Технология конструкционных материалов

16.5. Штамповка

Штамповкой называют процесс обработки материалов давлением в специальном инструменте — штампе. При штамповке заготовка приобретает заданные форму и размеры путем заполнения материа­ лом рабочей полости штампа. Она обеспечивает достаточно высокую точность размеров и качество поверхности поковок, но ее целесооб­ разно применять при крупносерийном и массовом производстве, так как только тогда оправдаются затраты на дорогостоящие штампы. Различают горячую и холодную объемные, листовую и специальные виды штамповки.

16.5.1. Горячая объемная штамповка

Деформация металла при горячей объемной штамповке ограничи­ вается поверхностями полостей и выступов, изготовленных в от­ дельных частях штампа таким образом, что в конце операции они образуют единую замкнутую полость, называемую ручьем. Заготов­ кой при горячей объемной штамповке служит прокат различных профилей.

Горячей объемной штамповкой можно получать поковки сложной конфигурации без напусков, с небольшими припусками и допусками, что снижает объем последующей обработки резанием. Производи­ тельность штамповки значительно выше, чем ковки, и составляет де­ сятки и сотни поковок в час. Усилие деформирования при штамповке выше, чем при ковке однотипных поковок. Поэтому горячей объем­ ной штамповкой получают в основном поковки массой 20...30 кг и только в отдельных случаях массой до 3000 кг. Горячей объемной штамповкой производят заготовки для деталей различных узлов авто­ мобилей, сельскохозяйственных машин, станков, железнодорожного транспорта, самолетов и т. д.

Технологический процесс изготовления поковок горячей объемной штамповкой (рис. 16.27) в общем случае состоит из следующих основ­ ных операций: резки проката на мерные заготовки 1на пресс-ножни­ цах, нагрева заготовок в электрических или пламенных печах, осадки заготовки 2, штамповки в штампе 3, обрезки облоя (заусенца) и про­ шивки отверстия, термообработки и очистки поверхности от окалины в дробеметном барабане 4.

что позволяет применять дешевые, высокопроизводительные способы их отрезки на пресс-ножницах. Однако образование облоя приводит к потерям металла до 20...25 % от объема заготовки и необходимости дополнительной операции — обрезки облоя в специальных обрезных штампах на обрезных прессах. Несмотря на указанные недостатки, штамповка в открытых штампах в настоящее время является наибо­ лее распространенной.

Рис. 16.28. Схема заполнения полости штампа металлом:

а— начальная стадия; б— стадия осадки; в — одновременноетечение металла

вполость штампа и облой; г — заполнение углов; д —доштамповка

Сложные, изогнутые поковки несимметричной формы выполня­ ютмногоручьевой штамповкой. При многоручьевой штамповке штамп имеет несколько ручьев постепенно усложняющейся формы. В каждом из них заготовка деформируется с постепенным приближением к окон­ чательным форме и размерам поковки. Ручьи в штампах подразделя­ ются по назначению на штамповочные, заготовительные и отрубные.

Штамповочные окончательные ручьи служат для придания поковке окончательной формы. Их форма с учетом усадки металла при охлаж­ дении в точности соответствует форме поковки. Чтобы уменьшить износ окончательного штамповочного ручья, применяют штампо­ вочный предварительный ручей, форма которого также в основном повторяет форму поковки. Этот ручей не имеет заусенечной канавки, поэтому металл при деформации может вытекать в полость между штампами.

Заготовительные ручьи применяют для того, чтобы придать заго­ товке форму, которая позволит получить в окончательном ручье по­ ковку с минимальной степенью деформации.

Отрубные ручьи служат для отделения отштампованной поковки от прутка или отделения клещевины от поковки.

Пример штамповки в многоручьевом штампе на молоте поковки рычага из прутка круглого сечения показан на рис. 16.29.

Рис. 16.29. Схема многоручьевой штамповки на молоте

Нагретая заготовка на длине / деформируется сначала в заготови­ тельном протяжном ручье /, служащем для уменьшения площади по­ перечного сечения на нужном участке заготовки и увеличения ее дли­ ны. Протяжку осуществляют аналогично ее выполнению при ковке на узких бойках с кантовкой после одного-двух ударов.

Протянутую заготовку перекладывают в подкатной ручей 2, кото­ рый служит для увеличения размеров сечения на нужных участках и перераспределения объема металла вдоль оси заготовки в соответ­ ствии с распределением его в поковке. В этом ручье после каждого удара заготовку кантуют на 90°.

Затем заготовку передают в гибочный ручей 3, где за один удар ей придают форму, соответствующую форме поковки в плоскости разъе­ ма. После гибки заготовку деформируют в предварительном ручье 4 для максимального приближения ее формы к форме поковки. В этом ручье отсутствует облойная канавка, но небольшой облой может обра­ зовываться в полости разъема между поверхностями верхнего и ниж­ него штампов. Штамповку заканчивают в окончательном (чистовом) ручье 5, в котором поковке придают окончательную форму и размеры,

а излишек металла выдавливается в облойную канавку. Полученную поковку с облоем отделяют от прутка в отрубном ручье 6. В рассмот­ ренном примере все ручьи расположены в одном штампе, но они могут быть размещены и в разных штампах, установленных на рядом стоя­ щем оборудовании.

Штамповка в закрытых штампах характеризуется тем, что в про­ цессе формообразования поковки весь объем металла заготовки запол­ няет полость штампа без образования облоя. Конструкция штампа (рис. 16.30) не предусматривает заусенечную канавку, а зазор z между верхней (пуансоном) 1 и нижней (матрицей) 2 частями штампа обес­ печивает только их взаимное перемещение. Для удаления поковки 3 из штампа применяется выталкиватель 4. Штамповка в закрытых штампах позволяет экономить металл и, кроме того, не требует спе­ циального оборудования, штампов и рабочей силы для обрезки об­ лоя, однако заготовки должны иметь небольшой допуск по массе.

Рис. 16.30. Схема объемной штамповки в закрытом штампе

Классификацию методов объемной штамповки можно осуществ­ лять и в зависимости от типа оборудования, на котором они выполня­ ются: на молотах, на кривошипно-штамповочных прессах, на гидрав­ лических прессах, на винтовых прессах и горизонтально-ковочных машинах.

Паровоздушные штамповочныемолоты двойного действия предназна­ чены для штамповки поковок разнообразной формы преимущественно в многоручьевых открытых штампах (рис. 16.31, а). По принципу дейст­ вия они аналогичны ковочным молотам. Однако для обеспечения высо­ кой точности поковок их конструкция выполняется более жесткой, на­ правляющие 4 для движения бабы 7 имеют большую длину. Стойки 5 молота установлены на шаботе 1и соединены с ним болтами 3 и пружи­ нами 2, которые амортизируют удар, предохраняя болты от поломки.

Рис. 16.31. Штамповочные молоты:

паровоздушный; 6 —фрикционный с доской; в —бесшаботный с двусторонним ударом ленточным механизмом

Паровоздушные штамповочные молоты изготавливают с массой па­ дающих частей 500...30 ООО кг. Эти молоты всегда устанавливаются на виброизолированном фундаменте.

Фрикционные штамповочныемолоты с доской (рис. 16.31, б) изготав­ ливают спадающими частями массой 500...1500 кг. Для штамповки доска 11 с бабой 7после нажатия педали 8 освобождается кулачками 10

иподнимается роликами 9 на определенную высоту. Затем баба вместе

сверхней частью штампа и доской устремляется вниз и деформирует заготовку в нижней части штампа, которая установлена на шаботе 1.

Впоследние годы для штамповки стали использовать бесшаботные молоты, у которых имеются верхняя и нижняя бабы, движущиеся на­ встречу друг другу. Наиболее широко распространены бесшаботные молоты с ленточным механизмом (рис. 16.31, в). Они состоят из стани­ ны, которая включает четыре стойки 7. В верхней части стоек установ­ лен рабочий цилиндр 5 с поршнем 4 и штоком 3, к которому прикреп­ лена верхняя баба 2. Верхняя 2 и нижняя 1бабы соединены ленточным механизмом связи, состоящим из ленты 8 (20...30 стальных полос тол­ щиной 0,3...0,8 мм) и роликов 6. При движении поршня 4 вниз вместе со штоком 3 и верхней бабой 2 благодаря ленточному механизму связи нижняя баба движется вверх. Молоты такой конструкции изготавлива­ ют с энергией удара до 500 кДж. Их используют для одноручьевой штамповки.

Штамповка на кривошипных горячештамповочных прессах (КГШП) успешно заменяет и во многих случаях по технологическим возможно­ стям превосходит штамповку на молотах. Поковки с повышенной точ­ ностью размеров можно получать на КГШП благодаря постоянству хода пресса. КГШП позволяют повысить коэффициент использования металла, так как штампы снабжены верхним и нижним выталкивате­ лем, что позволяет уменьшить штамповочные уклоны, напуски и до­ пуски. Кроме того, штамповка на КГШП в 1,5...2 раза производитель­ нее штамповки на молотах, так как деформация на прессе в каждом ручье происходит за один ход, а на молоте — за несколько ударов.

КГШП изготавливают с номинальным усилием 6,3...125 МН. Они предназначены для штамповки поковок различной формы из прока­ танного пруткового материала в открытых штампах. КГШП по тех­ нологическим возможностям превосходят паровоздушные штампо­ вочные молоты с массой падающих частей до 10 т. Они не требуют громоздких фундаментов и способствуют значительному улучшению условий труда в цехе. Кинематическая схема КГШП дана на рис. 16.32.

Рис. 16.32. Кинематическая схемакривошипного горячештамповочного пресса

Нижний штамп 14 крепится на клиновидной плите 15, верхний штамп 13 — на ползуне 12 пресса. Клиновидная плита 15 служит для регулирования положения нижнего штампа по вертикали. Ползун 12 приводится в движение через шатун / /о т кривошипного вала 10. По­ следний вращается электродвигателем 4 через клиноременную пере­ дачу 3, шкив 2, промежуточный вал 6 и шестерни 7и 8. Шестерня-ма­ ховик <? может свободно вращаться на валу 10.

Вмомент включения пресса на рабочий ход пневматическая муф­ та 9 соединяет шестерню-маховик 8 с валом 10. Вал совершает один оборот, муфта выключается, а тормоз 1 останавливает вал в верхней мертвой точке. За один оборот вала ползун совершает один рабочий ход, опускаясь и поднимаясь по направляющим в станине 5. В столе и ползуне пресса имеются выталкиватели для удаления поковок из штампов. Они позволяют уменьшить штамповочные уклоны на поков­ ках, а также широко применять штамповку выдавливанием и штам­ повку в закрытых штампах.

На гидравлических прессах штампуют крупногабаритные поков­ ки, которые невозможно получить на другом кузнечном оборудова-