14.2 Сущность процесса горячей объемной штамповки
При горячей объемной штамповке формообразование осуществляется принудительным перераспределением металла нагретой заготовки в штампе. Свободное течение металла ограничивается поверхностями полостей штампов.
Этот процесс широко распространен в производстве, так как по сравнению со свободной ковкой он дает возможность получать штампованные поковки с более высокими механическими свойствами и в 3...4 раза меньшими допусками.
Точность размеров и качество поверхности штампованных поковок регламентируются ГОСТами. Так, точность поковок может соответствовать 8... 11-му квалитетам. Иногда их лишь шлифуют в местах сопряжения с другими деталями.
Заготовками для горячей штамповки служат изделия прокатного производства – профили квадратные, круглые и прямоугольные, с периодически повторяющимся профилем сечения. Для получения фасонных заготовок применяют специальные заготовительные операции (свободная ковка, предварительная штамповка).
Для горячей объемной штамповки создают дорогостоящие штампы, используемые для изготовления конкретных поковок. Штампы работают в чрезвычайно тяжелых условиях: подвергаются ударам, воздействию высоких температур и усиленному износу. Для их изготовления применяют специальные стали: 5ХНМ, 5ХГМ, 5ХНВ, ЗХ2В8Ф, 6ХВГ, 7X3 и др.
Различают два основных способа горячей штамповки: в открытых и закрытых штампах.
Штамповкой в открытых штампах (рис. 14.2.а) получают поковки с облоем-заусенцем по месту разъема штампа. В зазор h3, который закрывает выход основному металлу, вытекает часть металла, что обеспечивает полное заполнение полости штампа. Метод имеет недостатки: потери металла в заусенец, введение операций по обрезке заусенца, дополнительные энергетические затраты.
Штамповка в закрытых штампах (рис. 14. 4, б) называется еще безоблойной штамповкой. Этот способ получения поковок используется при равенстве объемов заготовки и полости штампа. Зазор между частями штампа небольшой и постоянный, отчего металл не образует заусенца. Формование в закрытых штампах обеспечивает экономию металла и переработку малопластичных материалов за счет всестороннего неравномерного сжатия.
14.3 Классификация способов холодной штамповки
Холодная штамповка – это процесс формообразования поковок или готовых изделий в штампах при комнатной температуре.
Удаление окалины, загрязнений, дефектов, нанесение покрытий-смазок – это необходимые операции подготовки заготовок к холодной деформации.
Назначению промежуточных отжигов для снятия упрочнения играет большую роль для восстановления пластических свойств материалов, как правило, при многопереходной холодной штамповке.
Качество изделий, получаемых этим способом, значительно выше, чем у деталей после механической обработки. Более того, холодная штамповка за счет разных степеней деформации па отдельных участках «управляет» распределением механических свойств в поковке (детали). Появляется в связи с этим возможность замены легированных сталей на углеродистые.
Различают по характеру деформирования и конструкции штампов холодную объемную (сортового металла) и холодную листовую (листового металла) штампов к у.
Штампованные при нормальной температуре детали характеризуются отсутствием пористости металла, ориентированными волокнами и вследствие этого высокой усталостной прочностью. Это может привести к уменьшению размеров деталей и снижению их металлоемкости.
Холодная листовая штамповка является прогрессивным высокопроизводительным процессом. Толщина листовой заготовки при этом виде обработки не более 6-10 мм, большие толщины штампуются обычно в горячем состоянии. Листовой штамповкой изготавливают точные детали сложной формы с тонкими стенками.
Основными разновидностями холодной объемной штамповки являются холодное выдавливание, холодная высадка и холодная объемная формовка.
Между холодным выдавливанием и прессованием металлов много общего. Выдавливание представляет собой формообразование сплошного или полого изделия за счет пластического течения металла из полости штампа через отверстия.
Прямое выдавливание (рис. 14.3, а) характеризуется течением металла из матрицы 2 под воздействием и в направлении движения пуансона 1.
Применяется для изготовления клапанов, трубок, полых стаканов с фланцем и т. п. При обратном выдавливании (рис. 14.3, б) металл течет навстречу пуансону, в кольцевой зазор между пуансоном и матрицей. Детали типа экранов радиоламп, тюбиков и другие имеют толщину стенок 0,08 мм (алюминиевые) и 1,5...5 мм (стальные).
Металл течет в боковые отверстия матрицы при боковом выдавливании (рис. 14.3, в). Готовые детали извлекают в данном случае из составной матрицы. Этот метод используется в производстве крестовин тройников и пр.
Комбинированное выдавливание (рис. 14.3, г) объединяет рассмотренные способы в различных сочетаниях.
Холодной высадкой называют осадку в штампе части заготовки или образование в ней местных утолщений требуемой формы. Номенклатура изделий высадки чрезвычайно широка: крепежные изделия, кулачки и зубчатые колеса заодно с валом, электроконтакты и т. п.
Проволока или прутки диаметрами от 0,5 до 50 мм являются заготовками. Точность готовых изделий соответствует 6...9-му квалитетам, шероховатость поверхности Ra==2,5...0,63 мкм.
Холодная объемная формовка проводится почти по аналогии с горячей объемной штамповкой; она также направлена па формообразование только уже готовых или с минимальной механической обработкой деталей за счет заполнения металлом полости штампа.
Операции листовой штамповки разделяются на разделительные и формообразующие.
Резка – отделение части заготовки по незамкнутому контуру па специальных ножницах или в штампах, проводимая как заготовительная операция.
Вырубка и про бивка являются операциями отделения части листа по замкнутому контуру в штампе. Обработка ведется, в последовательного действия.
Пластическая деформация на формообразующих oneрациях не приводит к разрушению металла, обеспечивая создание из заготовок заданных чертежом деталей машин.
Гибкой (рис. 14.4,а) задается криволинейная форма заготовке при помощи пуансона 1 и матрицы 2 гибочного штампа.
Вытяжка (рис. 14.4,6) – одна из сложных формообразующих операций листовой штамповки. Пуансон 1, двигаясь вниз, воздействует на заготовку 3, размещенную на матрице 4. Заготовка смещается в отверстие матрицы и образует стенки вытянутой детали. Деформацию оценивают коэффициентом вытяжки, равным отношению 1,8...2.1.
Во избежание образования складок на фланце детали в штампе монтируется прижим 2. Чтобы не наступило разрушение металла при формовании, скругляют радиусом г пуансон и матрицу.
Рисунок 10
Формообразующие операции листовой штамповки:
Промежуточный отжиг увеличивает коэффициент вытяжки, высоту вытянутой детали. Продукция вытяжки: детали радиоаппаратуры, корпуса, крышки, емкости, защитные ограждения и т.п.
Отбор товкой (рис. 10, в) называют образование борта вокруг отверстия. Допустимая деформация характеризуется коэффициентом отбортовки, представляющим собой отношение с1б/с10=1,2...1,8. Отбортовка необходима для кольцевых деталей с фланцами и уступами, а также для увеличения жесткости деталей.
Обжимом (рис. 14.4, г) уменьшают горловину пустотелых изделий типа фляг. Допустимая однопереходная деформация составляет d = (0,7...0,8) Dзаг.
Рельефная формовка (рисунок 10, д) дает выступы на заготовке, ребра жесткости, лабиринтные уплотнения и т. п.
Холодная штамповка достигла большого совершенства. Ею можно получать поковки (точнее – готовые детали), не требующие дальнейшей механической обработки. Достигаемая точность 6... 10 квалитеты, шероховатость поверхности до = 0,16...0,04 мкм.
Если к деталям предъявляются более высокие требования по точности и шероховатости поверхности, то вводят в качестве окончательной механическую обработку. В этом случае не требуется обработка резцами, фрезами и др., а используют отделочные методы – шлифование, полирование и т. п.
Продукция холодной штамповки используется в различных областях народного хозяйства и в быту. Наиболее широко она используется в машиностроении, особенно в авто- и тракторостроении, сельскохозяйственном и текстильном машиностроении, приборостроении, электротехнической промышленности и др. Номенклатура изготавливаемых деталей очень велика, размеры их изменяются от долей миллиметра до нескольких метров.
Холодная штамповка является примером безотходной или малоотходной технологии: она доводит коэффициент использования металла до 0,95. Одновременно значительно снижается трудоемкость и себестоимость изготовления деталей.