Тема 2.4.3 Холодная объемная штамповка

Вопросы:

1. Холодная объемная штамповка, сущность процесса.

2. Холодное выдавливание. Сущность способов прямого, обратного, бокового и комби­нированного выдавливания. Продукция и ее применение.

3. Холодная высадка, ее сущность, продукция.

4. Последователь­ность изготовления изделий на холодновысадочных авто­матах. Особенности холодной объемной формовки.

5. Пре­имущества и недостатки холодной штамповки.

1. Объемная холодная штамповка – это процесс, при котором происходит уменьшение пластичности металла и одновременное увеличение его прочности. Благодаря упрочению, которое происходит на определенных этапах обработки, деформирование заготовки во время последующих операций оказывается затруднено. Вредное влияние упрочнения может быть устранено, для этого применяется межоперационная термообработка или рекристаллизационный отжиг.

Объемная холодная штамповка делает возможным получение деталей высокой точности. Поверхность таких деталей отличается хорошим качеством, при этом необходимости в обработке резанием в процессе изготовления детали почти не возникает. Холодная штамповка исключает нагрев изделия в процессе его производства, благодаря отсутствию нагрева формируются благоприятные предпосылки для автоматизации технологического процесса. Последнее же, в свою очередь, влияет на улучшение условий труда, что приводит естественным образом к повышению производительности.

Для массового производства небольших поковок обычно без последующей механической обработки применяют объемную штам­повку металла в холодном состоянии на кузнечных автоматах – холодновысадочных, обрезных, гибочных и др.

К этому виду штамповки относят объемную штампов­ку без нагрева: осадку, выдавливание, высадку, калиб­ровку, чеканку.

Холодной объемной штамповкой изготовляют неболь­шие детали из стали, цветных металлов и их сплавов. При этом по сравнению с обработкой резанием сокраща­ются технологические отходы металла и время обработки в несколько раз.

2. Холодное выдавливание – операция по формообразованию сплошных или полых изделий, благодаря пластическому течению металла из замкнутого объема через отверстия соответствующей формы. Особенностью процесса является образование в очаге деформации схемы трехосного неравномерного сжатия, повышающего технологическую пластичность материала.

Холодное выдавливание является одной из наиболее распространенных операций объемной холодной штамповки. Сущность его за­ключается в том, что массивная заготовка под давлением пуан­сона перемещается в кольцевой зазор между матрицей и пуансо­ном и образует полую деталь с дном или трубку с фланцем.

В зависимости от направления течения металла различают:

- прямое выдавливание – применяется для получения сплошных удлиненных поковок;

- обратное выдавливание – применяется для получения пустотелых поковок;

- боковое выдавливание – применяется для получения поковок с отростками;

- комбинированное выдавливание.

Существуют четыре способа выдавливания: прямой, обрат­ный, комбинированный и боковой.

Прямой способ (рис. 49, а) характеризуется тем, что заго­товка перемещается в напра­влении движения пуансона. Этот способ применяется для изготовления пустотелых дета­лей с фланцем и иногда – для стержней с большими утолще­ниями, которые нецелесооб­разно изготовлять высадкой (трубки с фланцем, стакан с фланцем).

Обратный способ (рис. 49, б), чаще всего встречающийся в производстве, характеризуется тем, что металл течет в направлении, обратном движению пуан­сона. Этим способом получают полые детали с утолщенным дном, имеющие в плане круглую, прямоугольную или овальную форму, например корпуса конденсаторов, тюбики для зубной пасты и т. п.

Комбинированный способ (рис. 49, в) представляет собой соче­тание прямого и обратного способов, т. е. металл течет по нескольким направлениям. Возможны сочетания различных схем.

При боковом выдавливании металл течет в боковые отверстия матрицы под углом к направлению движения пуансона. Таким образом, можно получить детали типа тройников, крестовин и т.п. Для обеспечения удаления заготовок из штампа матрицу выполняют состоящей из двух половинок с плоскостью разъема, проходящей через осевые линии исходной заготовки и получаемого отростка.

Рис.49 Способы холодного выдавлива­ния:

а – прямой; б – обратный; в – ком­бинированный; 1 – пуансон; 2 – заготовка; 3 – матрица

Рис.50 Примеры деталей, изготовленных холодным выдавливанием:

а – прямым; б – обратным; в – комбинированным

3. Холодная высадка изделий (рис. 51) представляет собой технологический процесс, в результате которого увеличивается поперечное сечение в заданных участках заготовки за счет пластической деформации в матрицах без предварительного подогрева металла.

Холодная высадка обеспечивает благоприятное расположение волокон макроструктуры, в результате чего повышаются прочность деталей и сопротивление истиранию. Увеличение диаметра заготовки при высадке ограничивается её продольной устойчивостью или вероятностью разрушения с образованием продольных трещин. Потери устойчивости (искривления оси) не происходит, если длина высаживаемой части меньше 2,5 диаметра заготовки. При необходимости высаживать более длинный участок заготовки высадку ведут в несколько переходов, последовательно увеличивая диаметр при соответствующем уменьшении длины высаживаемой части. Для уменьшения опасности разрушения заготовки применяют многопереходную высадку с промежуточным рекристаллизационным отжигом.

Рис. 51 Схема процесса холодной высадки

Методом холодной высадки изготовляют крепежные изделия, а также многие нестандартные детали, такие как корпуса запальных свечей, поршневые пальцы, ролики подшипников, эксцентриковые кулачки, храповики, распорные втулки, рычаги переключения передач, валы, шестерни, червяки и многие другие машиностроительные детали.

4. Общий вид и кинематическая схема холодновысадочного авто­мата показаны на рис. 52, а, б. Этот автомат одноударный с цельной матрицей. Он имеет следующие механизмы: подачи ма­териала, отрезки заготовки и переноса ее с линии подачи на линию высадки, высадки (ползун с шатуном) и выталкивания.

Проволока или пруток 1 подается вращающимися желобчаты­ми роликами 2 через отверстие отрезной матрицы 3 до регулируе­мого упора. При движении ножевого штока 4 вперед от прутка отрезается заготовка; придерживаемая специальным устройством, заготовка перемещается на линию высадки. Движение от электро­двигателя 6 через клиноременную передачу (или редуктор) 7 и коленчатый вал 5 передается высадочному ползуну 8 и пуансону 9.

Перемещением пуансона вперед заготовка подается в отверстие высадочной матрицы 10 до упора в стержень 11 и затем, при даль­нейшем движении пуансона осуществляется высадка головки. При отходе высадочного ползуна с пуансоном изделие из матрицы 10 выталкивается стержнем 11. Движение всех остальных механиз­мов осуществляется от коленчатого вала 5 через систему рычагов.

Рис. 52 Холодновысадочный автомат

Производительность холодновысадочных одноударных автома­тов достигает 325 деталей в минуту.

Рис. 53 Последовательность пере­ходов изготовления деталей на холод­новысадочных автоматах: а – винта; б – колпачка

Штамповкой на холодновысадочных автоматах обеспечивается достаточно высокая точность размеров и хорошее качество по­верхности, вследствие чего некоторые детали не требуют после­дующей обработки резанием. Так, в частности, изготовляют ме­тизные изделия (винты, болты, шпильки), причем и резьбу полу­чают па автоматах обработкой давлением: накаткой.

Холодная формовка – это формообразование деталей вследствие заполнения металлом полости штампа. Производится в открытых штампах с вытеканием излишка металла в специальную полость для образования заусенца (рис. 54, а) и в закрытых штампах без образования заусенца (рис. 54, б). После штамповки в открытом штампе заусенец обрезают в специальном обрезном штампе. Заусенец имеет толщину h_з в среднем 1,5…2 мм и его объем возрастает с увеличением различия между конфигурацией исходной заготовки и полости ручья штампа. Следовательно, форма и размеры заготовок должны быть выбраны с учетом наименьшего расхода и наилучшего течения металла при заполнении им полости штампа. Возможность вытекания металла в заусенец позволяет снизить требования к точности размеров заготовок, а также облегчает деформирование, вследствие чего удельные усилия при открытой штамповке меньше, чем при закрытой.

При закрытой штамповке объем заготовки должен быть точно равен объему поковки. Это дает экономию металла, уменьшает последующую обработку деталей, прочность

Рис. 54 Схемы формовки

которых выше, чем при открытой штамповке вследствие устранения перерезания волокон, неизбежного при обрезке заусенца. Однако закрытую штамповку применяют реже, чем открытую, из-за большей стоимости заготовок точного объема, потребности в более мощном оборудовании и меньшей стойкости штампов. В закрытых штампах штампуют в основном детали из цветных металлов.

Холодной формовкой изготовляют пространственные детали сложных форм, сплошные и с отверстиями. Детали обычно получают за несколько переходов, последовательно изменяющих форму заготовки, с промежуточным отжигом для снятия наклепа. Штампы должны быть достаточно массивными, чтобы обеспечить их прочность, уменьшить упругую деформацию для обеспечения повышенной точности размеров деталей (0,03-0,2 мм). При необходимости дальнейшей обработки резанием на заготовках предусматривают припуск -дополнительный слой материала: для шлифования - до 0,4 мм или для полирования - до 0,05 мм. Кроме прессов для холодной формовки применяют высокопроизводительные многопозиционные автоматы с большими технологическими возможностями. В автоматах заготовки последовательно проходят через несколько позиций обработки.

5. Основные преимущества объемной холодной штамповки:

- нет необходимости в нагреве исходных материалов и инструментов;

- поверхность заготовки не окисляется, благодаря чему полученные детали отличаются большей прочностью и точностью размеров, меньшей шероховатостью поверхности;

- результатом подобной обработки становятся качественные изделия с высокими и стабильными механическими свойствами. Отсутствие термообработки означает и отсутствие окалины, которая образуется на поверхности деталей при нагреве, кроме того из общего химического состава поковок не уходят углерод и цинк;

- высокая производительность и дешевизна изделий в силу чрезвычайно малой длительности выполнения операции, исчисляемой долями минуты;

- взаимозаменяемость получаемых деталей.

- возможность включения в единый технологический процесс изготовления детали вместе с механической обработкой, резанием, сваркой, пайкой и др.

- благоприятные условия для полной или частичной автоматизации управления процессом;

- коэффициент использования металла достигает 95% вместо 30…40% при обработке резанием;

- внедрение холодной объемной штамповки приводит к устранению операций предварительной обработки резанием, связанных с большими потерями металла в стружку и к возрастанию роли точных, отделочных методов (точению, шлифованию и др.).

Недостатки объемной холодной штамповки:

- данный метод требует значительных усилий, чем при горячей штамповке;

- относительно высокая цена штампов.