Горячая объемная штамповка

Горячая штамповка деталей — это процесс, суть которого сводится к заполнению разогретым до необходимого уровня пластичности металлом определенной формы или как ее еще называют штампа (точнее, его полости). Техника свободной ковки отличается от штамповки тем, что металл, находясь в нагретом состоянии, имеет возможность течь свободно в стороны, не будучи ограниченным стенками формы, форма его в данном случае изменяется посредством бойков. При штамповке металл не может растекаться, поскольку его течение ограничено. Полость штампа, имеющая форму необходимой детали, заполняется разогретым металлом, в результате чего и получается изделие требуемой конфигурации.

Итак, горячая штамповка деталей — это процесс изготовления металлических изделий, использующий формы-штампы. Штампы эти должны иметь полости, в точности соответствующие форме изделий, которые планируется штамповать с их помощью. Для каждой детали должен быть изготовлен свой отдельный штамп. Производство деталей методом штамповки — достаточно трудоемкий и дорогостоящий процесс, но когда речь идет о крупных партиях и серийном производстве деталей, он позволяет изрядно выиграть как в финансовом плане, так и в плане скорости работы и качества получившихся изделий, сэкономив при этом на материале и рабочей силе.

Разберемся подробнее в том, что происходит с металлом во время штамповки. Горячая штамповка деталей основана на нагревании металла. Нагретый металл меняет свои свойства, он становится жидким или «тестообразным», более склонен изменять свою форму, принимая форму необходимой детали и сохраняя ее при остывании, при этом его структура не разрушается, что, разумеется, очень важно. Расплавленный металл хорошо заполняет формы и дает высокое качество поверхности в результате.

Когда речь идет о литье, расплавленный до жидкого состояния металл заливают в форму, которую он заполняет свободно, без приложения каких-либо внешних сил. Горячая штамповка деталей происходит по несколько отличающейся технологии. В данном случае металл, например, сталь, нагревают до температуры, при которой его состояние становится «тестообразным» (для стали это 1200 градусов), металл уже достаточно пластичен, его форма может быть изменена без повреждений и сопротивления, но чтобы штампы, особенно сложной конфигурации, заполнились таким металлом, и заполнение было качественным, необходимо приложить некую внешнюю силу (обычно в качестве таковой выступает молот или пресс).

Горячая штамповка деталей может быть безоблойной или облойной. Что это означает? Существует два типа штампа, один из которых имеет облойную канавку — часть штампа, куда вытекают излишки металла при заполнении полости. Эти самые излишки и запечатывают отверстие, не давая металлу растекаться дальше, без облоя полость штампа не сможет заполниться металлом. Впоследствии облой, или металлический лом, удаляется и утилизируется. Второй тип штампов не имеет отверстия, предназначенного для удаления излишков, и может быть заполнен строго определенным количеством металла.

Штампы с облойной канавкой необходимы для изготовления поковок сложной формы на гидравлических прессах и молотах. Поковки простой формы целесообразнее изготавливать в закрытых штампах. Такие штампы используются при работе на горизонтально-ковочных машинах, молотах и прессах. Безоблойные штампы не имеют полости для исхода металла и на протяжении всего процесса штамповки остаются закрытыми, благодаря чему металл не вытекает из них. Такой метод штамповки исключает образование облоя, что, в свою очередь, ведет к снижению расходов металла.

Чем горячая штамповка деталей лучше других способов их изготовления? Наиболее очевидное преимущество данного метода получение металлических деталей состоит в возможности получения максимально точных поковок, независимо от сложности их конфигурации. Менее очевидное преимущество — при данном методе обработки волокна металла, составляющего поковку, имеют правильное расположении, их структура не нарушена, что обеспечивает высокую прочность полученных таким способом изделий. Для того чтобы увидеть разницу, достаточно сравнить коленчатый вал, полученный методом механической обработки прутка, и вал штампованный. Разница очевидна — металлические волокна первого вала перерезаны, что делает его менее прочным, у штампованного же вала волокна по всей его длине расположены в направлении оси.

При горячей штамповке очень важна квалификация и опыт производящего ее специалиста. Хороший штамповщик имеет точное представление о том, какое имеют направление волокна металла в заготовке, каким образом он будет течь в процессе штамповки, и каким образом необходимо расположить волокна, чтобы получившаяся деталь имела максимальную прочность.

Горячая штамповка деталей как метод металлообработки имеет широкую сферу применения ввиду своей высокопроизводительности, экономичности и высокой прочности получающихся деталей. Штамповка обеспечивает получе6ние большого числа взаимозаменяемых поковок (то есть, имеющих одинаковую форму и размер). Методом горячей штамповки можно изготовить детали сложных форм, в том числе с небольшими припусками и допусками. Ввиду всех перечисленных причин, штамповка часто справляется со сложными операциями куда лучше, чем многие другие методы обработки металла. К примеру, обработка металла посредством резания на станках вполне может быть заменена штамповкой, при условии, что изделия пройдут еще ряд отделочных операций, таких как калибровка и чеканка. Впрочем, при современном уровне развития металлообработки детали зачастую отправляются на сборку прямиком из кузнечного цеха, минуя этап дополнительной механической обработки.

Еще одно преимущество штамповки — это скорость. Даже самые совершенные станки автоматы не способны обогнать горячую штамповку в плане скорости изготовления большого количества деталей. Кроме этого, горячая штамповка более экономна, потому что при данном способе расходуется меньше металла, а качество готовых изделий — выше. При вытачивании детали из заготовки прочность готового изделия ниже, потому что в процессе обработки происходит удаление самых качественных, поверхностных слоев металла, которые уходят в виде стружки. При горячей штамповке этого, естественно, не происходит. Сравним производительность различных станков: револьверный станок дает 20 болтов в час, четырехшпиндельный металлорежущий автомат — 80 болтов в час, а с болтовысадочного штамповочного автомата сходит за час 4200 болтов. Расходы металла при этом в последнем случае будут в двадцать пять раз меньше, чем в случае, когда тот же объем работ осуществляется на металлорежущих станках.

Свободная ковка как метод обработки металла также во многих случаях вытесняется горячей штамповкой. Происходит это все по тем же причинам: более высокая скорость получения деталей и низкий расход металла. Штамповка зачастую используется вместо свободной ковки даже в тех случаях, когда речь идет об изготовлении тяжелых и крупных поковок. На штамповочных молотах могут производиться стальные поковки весом до пяти тонн (к примеру, коленчатые валы судовых двигателей). Однако замена свободной ковки горячей штамповкой имеет смысл только в том случае, если экономия материалов и скорость работы позволяют окупить значительные расходы на изготовление необходимых штампов, в противном случае это нецелесообразно.

Методом горячей штамповки можно изготовить огромное количество деталей самого различного назначения — шестерни, шатуны, цапфы, рычаги, коленчатые валы, ключи, вилки, валики и многое другое, практически любые детали, даже самой сложной формы. Часто применяют горячую штамповку для обработки цветных металлов. Широкое применение имеет этот способ обработки металла в таких важных областях, как, к примеру, авиационная промышленность.

По сравнению с ковкой штамповка деталей имеет ряд преимуществ.

1. штамповка деталей имеет более высокую производительность;

2. штамповка деталей обеспечивает меньший расход материала;

3. За счет более высокой штамповка деталей в точности позволяет значительно сократить объем последующей обработки резанием.

Недостатки:

1. Для объемной штамповки паковок требуется гораздо большее усилие деформирования;

2. Штамп дорогостоящий инструмент и пригоден только для изготовления одной, конкретной паковки.

Поэтом горячая объемная штамповка экономически целесообразно применению в крупносерийном и массовом производстве при изготовлении паковок от нескольких грамм до 20 килограмм.

Штампы – это массивные стальные формы, состоящие из двух частей в которых имеются полости. Эти полости называются ручьями. Верхняя часть штампа закрепляется на подвижной части кузнечной машины, нижняя – на неподвижной. При смыкании обеих частей штампов образуется ручей, формы и размеры которого соответствуют изготавливаемому изделию. В зависимости от степени сложности изделия используют штампы одноручьевые или многоручьевые. Штамповка паковок сложной конфигурации производится в многоручьевых штампах, ручьи которого подразделяются на заготовительные и штамповочные (чистовые и черновые).

В заготовительных ручьях происходит предварительное, а в штамповочных – окончательная форма изменения заготовки. Различают штамповку в открытых и закрытых штампах.

При штамповке деталей в открытых штампах в плоскости их разъема часть металла вытекает в облойную щель – получается заусенец (облой), что служит гарантией полного заполнения полости металлом.

Штамповка деталей в закрытых штампах характеризуется тем, что полость штампа в процессе деформирования остается закрытой. Зазор между подвижной и неподвижной частями штампа при этом постоянный и небольшой. Образование заусенца в нем не предусмотрено.

После штамповки изделий производят ряд завершающих операции: обрезку облоя, прошивку отверстий, правку, термическую обработку (отжиг или нормализацию), очитку от окалины, контроль качества паковок.