли в процессе работы барабана через отверстия в цапфах. При серийном и массовом производстве применяют автоматизированные галтовочные барабаны периодического действия.

Галтовочные барабаны применяют для очистки штампованных поковок массой до 40 кг. Производительность стандартного барабана составляет 2 т поковок в час. Галтовкой очищают поковки простой конфигурации без тонких ребер, полотен и мелких отверстий во избежание забоин на поверхности изделий.

Широко распространены дробеструйный и дробеметный способы очистки поковок. При дробеструйной очистке поковок дробь разгоняется сжатым воздухом. Дробеструйные аппараты позволяют производить очистку сложных поковок с глубокими полостями типа стаканов и втулок с фланцами.

Более прогрессивным методом является механическая очистка поковок от окалины в дробеструйных установках периодического и непрерывного действия. В дробеструйных установках поверхность поковок очищается чугунной или стальной дробью, выбрасываемой из специального аппарата.

При дробеметной очистке поток дроби с помощью быстровращаю- щихся лопаток крыльчатки дробеметной головки направляется на очищаемую поверхность поковки. По способу перемещения поковок внутри дро- беметных установок последние делятся на ленточные барабаны, вращающиеся столы и камеры непрерывного и периодического действия. Этим способом, как и дробеструйным, очищают поковки массой до 50 кг в барабанах, до 100 кг на столах, поковки любой массы — в камерах. Схема очистки в дробеметном барабане представлена на рис. 8.21, б. Поковки находятся на вращающейся бесконечной ленте. При вращении ленты поковки переворачиваются, что создает хорошие условия для очистки их поверхности.

Очистку поковок массой 100-1 000 кг в условиях единичного и мелкосерийного производства выполняют в дробеметно-дробеструйных камерах периодического действия.

Химическим методом очистки поверхности поковок является травление, которое применяют для поковок, прошедших предварительную и окончательную термообработку перед обработкой резанием или консервацией. Этим способом можно очищать поковки массой до 1 000 кг любой конфигурации. При этом выявляются все поверхностные дефекты (трещины, волосовины, зажимы и т. д.). Травление заключается в воздействии кислоты на металл.

Правка и калибровка поковок

Поковки в процессе штамповки подвергаются искривлению, а в некоторых случаях происходит смятие выступающих ребер и бобышек. Правку необходимо назначать в тех случаях, когда величина искривления превышает допуск на размеры поковки.

Поковки правят в горячем и холодном состоянии. Горячую правку выполняют на обрезном прессе в совмещенном или последовательном штампе при обрезке облоя и пробивке перемычек или же на оборудовании, предназначенном только для правки (молоте или прессе) и включенном в линию штамповочного агрегата. Горячую правку можно производить и в окончательном ручье штампа после обрезки облоя, но при этом значительно снижается производительность штамповочного агрегата и уменьшается стойкость чистового ручья штампа. Горячую правку применяют для крупных поковок относительно несложной формы из высокоуглеродистых и высоколегированных сталей. Правку крупных поковок удлиненной формы производят на гидравлических правильных прессах, причем не в штампах, а на призмах.

Ручей правочного штампа изготовляют по чертежу горячей или холодной поковки (в зависимости от требуемого вида правки). В случае горячей правки размеры правочного ручья берут с учетом усадки.

Калибровку применяют для повышения точности формы и размеров поковки, снижения шероховатости поверхности, исключения обработки поковок резанием. Различают калибровку плоскостную и объемную, а по температурным условиям — холодную и горячую.

Плоскостную калибровку применяют для получения точных вертикальных размеров поковки на одном или нескольких ее участках, лежащих в различных по высоте параллельных плоскостях. При плоскостной калибровке деформируют только отдельные части поковки. Течение металла в горизонтальных направлениях не ограничивается, и размеры поковки в этих направлениях увеличиваются. Холодную плоскостную калибровку поковок выполняют на чеканочных кривошипно-коленных и винтовых прессах.

При объемной калибровке деформации подвергается весь металл поковки. Свободное течение металла в горизонтальном направлении ограничено боковыми стенками ручья штампа. Избыток металла, полученный в результате недоштамповки, при калибровке вытесняется в облой, который затем удаляют в обрезном штампе. Объемную калибровку обычно производят в горячем состоянии. Ее можно вести на штамповочных молотах, винтовых фрикционных прессах и кривошипных горячештамповочных прессах (после горячей обрезки облоя необходим дополнительный нагрев под штамповку). Облой, образующийся после калибровки, обрезают в холодном состоянии.

Существует также комбинированная калибровка, сочетающая операции плоскостной и объемной калибровки. Вначале поковку подвергают объемной калибровке, при которой происходит небольшое формоизменение, и поковка приобретает гладкую поверхность, а затем для получения точных размеров между отдельными плоскостями поковки ее подвергают плоскостной калибровке.

metallurgy.zp.ua

Штамповка металла – технология, разновидности, оборудование, ГОСТ

Штамповка как технологический процесс обработки заготовок, изготовленных из металла, позволяет получить готовые изделия плоского или объемного типа, отличающиеся как своей формой, так и размерами. В качестве рабочего инструмента при выполнении штамповки может выступать штамп, закрепленный на прессе или оборудовании другого типа. В зависимости от условий выполнения штамповка металла бывает горячая и холодная. Эти два вида данной технологии предполагают использование различного оборудования и соблюдение определенных технологических норм.

Штамповка – пластическая деформация металла, изменяющая форму или размеры материала

Особенности технологии

Ознакомиться с требованиями ГОСТ к обработке металла штампованием можно, скачав документ в формате pdf по ссылке ниже. ГОСТ 18970-84 Обработка металлов давлением. Операции ковки и штамповки. Термины и определения Скачать

Кроме разделения на горячую и холодную, штамповка изделий из металла подразделяется и на ряд других категорий в зависимости от ее назначения и технологических условий. Так, операции штамповки, в результате которых происходит отделение части металлической заготовки, называются разделительными. Сюда, в частности, относятся резка, рубка и пробивка деталей из металла.

Другой категорией таких операций, в результате которых штампуемый лист металла изменяет свою форму, являются формоизменяющие штамповочные операции, часто называемые формовкой. В результате их выполнения детали из металла могут подвергаться вытяжке, холодному выдавливанию, гибке и другим процедурам по обработке.

Схемы и разновидности выдавливания (прессования)

Как уже отмечалось выше, существуют такие виды штамповки, как холодная и горячая, которые, хотя и реализуются по одному принципу, предполагающему деформирование металла, имеют ряд значимых отличий. Штамповку деталей, предполагающую их предварительный нагрев до определенной температуры, применяют преимущественно на крупных производственных предприятиях.

Это связано прежде всего с достаточно высокой сложностью такой технологической операции, для качественного выполнения которой необходимо сделать предварительный расчет и точно соблюсти степень нагрева обрабатываемой заготовки. С помощью штамповки, выполняемой по горячей технологии, из листового металла различной толщины получают такие ответственные детали, как днища котлов и другие изделия в форме полусфер, корпусные и другие элементы, используемые в судостроении.

Характеристики и виды деталей, производимых на горячештамповочных прессах

Для нагрева деталей из металла перед их горячей штамповкой используется нагревательное оборудование, которое в состоянии обеспечить точный температурный режим. В этой функции, в частности, могут использоваться электрические, плазменные и другие нагревательные устройства. Перед началом выполнения горячей штамповки необходимо не только рассчитать нормы нагрева обрабатываемых деталей, но и разработать точный и подробный чертеж готового изделия, в котором будет учтена усадка остывающего металла.

При выполнении холодной штамповки металлических деталей процесс формирования готового изделия протекает только за счет давления, оказываемого рабочими элементами пресса на заготовку. За счет того, что заготовки при штамповке по холодной технологии предварительно не нагреваются, они не подвержены усадке. Это позволяет изготавливать изделия законченного вида, которые не требуют дальнейшей механической доработки. Именно поэтому данная технология считается не только более удобным, но и экономически выгодным вариантом обработки.

Методом холодной штамповки обрабатывают листовой металл толщиной до 10 мм

Если квалифицированно подойти к вопросам проектирования размеров и формы заготовок и к последующему раскрою материала, то можно значительно уменьшить его расход, что особенно актуально для предприятий, выпускающих свою продукцию крупными сериями. В качестве материала, заготовки из которого успешно подвергаются штамповке, может выступать не только углеродистые или легированные стали, но также алюминиевый и медный сплавы. Более того, оснащенный соответствующим образом штамповочный пресс успешно используется для обработки заготовок из таких материалов, как резина, кожа, картон, полимерные сплавы.

Разделительное штампование, целью которого является отделение от обрабатываемой заготовки части металла, – это очень распространенная технологическая операция, используемая практически на каждом производственном предприятии. К таким операциям, которые выполняются посредством специального инструмента, установленного на штамповочный пресс, относятся резка, вырубка и пробивка.

На этом прессе установлены специальные плунжеры для пробивки отверстий в заготовке

В процессе резки металлические детали разделяются на отдельные части, причем такое разделение может осуществляться по прямой или кривой линии реза. Для выполнения резки могут использоваться различные устройства: дисковые и вибрационные станки, гильотинные ножницы и др. Резку чаще всего используют для того, чтобы раскроить металлические заготовки для их дальнейшей обработки.

Вырубка – это технологическая операция, в процессе которой из металлического листа получают детали, имеющие замкнутый контур. При помощи пробивки в заготовках из листового металла делают отверстия различной конфигурации. Каждая из таких технологических операций должна быть тщательно спланирована и подготовлена, чтобы в результате ее выполнения получилось качественное готовое изделие. В частности, должны быть точно рассчитаны геометрические параметры используемого инструмента.

Перфорированный металлический лист получается в результате вырубки отверстий на координатно-пробивном прессе

Технологическими операциями штамповки, в процессе которых осуществляется изменение начальной конфигурации металлических деталей, являются формовка, гибка, вытяжка, отбортовка и обжим. Гибка – это наиболее распространенная формоизменяющая операция, в процессе которой на поверхности металлической заготовки формируются участки с изгибом.

Вытяжка – это объемная штамповка, целью выполнения которой является получение из плоской металлической детали объемного изделия. Именно при помощи вытяжки металлический лист превращается в изделия цилиндрической, конической, полусферической или коробчатой конфигурации.

По контуру изделий из листового металла, а также вокруг отверстий, которые в них выполнены, часто необходимо сформировать бортик. С этой задачей успешно справляется отбортовка. Такой обработке, выполняемой посредством специального инструмента, подвергают и концы труб, на которые необходимо установить фланцы.

Отбортовка может выполнятся различными способами

При помощи обжима, в отличие от отбортовки, концы труб или края полостей в заготовках из листового металла не расширяют, а сужают. При выполнении такой операции, осуществляемой при помощи специальной конической матрицы, происходит наружное обжатие листового металла. Формовка, которая также является одной из разновидностей штамповки, предполагает изменение формы отдельных элементов штампованной детали, при этом наружный контур детали остается неизменным.

Объемная штамповка, которая может выполняться по различным технологиям, требует не только тщательных предварительных расчетов и разработки сложных чертежей, но и использования специально изготовленного оборудования, поэтому реализовать такую технологию в домашних условиях проблематично.

Инструменты и оборудование

Даже обработка мягких металлов, в частности штамповка алюминия, требует применения специального оборудования, в качестве которого могут выступать гильотинные ножницы, кривошипный или гидравлический пресс. Кроме того, необходимо умение производить расчеты расхода материала и разрабатывать технические чертежи. При этом следует учитывать требования, которые содержит соответствующий ГОСТ.

Штамповку, для выполнения которой не требуется предварительный нагрев обрабатываемой заготовки, выполняют преимущественно на гидравлических прессах, производство которых регулирует ГОСТ. Разнообразие серийных моделей этого оборудования позволяет подбирать станок для производства изделий различных конфигураций и габаритных размеров.

В мелком производстве часто используют эластичный метод штамповки, когда шаблон является металлическим элементом, а матрица – резиновым или пластиковым

Выбирая пресс для выполнения штамповки, в первую очередь следует ориентироваться задачи, для решения которых он необходим. Например, для выполнения таких технологических операций, как вырубка или пробивка, используют штамповочное оборудование простого действия, ползун и шайбы которого в процессе обработки совершают небольшой ход. Для того чтобы выполнить вытяжку, требуется оборудование двойного действия, ползун и шайбы которого в процессе обработки совершают значительно больший ход.

Кривошипный пресс КД-238 относится к категории простого оборудования. Предназначен для холодной штамповки: гибки, пробивки, вырубки и неглубокой вытяжки

По своей конструкции, как указывает ГОСТ, оборудование для выполнения штамповки делится на несколько типов, а именно:

  • однокривошипное;
  • двухкривошипное;
  • четырехкривошипное.

На прессах двух последних категорий устанавливают ползуны более крупных размеров. Однако вне зависимости от конструктивного исполнения каждый штамповочный пресс оснащается матрицей. Основное движение, за счет которого и выполняется обработка заготовки на штамповочном прессе, совершает ползун, нижняя часть которого соединена с подвижной частью штампа. Для сообщения такого движения ползуну пресса приводной электродвигатель связывается с ним посредством таких элементов кинематической цепи, как:

  • клиноременная передача;
  • пусковая муфта;
  • шайбы;
  • кривошипный вал;
  • шатун, при помощи которого можно регулировать величину рабочего хода ползуна.

Схема гидравлического пресса

Для запуска ползуна, который совершает возвратно-поступательное движение по направлению к рабочему столу пресса, используется ножная пресс-педаль, напрямую связанная с пусковой муфтой.

Несколько другим принципом работы отличается четырехшатунный пресс, рабочие органы которого создают усилие с центром, приходящимся на середину четырехугольника, образуемого четырьмя шатунами. Благодаря тому, что усилие, создаваемое таким прессом, приходится не на центр ползуна, это устройство успешно используется для того, чтобы изготавливать изделия даже очень сложной конфигурации. Прессы данной категории, в частности, применяют для того, чтобы изготовить асимметричные изделия, отличающиеся значительными габаритами.

Промышленные четырехшатунные прессы могут развивать усилие в сотни тонн

Чтобы изготовить изделия более сложной конфигурации, используют прессовое оборудование пневматического типа, конструктивная особенность которого заключается в том, что оно может быть оснащено двумя или даже тремя ползунами. В прессе двойного действия применяются одновременно два ползуна, один из которых (внешний) обеспечивает фиксацию заготовки, а второй (внутренний) выполняет вытяжку поверхности обрабатываемого металлического листа. Первым в работе такого пресса, конструктивные параметры которого также регламентирует ГОСТ, участвует внешний ползун, фиксирующий заготовку при достижении самой нижней точки. После того как внутренний ползун выполнит свою работу по вытяжке листового металла, внешний рабочий орган поднимается и освобождает заготовку.

Для штамповки тонколистового металла используются преимущественно специальные фрикционные прессы, технические параметры которых также устанавливает ГОСТ. Чтобы обрабатывать более толстый листовой металл, лучше всего применять гидравлическое штамповочное оборудование, которое оснащено более надежными шайбами и другими конструктивными элементами.

Штамповка металла любой толщины должна производится с высокой точностью

Отдельную категорию составляет оборудование, при помощи которого выполняется штамповка взрывом. На таких устройствах, в которых энергия управляемого взрыва преобразуется в усилие, оказываемое на металл, обработке подвергают металлические заготовки значительной толщины. Работа такого оборудования, считающегося инновационным, даже на видео выглядит очень эффектно.

Чтобы получаемый сгиб и общая конфигурация готового изделия из металла отличались высоким качеством, в последнее время стали активно использовать прессы, оснащенные встроенными вибрационными ножницами. Использование такого оборудования с более короткими ножками позволяет изготавливать изделия практически любой конфигурации.

Таким образом, выполнение штамповки листового металла требует наличия не только специализированного оборудования, но и соответствующих навыков и знаний, поэтому реализовать такую технологию в домашних условиях достаточно сложно.

met-all.org

Штамповка листового металла (горячая и холодная): виды, оборудование

Штамповка деталей из листового металла сегодня является очень распространенной технологией, по которой производят изделия практически для всех отраслей промышленности. Благодаря применению такой технологии из плоского металлического листа можно получать как миниатюрные, так и габаритные детали даже сложной геометрической формы.

Листовые заготовки, изготовленные на координатно-револьверном прессе

Что собой представляет листовая штамповка

Говоря о штамповке деталей, изготовленных из листового металла, имеют в виду технологическую операцию, при выполнении которой на заготовку оказывается значительное давление. Под воздействием такого давления заготовка деформируется, приобретает требуемую конфигурацию и размеры.

Использовать такую операцию (правда, в значительно упрощенном виде) начали еще наши далекие предки. Именно при помощи воздействия на металл давлением они изготавливали сельскохозяйственные орудия, оружие, предметы домашнего обихода и различные украшения.

Современный пресс для штамповки кузовных деталей

Активное развитие штамповка как технология производства изделий из листового металла получила в конце XIX века. Именно в тот период (начиная с 1850-х годов) данная технология активно совершенствовалась, а для ее реализации специалисты создали мощное оборудование. Штампованные детали, которые в то время можно было уже производить серийно, отличались достойным качеством и обладали хорошими эксплуатационными характеристиками.

На совершенно новый уровень развития как горячая, так и холодная штамповка вышла уже в начале XX века. Именно благодаря совершенствованию технологии штамповки листового металла стал возможен серийный выпуск автомобилей, для которых с помощью данного метода производились кузовные детали. Начиная с 1930-х годов данную технологию начали активно применять предприятия, работающие в авиа- и судостроительной отрасли, а чуть позже (спустя всего пару десятков лет) при помощи штамповки стали производить детали космических аппаратов.

Высокая популярность, которую штамповка завоевала за относительно долгий период своего развития, объясняется возможностями:

  • производства изделий различных геометрических форм и размеров, качество и точность изготовления которых позволяют сразу использовать их по прямому назначению;
  • полной механизации и автоматизации производственных процессов, что достигается, в частности, путем оснащения производства роторно-конвейерным оборудованием для штамповки листового металла;
  • серийного производства изделий, геометрические параметры которых отличаются особо высокой точностью (такие изделия могут быть легко заменены друг на друга, если в этом возникает необходимость).

Холодная штамповка на гидравлическом прессе

Использование такой технологической операции, как объемная штамповка, позволяет превратить металлический лист в геометрически сложное и небольшое по массе изделие, прочностные характеристики которого находятся на высоком уровне. Применение методов штамповки деталей из листового металла позволяет изготавливать как очень массивные изделия, используемые при производстве машиностроительной продукции, водных и воздушных судов, так и миниатюрные детали для электронных устройств и часовых механизмов.

Горячая и холодная штамповка часто используется в качестве подготовительной операции. Например, по таким технологиям производят детали, которые затем обрабатываются другими методами – сваркой, резкой и др.

Особенности технологии

В качестве исходного сырья для штамповки может выступать металлический лист, стальная полоса или тонкая лента. Наибольшее распространение по целому ряду причин получила холодная листовая штамповка. Технологию горячей штамповки применяют в тех случаях, когда мощности используемого оборудования не хватает для деформирования металла в холодном состоянии или когда обработке необходимо подвергнуть деталь из металла, отличающегося невысокой пластичностью. Как правило, по технологии горячей штамповки выполняют обработку листовых заготовок, толщина которых не превышает 5 мм.

В зависимости от того, что в процессе выполнения штамповки необходимо сделать с листовым металлом, различают разделительные и формоизменяющие технологические операции. В результате выполнения первых от заготовки отделяется часть металла, что может происходить по прямым или кривым линиям, а также по определенному контуру. Отделение металла в таких случаях происходит из-за сдвига его частей относительно друг друга.

Существует целый ряд разделительных штамповочных операций, для выполнения которых используется пресс, оснащенный специальным инструментом. Резка

В процессе резки части металлической детали отделяются друг от друга по прямой или фигурной линии. Пресс, при помощи которого выполняется такая операция, правильнее называть ножницами, которые могут быть дисковыми, вибрационными или гильотинными. При помощи резки получают готовые к дальнейшей эксплуатации изделия или формируют заготовки для их дальнейшей обработки другими методами.

Схемы резки листового металла ножницами

Пробивка

Эта операция используется для того, чтобы сформировать в листовой заготовке отверстия различной конфигурации.

В процессе пробивки часть материала удаляется в отход

Вырубка

При помощи вырубки из металлической детали формируют готовое изделие с замкнутым контуром.

Пример детали, изготовляемой из полосы вырубкой

Формоизменяющие штамповочные операции в полном соответствии со своим названием используются для того, чтобы без механического разрушения изменить форму листовой металлической заготовки, а также ее размеры. Отбортовка

Это технологическая операция штамповки листового металла, в результате выполнения которой вокруг отверстий в металлической заготовке, а также по ее контуру формируются бортики требуемых размеров и формы. Чаще всего отбортовке подвергают концы труб, на которых впоследствии планируется фиксировать фланцы.

Схема отбортовки детали вокруг заранее пробитого отверстия

Вытяжка

Это по-настоящему объемная штамповка, целью которой является получение из плоского металлического листа полых пространственных изделий. При помощи такой технологической операции можно изготавливать предметы коробчатой, полусферической, цилиндрической, конической и других форм.

Инструментальные способы вытяжки

Обжим

Данная операция выполняется при помощи матрицы конического типа. Целью обжима является сужение торцов полых деталей, изготовленных из листового металла.

При обжиме конец заготовки вталкивается в воронкообразное отверстие матрицы

Гибка

При помощи такой технологической операции штамповки заготовкам из листового металла придают требуемый изгиб.

Гибка позволяет получать детали разнообразных форм, в зависимости от которых различают типы гибки

Формовка

Это такое изменение формы и размеров локальных участков заготовки, при котором внешний контур изделия остается неизменным.

Схемы формовки

Обработке по технологии холодной штамповки могут подвергаться не только листы из углеродистых и легированных сталей, но также детали из меди, алюминия и их сплавов. Более того, используя пресс и соответствующие штампы листовой штамповки, можно выполнять обработку таких материалов, как кожа, картон, резина, полимерные сплавы.

Детали, для производства которых была использована холодная штамповка, отличаются не только точностью своих геометрических параметров, но и высоким качеством поверхности. Чистота последней в отдельных случаях может соответствовать 8-му классу. В среднем чистота поверхности штампованных изделий находится в интервале 2–6 классов, что вполне устраивает потребителей такой продукции.

Производственный цех, в котором ведется процесс листовой штамповки

Следует иметь в виду, что выполнение холодной штамповки листового металла сопровождается увеличением его прочностных показателей.

Выбирая пресс для выполнения такой технологической операции, а также занимаясь проектированием штампов листовой штамповки, следует учитывать целый ряд параметров исходного сырья. Только так можно обеспечить высокое качество готовых изделий. К таким параметрам, в частности, относятся:

  • электрическая и магнитная проводимость материала, который будет подвергаться обработке;
  • твердость и механическая прочность металла;
  • масса заготовки;
  • ударная вязкость, которой обладает обрабатываемый металл;
  • теплопроводность металла, а также его теплостойкость;
  • степень устойчивости металла к коррозии и его износостойкость, что будет оказывать влияние на долговечность, которой будет обладать штампованный лист.

Оборудование, инструменты и приспособления

Для штамповки деталей, изготовленных из листового металла, необходимы пресс и сам рабочий орган такого оборудования – штамп. В свою очередь рабочими органами штампа, элементы конструкции которого изготавливаются из инструментальных сталей, являются матрица и пуансон. Деформирование обрабатываемого листа как раз и осуществляется матрицей и пуансоном, а происходит это в тот момент, когда они сближаются друг с другом.

В процессе обработки двигается только верхняя часть штампа, которая фиксируется на ползуне пресса. Нижняя часть рабочего инструмента, являющаяся неподвижной, устанавливается на рабочем столе оборудования. В отдельных случаях, когда штамповке подвергают не листовую сталь, а более мягкий материал, рабочие элементы штампа могут изготавливаться из древесины или полимерных сплавов.

Штамповая оснастка для вырубки

Когда методом штамповки необходимо изготовить крупногабаритную единичную деталь, нередко используют не пресс, а несложное приспособление, состоящее из бетонной или чугунной матрицы и контейнера, наполненного жидкостью, в качестве которой выступает вода. Обрабатываемый металлический лист укладывают на матрицу, а жидкий пуансон располагают над ним.

Чтобы создать в жидкости давление, которое деформирует лист металла по форме матрицы, в ней подрывают пороховой заряд или создают электрический разряд требуемой мощности. Для выполнения такой технологической операции, как резка, используют не пресс, как уже говорилось выше, а ножницы, отдавая предпочтение моделям вибрационного типа.

Классификация прессовых машин по кинематической схеме

Собираясь выполнить штамповку изделия из листового металла, следует уделить особое внимание выбору пресса. Чаще всего в качестве такого оборудования выбирают устройства кривошипного типа, которые могут быть оснащены одним, двумя или четырьмя кривошипными механизмами. Принцип работы этого устройства достаточно прост и заключается в следующем.

  • Приводной электродвигатель передает движение на кривошипный вал через кинематическую цепочку, состоящую из клиноременной передачи и фрикционной муфты.
  • Чтобы сообщить движение ползуну кривошипного механизма, используется шатун, длина которого может регулироваться.
  • Чтобы запустить рабочий ход пресса, используют ножную педаль.

Штамповочное оборудование, которое применяется для изготовления изделий сложной конфигурации, может быть оснащено не одним, а несколькими ползунами.

met-all.org


Смотрите также