1.1.2. Получение заготовок методами пластического

деформирования

В основе кузнечно-штамповочного производства лежит способность материалов деформироваться, т.е. изменять свою форму без разрушения под действием внешних сил. Кузнечно-штамповочное производство позволяет получать фасонные заготовки, отличающиеся лучшими механическими характеристиками материала по сравнению с литыми заготовками. В таких заготовках отсутствуют поры и раковины, возможные в литье, но недопустимые в ответственных деталях, от стабильной работы которых зависят жизнь и здоровье людей. В самолете до 80-90 % деталей, а в автомобиле до 85 % деталей – штампованные. Однако подобные заготовки проще по форме и дороже по цене.

К методам получения заготовок обработкой давлением относятся ковка, штамповка, прессование.

К подготовительным операциям обработки металлов давлением относятся резка заготовок и нагрев металла.

Резка проката и слитков  самая распространенная операция металлообработки. Кривошипные ножницы выполняют резку заготовок сдвигом одной части заготовки относительно другой. Имеются кривошипные ножницы для резки сортового проката (круглого, квадратного, профильного), листового проката и комбинированные. Резка на кривошипных ножницах высоко производительна и происходит без отходов (вызванных самим процессом резки).

Разрезка в штампах на прессах позволяет добиться более высокой (чем на ножницах) точности размеров и формы. Применяется также холодная ломка на прессах проката, на который предварительно нанесены канавки – концентраторы напряжений. Точность ломки невысока.

Отрезка заготовок со снятием стружки на отрезных станках отличается высокой точностью и практически отсутствующим искажением сечения заготовки в зоне реза, однако имеет меньшую производительность и сопровождается отходом металла в стружку.

Применяется также газокислородная резка сортового и листового проката.

Для резки листа применяются ножницы кривошипные листовые, которые могут быть гидравлическими, высечными, двухдисковыми и многодисковыми.

Нагрев металла перед обработкой давлением предназначен для уменьшения в 10-15 раз сопротивления металла деформированию и повышения его пластичности. Нагревательные устройства кузнечных и штамповочных цехов делятся на пламенные, электрические и комбинированные. Пламенные печи работают на природном газе или мазуте, такой нагрев универсален и дешев. По характеру распределения температуры в рабочем пространстве печи делятся на камерные (температура одинакова во всех точках рабочего пространства) и методические (температура растет от места загрузки заготовок к месту их выгрузки).

Ковка – способ обработки металлов давлением, при котором инструмент оказывает на заготовку многократное прерывистое действие, в результате чего она, деформируясь, постепенно приобретает заданную форму и размеры. Ковкой получают изделия массой до 200 тонн из слитков или проката. Наиболее часто используют ковку без применения штампов, так называемую свободную.

При свободной ковке (ручной или машинной) металл не ограничен совсем или ограничен с одной стороны. Свободная ковка на молотах и прессах позволяет получать заготовки простой формы массой от нескольких килограммов до сотен тонн из углеродистых и легированных сталей и специальных сплавов в единичном и мелкосерийном производстве. Заготовки, получаемые этим способом, характеризуются сравнительно грубым приближением к форме готовой детали и требуют больших затрат на последующую механическую обработку. Для большего приближения формы заготовки к форме готовой детали в мелкосерийном производстве применяют подкладные штампы. Заготовку, предварительно выполненную свободной ковкой с помощью универсального кузнечного инструмента, помещают в подкладной штамп, где она принимает форму, более близкую к форме готовой детали.

В качестве оборудования для ковки используются пневматические ковочные молоты, паровоздушные ковочные молоты, гидравлические ковочные прессы.

Штамповка – способ обработки металлов давлением, при котором течение металла ограничено поверхностями полостей и выступов штампа. Штамп - металлическая форма, верхняя и нижняя части которой образуют замкнутую полость по форме изготовляемой детали – штамповки. В зависимости от формы заготовки (лист, прокат и т.д.) и оборудования различают объемную и листовую штамповку, в зависимости от температуры процесса - холодную штамповку и горячую. Прообразом штамповки можно считать чеканку монет. Преимущества метода: в десятки раз производительнее ковки, штампованные детали имеют в 2-3 раза меньшие припуски на обработку, чем кованые, т.е. выше процент использования металла, возможность получать заготовки более сложной конфигурации.

В машиностроении широкое распространение получила горячая объемная штамповка. В серийном и массовом производствах заготовки изготовляют на штамповочных молотах и прессах преимущественно в закрытых штам­пах. В мелкосерийном производстве этот способ применяют редко из-за высокой себестоимости штампов.

Горячую штамповку осуществляют в открытых и закрытых штам­пах. В первом случае образуется облой, т. е. отход лишнего металла в результате истечения; облой компенсирует неточность в весе исход­ной заготовки. Во втором случае облой отсутствует, следовательно, расход металла на заготовку меньше.

Штамповка может осуществляться в одно- и многоручьевых штам­пах; мелкие заготовки штампуют в многоштучных штампах.

Для получения заготовок высадкой из пруткового материала при­меняют штамповку на горизонтально-ковочных машинах. Этот способ производителен и экономичен.

Фасонные, а также пустотелые заготовки цилиндрической формы штампуют на гидравлических прессах. Пустотелые заготовки изго­товляют путем прошивки отверстия с последующей протяжкой через кольцо или высадкой, а болты, заклепки и подобные детали - на фрик­ционных винтовых прессах в специальных сборных штампах с разъем­ными матрицами.

Весьма распространенным видом оборудования для горячей штамповки являются кривошипные прессы. В качестве исходного материала для штамповки на кривошипных прессах используют сортовой прокат круглого и квадратного сечения. Этот вид штамповки позволяет значительно уменьшить штамповочные уклоны и припуски, что снижает расход металла.

Для горячей объемной штамповки применяются паровоздушные штамповочные молоты, кривошипные горячештамповочные прессы, винтовые прессы, гидравлические штамповочные прессы, горизонтально-ковочные машины.

Для обеспечения более высокой чистоты поверхности, большей точности размеров изделия применяют холодную штамповку для изготовления небольших деталей массой до 1 кг, а также крепежных деталей. Для изготовления заклепок и других деталей болто-заклепочного типа в массовом производстве применяют холодно-высадочные пресс-автоматы. Производительность этих прессов достигает 400 шт. в минуту и более. Детали, полученные холодной высадкой из калибро­ванного проката, отличаются большой точностью. Другим преимуществом этого способа является большая экономия металла, обусловленная высоким классом чистоты обработанных поверхностей, благодаря чему механическая обработка сводится к минимуму.

Применяются прессы чеканочные кривошипно-коленные КВ8334, автоматы холодновысадочные АГ1216, А1221А, АВ1919Б.

Листовая штамповка – способ получения тонкостенных изделий плоской или пространственной формы. Заготовкой служит лист, полоса или лента. Холодной листовой штамповкой могут быть получены заготовки из низкоуглеродистой стали, пластичной легированной стали, меди, латуни (с содержанием меди более 60 %), алюминия и некоторых его сплавов, а также из других пластичных материалов толщиной от деся­тых долей миллиметра до 6 ÷ 8 мм.

Заготовки, получаемые из листа холодной штамповкой, отличаются точностью размеров, во многих случаях не нуждаются в последующей механической обработке и поступают непосредственно на сборку.

Горячей листовой штамповкой могут быть получены заготовки из материала толщиной свыше 8 ÷ 10 мм, а при низкой пластичности - из материала меньших толщин.

Горячей листовой штамповкой изготовляют детали корпусов кораблей, днища и детали цистерн, котлов, химических машин, аппаратов и др.

Для производства сложных изделий характерна дифференциация (разбивка) процесса листовой штамповки на большое число последовательных операций.

Для выполнения операций листовой штамповки выпускаются кривошипные прессы усилием от 63 до 50000кН, листоштамповочные автоматы. Могут также применяться электромагнитные, гидравлические, пневматические и винтовые прессы.