3.5 Получение заготовок горячей объемной штамповкой

3.5.1 Общие сведения

Это наиболее распространенный способ получения качественных заготовок для ответственных деталей автомобилей, тракторов, сельскохозяйственных машин, вагонов, самолетов, станков, швейных машин и т. д. Более 65% всех поковок и до 25% массы деталей большинства машин изготавливаются из заготовок, полученных горячей объемной штамповкой. Способ эффективен в условиях массового, крупносерийного и серийного производств деталей массой от нескольких грамм до нескольких (до трех) тонн. Более целесообразно изготовление заготовок массой не более 50…100 кг.

Преимущества по сравнению с ковкой:

- возможность получения более сложной формы заготовок и лучшее качество их поверхности (R_z = 80…20 мкм, а после холодной калибровки R_z = 10…1,6 мкм);

- существенно меньшие величины припусков и допусков размеров заготовок, во многих случаях возможность производить обработку только сопрягаемых поверхностей;

- значительно повышается производительность труда.

Недостатки горячей штамповки:

- ограничения по массе получаемых заготовок;

- в случае применения более распространенных открытых штампов дополнительный отход металла в заусенец (облой), масса которого составляет от 10 до 30% массы заготовки;

- большие усилия деформирования по сравнению с ковкой;

- более дорогой и сложный инструмент (штамп), чем универсальный инструмент (бойки) при ковке.

Горячая штамповка производится на нескольких видах прессов, молотов и оборудования: кривошипных горячештамповочных прессах (КГШП), гидравлических прессах, винтовых фрикционных прессах; штамповочных паровоздушных и гидравлических молотах двойного действия, паровоздушных молотах простого действия; высокоскоростных молотах, горизонтально-ковочных машинах (ГКМ), ковочных вальцах, горизонтально-гибочных машинах (бульдозерах), ковочных вальцах и др.

В зависимости от типа штампа штамповка производится в открытых и закрытых штампах (рисунок 3.6), в штампах для выдавливания.

При штамповке в открытом штампе последний остается открытым в процессе деформирования, в зазор между подвижной и неподвижной частью штампа выдавливается металл, образуя заусенец (облой), т. е. технологический припуск. Его назначение – компенсация колебаний исходных заготовок по массе. Этот тип штампа применяется при любой принятой для обработки давлением конфигурации деталей. Его недостатки – увеличение расхода металла и необходимость удаления заусенца в специальных обрезных прессах.

П ри штамповке в закрытом штампе штамп в процессе деформирования остается закрытым, зазор между подвижной и неподвижной частью остается постоянным и незначительным по размеру, он только предохраняет штамп от заклинивания. Заусенец на поковке не образуется.

Рисунок 3.6 – Схема открытой (а) и закрытой (б) штамповки

Этот тип штампа применяется для получения заготовок сравнительно простых деталей, в основном тел вращения. Отсутствие заусенца требует использования точных исходных заготовок из калиброванного проката или предварительно механически обработанных.

С

Рисунок 3.7 – Схема расположения волокон металла при открытой (а) и закрытой (б) штамповке

ледует знать, что применение закрытого штампа улучшает макроструктуру поковок, так как в этом случае не нарушаются сплошность структуры волокон, тогда как после штамповки в открытом штампе последующей обрезкой заусенцев волокна перерезаются, что снижает прочность детали (рисунок 3.7).

Для получения поковок сложной формы, например, с отверстиями в боковых стенках применяются штампы с разъемными матрицами.

Штамповка в штампах для выдавливания – прогрессивный технологический процесс горячей штамповки, обеспечивающий снижение расхода металла на припуски и допуски (до 30%), получение заготовок, максимально приближенных по форме и размерам к готовым деталям, высокую производительность труда. Схемы штамповки в штампах для выдавливания показаны на рисунке 3.8.

Выдавливание целесообразно для получения поковок типа стержня с фланцем, клапана двигателя, стакана и т. п. Точность поковок может соответствовать 12-му квалитету. Недостатками данного вида штамповки являются высокие удельные усилия деформирования, большие энергозатраты и низкая стойкость штампов.

Рисунок 3.8 – Схемы штамповки прямым (а) и обратным (б)

выдавливанием:

1 – пуансон; 2 – матрица;

3 – поковка; 4 – выталкиватель

Основные показатели качества заготовок массой до 10 кг, полученных способами горячей объемной штамповки, приведены в таблице 3.3.

Характеристики использования материала при горячей объемной штамповке зависят от типа заготовительного производства и массы штампованных поковок (таблица 3.4).

Таблица 3.3 – Показатели качества заготовок, полученных способами горячей объемной штамповки

Способ горячей штамповки	Допуск основного размера, мм, или квалитет	Параметр шероховатости, мкм
На молотах и прессах	0,7 …11,0	Rz20…60
С последующей калибровкой	IT8…IT12	Ra0,32…2,5
С высадкой на горизонтально-ковочных машинах	0,7…3,5	Rz20…160
Выдавливанием	0,2…0,5	Rz20…80
На чеканочных прессах	IT8…IT14	Rz20…80

Таблица 3.4 – Значения коэффициента выхода годного для поковок, полученных горячей объемной штамповкой

Производство	Масса поковок, кг
	Св. 1,6 до 2,5	Св. 2,5 до 4,0	Св. 4,0 до 10,0	Св. 10,0 до 25,0	Св. 25,0 до 63,0	Св. 63,0 до 160,0
Мелко- и среднесерийное	0,73	0,74	0,76	0,78	0,80	0,85
Крупносерийное	0,82	0,84	0,86	0,88	0,90	0,92