2.3.3. Штамповка

Горячая объемная штамповка — необходимая форма поковки достигается при пластическом течении металла, в результате которого металл заполняет полость формообразующего инструмента – штампа (аналогично литейной форме, воспроизводящей конфигурацию отливки).

Горячая объемная штамповка обеспечивает более высокую, чем ковка, производительность (сотни поковок в час), более точные размеры и лучшее качество поверхности поковок, это снижает трудоемкость последующей механической обработки.

Однако, штамповка требует значительно больших усилий, чем ковка, т.к. деформации одновременно подвергаются большие объемы металла, а также из-за трения деформируемого металла о рабочие поверхности штампа. Поэтому масса штампованных поковок ограничивается мощностью оборудования и не превышает 100…200 кг.

Различают следующие основные технологии горячей штамповки: в открытых штампах, в закрытых штампах, на горизонтально – ковочных машинах, в вальцах.

Штамповка в открытых штампах. Рабочий инструмент - штамп состоит из верхней и нижней части. Верхняя устанавливается на подвижной части молота (пресса), нижняя - на неподвижной (рис. 4). Формообразующие полости имеются в обеих частях штампа, они называются ручьями. Рабочая поверхность (полость) штампа, воспроизводящая форму поковки образуется при смыкании обеих частей штампа. Штамповка в открытых штампах характеризуется тем, что в штампе имеется полость, в которую из ручьев выдавливается излишек металла, образуя заусенец – облой (см. рис. 11.5).

По количеству ручьев штампы разделяют на одноручьевые – и многоручьевые. Одноручьевые применяют для изготовления поковок простой формы или заготовок, предварительно изготовленных ковкой, и близких по форме поковке. Многоручьевые – для сложных поковок, требующих нескольких переходов. Штамповка в открытых штампах это наиболее распространенная технология, ее выполняют на различном оборудовании: молотах, механических и гидравлических прессах. Этот способ применяют для получения практически всех типов поковок.

Штамповка в закрытых штампах. Получение готовой поковки по этой технологии происходит в закрытой полости штампа, т.е. отсутствует объем, в который из ручьев выдавливается излишек металла (рис. 11.6). При этом на формообразование поковки идет весь металл, находящийся в полости штампа и заусенец – облой не образуется. Поэтому такую штамповку называют безоблойной.

Объемная штамповка в закрытых штампах имеет ряд преимуществ перед штамповкой в открытых штампах:

- достигается более высокое качество поковок, большая точность размеров;

- сокращается расход металла из-за отсутствия заусенца, коэффициент использования металла составляет до 0,75…0,8;

- снижается трудоемкость и сокращается технологический цикл изготовления поковок т.к. исключаются операции обрезки заусенцев.

Вместе с тем, штамповка в закрытых штампах имеет ряд ограничений. Из-за высоких давлений понижается стойкость штампов. Кроме того, такая штамповка возможна только при использовании заготовок высокой точности, так как объем заготовки должен быть точно равен объему поковки. При недостаточном объеме заготовки невозможно получить необходимую конфигурацию поковки из-за нехватки металла. При завышенном объеме заготовки получают поковку с большей, чем необходимо толщиной. Поэтому штамповку в закрытых штампах применяют, в основном, для производства поковок простой формы в условиях крупносерийного и массового производства, для которых характерна отработанная технология.

Штамповка на горизонтально-ковочных машинах (ГКМ). Отличием этой технологии от обработки давлением на прессах и молотах является то, что движения рабочих органов происходят не в вертикальной, а в горизонтальной плоскости. В качестве рабочих инструментов используют пуансоны и разъемные матрицы. Основной вид продукции – поковки в виде полых или сплошных стержней с утолщениями, а также поковки кольцевой формы.

Схема процесса штамповки на ГКМ для получения поковки типа «стержень с утолщением» представлена на рис. 11.7. Нагретая до температур горячей деформации заготовка - пруток (1) помещается в неподвижную полуматрицу (2) штампа (рис. 6а). Подвижная полуматрица (3) смыкается с неподвижной в результате поперечного перемещения и зажимает заготовку. Осадка выступающей из матрицы части заготовки и образование утолщения – «головки» осуществляется пуансоном (4) при его продольном движении (рис. 6б). Штамповка может выполняться с отделением каждой заготовки от прута, или из штучной заготовки.

Преимущества штамповки на ГКМ – высокая производительность, отсутствие заусенца на поковках, возможность получения поковок с длинными стержнями, глубокими полостями и сквозными отверстиями. При этом, следует отметить ограничения штамповки на ГКМ – в качестве заготовки необходимо использовать прокат повышенной точности.

Штамповка в ковочных вальцах – это прокатка заготовки между двумя валками, на которых закрепляются секторные штампы с ручьями необходимой формы. Деформирование заготовки происходит постепенно, по мере поворота валков, это требует значительно меньшего усилия деформации, чем при штамповке на прессах или молотах.

Методом проката возможно изготовление достаточно сложных изделий. Например, получают заготовки сверл со сформированной канавкой и ленточкой. Эта технология широко применяется на инструментальных заводах в условиях массового производства. На вальцах изготовляют поковки массой до 1 кг. Ковочные вальцы относительно просты по конструкции, их можно использовать в механизированных поточных линиях.

Горячая листовая штамповка. Эту штамповку применяют при изготовлении поковок из сталей, не обладающих достаточной пластичностью в холодном состоянии, и при штамповке толстых листов (свыше 6 мм) из низкоуглеродистой (т.е. пластичной) стали. Технология нашла применение при производстве котлов, аппаратов для химической промышленности, в судостроении. Штамповку производят на гидравлических листоштамповочных прессах.