3.8. Горячая объемная штамповка

3.8.1. Сущность процесса

Объемной штамповкой называют процесс обработки давлением, при котором происходит принудительное перераспределение ме­талла заготовки с заполнением полости инструмента, называемого штампом. Полость штампа, которую заполняет металл при штам­повке, называют ручьем.

Объемную штамповку разделяют на горячую и холодную. Горя­чая штамповка получила в машиностроении большее применение, чем холодная. Это объясняется тем, что при холодной штамповке пластичность холодного металла ниже, а, следовательно, и стой­кость штампов более низкая. Кроме того, для осуществления хо­лодной штамповки необходимо применение машин значительно большей мощности, чем для горячей. Объемная штамповка наи­более эффективна при массовом и крупносерийном изготовлении поковок. Так, горячей объемной штамповкой изготовляют более 65% массы всех поковок и до 20% массы всех деталей машин.

По сравнению со свободной ковкой горячая объемная штамповка позволяет получать поковки более сложной формы и с луч­шим качеством поверхности. Кроме того, благодаря ее применению снижаются припуски и допуски в два-три раза и обеспечивается лучшая точность изготовления поковок. При горячей объем­ной штамповке повышается производительность труда и уменьша­ется расход металла на изделие. Для штампованных поковок резко сокращается объем механической обработки.

Горячей объемной штамповкой получают заготовки для ответственных деталей автомобилей, тракторов, сельскохозяйственных машин, железнодорожных вагонов, самолетов, металлообраба­тывающих станков, швейных машин и т.д. Более 65% массы всех поковок и до 20% массы деталей большинства машин из­готавливаются из заготовок, полученных горячей объемной штамповкой. Этот способ штамповки наиболее эффективен при массовом, крупносерийном и серийном производствах дета­лей массой от нескольких граммов до нескольких тонн (при­мерно до 3 т). Наиболее целесообразно изготовление штампов­кой поковок массой не более 50…100 кг.

По методу изготовления поковок горячую объемную штампов­ку разделяют на облойную штамповку в открытых штампах (рис. 3.16, а), безоблойную штамповку в закрытых штампах (рис. 3.16, б) и штамповку в штампах для выдавливания (рис. 3.17).

Открытыми называют штампы, у которых вдоль всего внешнего контура штамповочного ручья сделана специальная облойная ка­навка.

Облойная канавка при штамповке имеет следующее назначе­ние: 1) в нее вытекает избыточный объем металла заготовки, 2) при соударении верхней и нижней половин штампа облой, нахо­дящийся, в канавке, предохраняет их от жесткого удара, что спо­собствует продлению срока службы штампа,

3) мостик облойной канавки в виде узкой щели создает в конце штамповки большое сопротивление течению металла, чем способствует лучшему запол­нению полости штампа. Этому же способствует и быстрое остыва­ние облоя.

Для штамповки в открытых штампах характерны следующие особенности: 1) объем металла, находящегося в ручье, не постоя­нен; при штамповке часть металла вытесняется в облой, который обеспечивает заполнение углов полости штампа; 2) направление вытесняемого металла в облойную щель перпендику­лярно к направлению дви­жения штампа, поэтому в месте обрезки облоя у по­ковки волокна металла ока­зываются перерезанными; 3) из заготовки низкой точ­ности получаются поковки высокой точности за счет различного объема металла, вытесняемого в облой.

Рис. 3.16. Штамповка облойная в откры­том штампе а;

безоблойная в закрытом штампе б и штампованная

поковка с облоем в:

1 — плоскость разъема; 2 — облой; 3 — штампо­вочные уклоны; 4 — припуски; 5 — закругле­ния;

6 — наметки; 7 — пленка; 8 — тело по­ковки

Штампы, в которых ме­талл деформируется в замк­нутом пространстве (рис. 3.16, б), называют закрыты­ми, а штамповку в них безоблойной. Для штамповки в закрытых штампах харак­терны следующие особенно­сти: 1) изменения объема заготовки должны быть не­значительными, так как об­лой не предусматривается, а объем металла в полости штам­па практически не изменяется; 2) микроструктура поковок весьма благоприятна, так как процесс образования поковки в по­лости штампа протекает так, что волокна обтекают ее контур и не перерезаются.

Вследствие отсутствия облоя расход металла при штамповке в закрытых штампах сокращается, но поскольку закрытые штампы сложны в изготовлении, штамповка многих поковок сложной формы еще не освоена.

Штамповка в штампах для выдавливания — наиболее прог­рессивный технологический процесс горячей штамповки. При использовании штампов для выдавливания значительно сни­жается расход металла (до 30 %), повышается коэффициент весовой точности, поковки получаются точные, максимально приближающиеся по форме и размерам к готовым деталям, производительность труда увеличивается в 1,5…2,0 раза.

Рис. 3.17. Схемы штамповки выдавливанием:

а — прямое; б — обратное: 1 — пуансон; 2 — матрица; 3 — поковка; 4 — вытал­киватель

Для выдавливания наиболее целесообразны следующие типы поковок: стержень с фланцем, клапаны двигателей, по­лые детали типа стаканов и т.п. Схемы штамповки в штампах для выдавливания приведены на рис. 38, где стрелками указано течение металла. Этим способом можно полу­чать детали из углеродис­тых и легированных сталей, алюминиевых, мед­ных и титановых спла­вов. Поковки, изготов­ленные выдавливанием, имеют высокое качество поверхности, плотную микрострук­туру. Точность поковок может соответствовать 12-му квалитету, пределы допусков на размеры . Это достигается в ре­зультате тщательной подготовки исходных заготовок под штамповку, а также высокой точности изготовления и наладки штампов использованием специальных смазок.

Основное преимущество процесса выдавливания перед штамповкой в открытых штампах — получение поковок с точ­ными размерами и чистой поверхностью. Основные недостат­ки — высокие удельные усилия деформирования, большие энергозатраты на реализацию процесса и низкая стойкость штамповой оснастки.

Выбор штампа — открытый, закрытый или для выдавлива­ния — определяется конфигурацией и сложностью детали, ее массой и материалом, характе­ром производства. Следует учитывать также и существенные различия в макроструктуре материала поковок, полученных в различных штампах, т.к. макроструктура материала детали опреде­ляет ее прочность и долговечность.