Объемная штамповка. 
Технологические процессы в машиностроении

Объемная штамповка — процесс холодного или горячего пластического деформирования металла в полости специального инструмента — штампа. Штамп состоит из двух или нескольких частей, которые в сомкнутом состоянии образуют одну или несколько полостей (ручьев). При сближении частей штампа происходит принудительное перераспределение металла заготовки по ручыо.

Различают два основных вида объемной штамповки: горячую и холодную.

Горячая объемная штамповка ведется при нагреве заготовки до температуры начала рекристаллизации.

Технологический процесс горячей штамповки включает:

• • разделку исходного материала на заготовки;
• • нагрев заготовок;
• • штамповку;
• • первичную термообработку поковок;
• • отделку поковок.

Наиболее распространена штамповка из мерной заготовки, отрезанной в штампе из прутка, имеющей заданные размеры и массу.

Собственно формоизменение заготовки производится в открытых или в закрытых штампах.

Штамповка в открытых штампах (рис. 4.16) применяется для получения поковок, сложных, но форме.

При сближении половинок штампа 1 и 5 металл заготовки 2 течет перпендикулярно движению половинок штампа, растекается, но ручью 6 и затекает в облойную канавку 3. При смыкании половинок штампа излишек металла затекает в магазин 4, образуя облой 8. После штамповки облой обрезается па обрезных штампах.

Рис. 4.16. Этаны открытой штамповки:

а начальный этап; б — формирование поковки; в — формирование облоя; 1, 5 — половинки штампа; 2 — заготовка; 3 — облойная канавка; 4 — магазин;

6 — ручей; 7 — поковка; 8 — облой; ^ перемещения половинок штампа Штамповка в закрытых штампах (рис. 4.17) не предусматривает образование облоя.

Весь объем заготовки идет на образование поковки, но требуется точное соответствие объемов заготовки и поковки, в противном случае возможна недоштамповка или перегрузка штампа или оборудования.

Рис. 4.17. Закрытая штамповка:

1 — пуансон; 2 — матрица; 3 — заготовка; 4, 5 — верхний и нижний упоры Штамповка па кривошипных горячештамповочных прессах.

(КГШП) обеспечивает изготовление относительно точных поковок без сдвига в плоскости разъема, с малыми припусками под механическую обработку. Па КГШП возможно применять прямое, обратное (рис. 4.18, а, б) и другие виды выдавливания.

Рис. 4.18. Примеры операций штамповки:

а — прямое выдавливание на КГШП; б — обратное выдавливание на КГШП; в — штамповка на горизонтально-ковочной машине; г — штамповка в ковочных вальцах; 1 — ползун; 2 — выталкиватель; 3 — пуансон; 4 — подвижная матрица; 5 — неподвижная матрица; 6 — упор; 7 — секторные штампы; ^ перемещение штампов При прямом выдавливании металл течет в направлении перемещения ползуна 1, при обратном выдавливании — навстречу ползуну 1. Штамповка выполняется с минимальными уклонами, так как удаляется из штампа выталкивателем 2. При штамповке сложных заготовок (шатунов, турбинных лопаток) заготовку подготавливают на ковочных вальцах или высадкой на горизонтальноковочной машине (ГКМ) или используют периодический прокат.

Па КГШП получают заготовки дисков, коротких стержней (ступенчатых, цельных, полых, с утолщением), некруглых стержней сложной формы (шатун, поворотный кулак, крестовина кардана), шестерен с готовым профилем зубьев зубчатого венца (степень точности — 10—11, припуск под механическую обработку — 0,6— 1,5 мм на сторону).

Штамповка на КГШП в основном применяется в автомобилеи тракторостроении.

Горизонтально-ковочная магиина представляет собой механический пресс, расположенный в горизонтальной плоскости. Пресс имеет два ползуна, перемещающиеся в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Это позволяет применять открытые или закрытые штампы с двумя взаимно перпендикулярными разъемами. Применение таких штампов позволяет получать сложные, но форме поковки, как правило, без штамповочных уклонов.

Штамп для ГКМ (рис. 4.18, в) состоит из трех частей: неподвижной 5 и подвижной 4 матриц и пуансона 3. Пруток нагретым концом укладывается в неподвижную матрицу, подвижная матрица зажимает пруток. Образуется полость штампа. При движении пуансона формируется головка штамповки.

Штамповка на ГКМ в основном применяется в автомобилеи тракторостроении. На ГКМ получают заготовки длинных валов с утолщением на одном или двух концах (цельные, пустотелые), сложные некруглые стержни (коленчатый вал).

Штамповка в ковочных вальцах (рис. 4.18, г) применяется для изготовления штамповок несложной формы (звенья цепей, рычаги). Нагретую заготовку подают до упора 6' в момент, когда секторные штампы 7 расходятся. При повороте валков заготовка захватывается, происходит се обжатие по форме полости, и заготовка выталкивается.

Холодная объемная штамповка (ХОШ) — получение штамповок и деталей из сортового проката и прессованных прутков. Этот вид штамповки основан на холодной деформации металла.

Основные операции ХОШ:

• • выдавливание (прямое, обратное, поперечное, комбинированное);
• • высадка (открытая и закрытая), применяемая для получения местных утолщений у ступенчатых заготовок (болты, винты, заклепки, шаровые пальцы, штуцеры);
• • вдавливание.

Основными особенностями ХОШ являются высокая сила деформирования заготовки (более 2,5 ГПа) и малая стойкость инструмента. Поэтому ХОШ подвергают сплавы с низким сопротивлением деформации (медные, алюминиевые, низкоуглеродистые и малолегированные стали). Исходную заготовку (обычно калиброванный сортовой прокат) перед ХОШ отжигают, очищают от оксидов и загрязнений, смазывают.

Холодная объемная штамповка позволяет получать упрочненные заготовки без надрезов волокон, с большим сопротивлением динамическим нагрузкам, а также обеспечивает высокую размерную точность и низкую шероховатость поверхности заготовки.

Применение. Область применения объемной штамповки — среднесерийное и массовое производство.

Основные достоинства:

• • высокая производительность процесса;
• • достижение высокой размерной точности заготовки;
• • поучение заготовки стабильной формы и размеров;
• • уменьшение технологических припусков на последующую обработку (в некоторых случаях возможно обойтись без снятия стружки);
• • получение поковок сложной формы;
• • возможность частичной автоматизации процесса.

Основные недостатки. Штамп — сложная, дорогостоящая, узкоспециальная оснастка.