Ковка и штамповка

Ковкойназывается обработка металла, находящегося в пластическом состоянии, статическим или динамическим давлением. При ковке изменяется как внешняя форма, так и структура металла. Изделие, полученное ковкой, называют поковкой. Существуют два вида ковки: свободна и в штампах.

Ковка производится либо ударным (динамическим) воздействием на металл, где используется энергия падающих частей молота (механическая ковка), либо медленным (статическим) воздействием, где используется давление пресса.

Свободна ковка

Свободную ковку применяют в условиях серийного и мелкосерийного производства. К операциям ковки относятся вытяжка, осадка, гибка, пробивка, прошивка, рубка и т.д.

При вытяжкедлина поковки увеличивается за счет уменьшения ее поперечного сечения. Разновидностью вытяжки является протяжка, при которой заготовку кантуют после каждого удара.

Осадка - операция, обратная вытяжке. При осадке поперечное сечение поковки увеличивается за счет высоты.

Прошивка отверстий производится с помощью пробойника, называемого прошивнем. Прошивкой получают сквозное отверстие или углубление - (глухая прошивка). На рис.37приведены схемы некоторых операций свободной ковки.

Ковку выполняют на ковочных молотах или гидравлических прессах.

Молоты- машины динамического, ударного воздействия. Продолжительность деформации на них составляет тысячные доли секунды. Металл деформируется за счет энергии, накопленной подвижными (падающими) частями молота к моменту их соударения с заготовкой. Одним из основных типов молотов для ковки являются паровоздушные молоты.

Гидравлические прессы - машины статического действия; продолжительность деформации составляет несколько секунд. Металл деформируется приложением усилия, создаваемого с помощью жидкости, подаваемой в рабочий цилиндр пресса.

Рис.38. Схемы операций ковки: а - двусторонняя прошивка, б-сквоз-

ная прошивка, в-прошивни, г-отрубка, д-топоры, е-гибка,

ж-штамповка в подкладных штампах, з-протяжка

Штамповка

Штамповкой называют ковку в стальных формах-штампах. Производительность штамповки в десятки раз больше, чем свободной ковки. Кроме того, при штамповке достигается значительно большая, чем при свободной ковке, точность размеров и чистота поверхности. Однако штамповка выгодна лишь в массовом и серийном производстве, потому что затраты на изготовление штампового инструмента оправдываются лишь при изготовлении большой партии деталей. Штамповка бывает горячей и холодной, объемной и листовой.

Горячая объемная штамповка(ковка в штампах). Если при свободной ковке металл, теснимый бойками сверху и снизу, может свободно течь в стороны, то при штамповке течение металла ограничивается поверхностями штампа, и заготовка принимает форму его фасонной полости (ручья).

Припуск на механическую обработку при горячей объемной штамповке примерно вдвое меньше, чем при свободной ковке. Горячая штамповка производится на молотах и ковочных машинах.

Штамповка на молотах- наиболее распространенный способ горячей штамповки. Штамп (рис.39,а)состоит из двух частей: верхней 1 и нижней 2. Нижняя часть крепится на штамподержателе, установленным на шаботе, а верхняя - в бабе; крепление каждой части штампа осуществляется клином и шпонкой. Места крепления выполняют в виде “ласточкиного хвоста”. Обе части имеют полости, составляющие ручей, который соответствует форме поковки.

Рис.39. Штамповка заготовок зубчатых колес в одноручьевом штампе

Для штамповки заготовка нагревается до температуры ковки и помещается в нижнюю полость 2 штампа. Под действием ударов верхней части штампа металл течет и заполняет ручей. Излишек металла выдавливается из ручья в кольцевую полость и образует так называемый облой (заусенец) 3 (рис.39,б), который способствует лучшему заполнению полости штампа, препятствуя дальнейшему течению металла в полости разъема штампа. Заусенцы обрезают на прессе в специальном обрезном штампе в горячем или холодном состоянии. По количеству ручьев штампы разделяются на одноручьевые и многоручьевые.

Одноручьевые штампыприменяют для изготовления простых изделий и для штамповки заготовок, предварительно подготовленных свободной ковкой. Эта подготовка состоит в приближении формы заготовки к форме готовой поковки.

Многоручьевые штампы имеют заготовительные, штамповочные и отрезные ручьи. В заготовительных ручьях выполняются операции вытяжки и гибки, в штамповочных - придания заготовке окончательной формы, в отрезных отделения штамповки от прутка (катанной заготовки).

Заготовительные ручьи располагаются по краям штампа, а штамповочные в середине. На рис.40 приведен многоручьевой штамп, а также эскизы исходной заготовки, ее деформирование при выполнении последовательных переходов штамповки и готовая поковка. Заготовка поступает сначала в протяжной ручей 4, где протягивается. Затем ее деформируют в прокатном ручье 3 для утолщения на концах, далее передают в гибочный ручей 1, после чего ее штампуют сначала в предварительном ручье 2, а потом в окончательном ручье 5.

Рис.40. Многоручьвой штамп

В последние годы распространяется безоблойная штамповкав закрытых штампах. При этом достигается значительная экономия металла, отпадает надобность в обрезных прессах и штампах, а также в обрезке облоя и повышаются механические свойства поковок. Для горячей штамповки применяют кривошипные прессы, фрикционные и паровоздушные молоты.

Штамповка на горизонтально-ковочных машинах (ГКМ). В отличие от молотов у ковочных машин ползун движется горизонтально, поэтому эти машины называют горизонтально-ковочными. Такие машины применяют для изготовления поковок, имеющих форму полых или сплошных стержней с утолщением (болтов, заклепок и т.п.), а также для изготовления поковок кольцеобразной формы (втулок, гаек, колец).

Эти машины имеют высокую производительность, обеспечивают получение большой точности, чем при штамповке на молотах, и почти не дают отходов.

Рис.41.Схема штамповки кольца на ГКМ

Штамповка на ГКМ обычно сводится к выполнению операции высадки нагретой прокатанной заготовки. Штамп имеет два ручья. В первом ручье проводится высадка для получения наружного контура кольца (рис.41,а), во втором ручье (рис.41,б) пуансонП прошивает и выталкивает заготовку. Давление, развиваемое ГКМ, колеблется от 500 до 3000 кН.

Рис.42. Схема вырубки листового материала

Холодная листовая штамповкаприменяется для изделий из листовой стали, алюминия и его сплавов, меди, латуни и др. Простая штамповка сводится к вырезке, вытяжке и гибке. Сложная штамповка представляет собой сочетание перечисленных операций.

Вырубкуприменяют для изготовления из листа плоских деталей; форма контура может быть любой: круг, квадрат и т.д. Этим методом могут также пробиваться отверстия. У штампа для вырубки имеются две основные части (рис.42): матрица 4 и пуансон 1.

При движении вниз пуансон 1 острыми краями рабочего контура срезает часть заготовки. При обратном движении - остаток заготовки 3 упирается в съемник 2 и снимается с пуансона.

Вытяжкойполучают полые изделия из листовой заготовки. Заготовку диаметромD кладут в выточку матрицы (рис.43,а) и вытягивают пуансоном в стакан (рис.43,б). Чтобы не срезать заготовку, края пуансона скругляют.

Рис.43. Схема вытяжки из листовой заготовки

Если зазор амежду матрицей и пуансоном равен толщине заготовки, то толщина стенок изделия остается такой же; если же этот зазор меньше, то стенки становятся тоньше. Для местного изменения формы, например для получения ребер жесткости, заготовку дополнительно формуют в штампах.

Холодную штамповку производят механическими кривошипными, гидравлическими или фрикционными прессами.

Чтобы снять наклеп, некоторые изделия отжигают. Если штампуют в несколько переходов с большой деформацией, то отжигают многократно.