Объемная штамповка

Объемная штамповка (далее О), технологический процесс кузнечно-штамповочного производства, заключающийся в изменении простейших объемных заготовок (цилиндрической, призматической и др. формы) в более сложные изделия, форма которых соответствует полости специализированных инструментов - штампов. О как процесс перераспределения металла заготовки происходит в результате пластической деформации (см. Обработка металлов давлением).

Основные операции О- осадка, высадка, протяжка, выдавливание, гибка, плющение, образование выступов, утолщений, углублений, осуществляемые на кузнечно-прессовых машинах - молотах, прессах и машинах специального назначения. Из штампованных поковок после обработки резанием и термической обработки получают различные детали: шатуны, коленчатые валы, рычаги, зубчатые колеса, лопатки турбин, крепежные детали, шары, ролики и кольца подшипников и др.

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

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

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

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

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

Штампы - точный, сложный и дорогой инструмент, поэтому применение О целесообразно главным образом в крупносерийном и массовом производствах.

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

Лит. см. при ст. Кузнечно-штамповочное производство.

Я. М. Охрименко, Г. А. Навроцкий.

	Copyright © 1999-2017 Oval.ru, All Rights Reserved.