Горячая штамповка, которая предполагает деформирование металлической заготовки в нагретом состоянии, используется для того, чтобы изменить не только конфигурацию этой заготовки, но и ее размеры. Чаще всего такая технологическая операция применяется для того, чтобы изменить геометрические параметры не в одной плоскости, а в нескольких измерениях. В таких случаях эта процедура носит название «горячая объемная штамповка».

Горячая штамповка обычно применяется в массовых производствах, где требуется большой объем работ

Штамповка как востребованная промышленная технология

Более 20 % металла, изготавливаемого на предприятиях нашей страны, подвергается штамповке. Достаточно сложно найти какой-либо технический механизм или производственную машину, в которой бы не использовались штампованные изделия. Детали, получаемые по технологии ГШ, в современной летательной, железнодорожной, автомобильной технике составляют от 60 до 80 % от общего веса самолетов, локомотивов, транспортных средств. Кроме того, описываемая методика незаменима для выпуска разнообразных бытовых предметов, метизов, скобяных изделий, всевозможных инструментов.

Азы технологии горячей штамповки металла были открыты Василием Пастуховым – оружейником из Тулы. Он делал многие элементы оружия именно штамповкой, применяя для этих целей несложные штампы и вертикальный винтовой пресс. Разработанная Пастуховым методика была внедрена на Тульском комбинате в 1819 году. В наши дни ГШ является хорошо изученным и “обкатанным” процессом, который практически полностью заменил собой операции свободной ковки.

Сущность технологии

Сущность процесса горячей штамповки заключается в том, что готовое изделие из металла получают из нагретой до определенной температуры заготовки, воздействуя на нее давлением, для чего используется специальный штамп. При выполнении горячей штамповки температура заготовки изменяется от состояния просто нагретой поверхности до ковочной. Чтобы ограничить течение нагретого металла в ненужном направлении, на отдельных участках внутренней поверхности штампа выполняют специальные полости и выступы. Таким образом, внутренняя поверхность штампа формирует замкнутую полость (ручей), конфигурация которой полностью соответствует форме готового изделия.

Горячая объемная штамповка (ГОШ) выполняется на металлических брусках различного профиля – квадратного, прямоугольного, круглого или периодического. В отдельных случаях производство готовых изделий по технологии горячей штамповки может выполняться из сплошного металлического прутка. Изначально его часть формируется в поковку с требуемыми геометрическими параметрами, а затем ее отделяют при помощи резки. Однако, как правило, заготовки для горячей штамповки нарезают из металлического прутка.

Наибольшую эффективность штамповка деталей, предполагающая их предварительный нагрев, демонстрирует при серийном и массовом производстве. В частности, в использовании данной технологии для производства металлопродукции крупными и массовыми сериями есть целый ряд преимуществ.

  • Отходы металла, из которого производится продукция, уменьшаются.
  • Увеличивается производительность труда.
  • При помощи данной технологии можно изготавливать изделия даже очень сложной конфигурации.
  • Готовые изделия, полученные методом горячей штамповки металла, отличаются не только особой точностью геометрических параметров, но и высоким качеством поверхности.
Схема технологического процесса изготовления детали типа «шатун» методом горячей объемной штамповки

Технологический процесс горячей штамповки включает в себя большой перечень операций, выполняемых начиная с момента загрузки детали из металла в зону обработки и заканчивая выгрузкой из оборудования готового изделия. Проектирование такого процесса подразумевает соблюдение следующего алгоритма:

  • выбрать метод, по которому будет изготовляться изделие: на штампах с открытым или закрытым ручьем;
  • разработать подробный чертеж готовой поковки;
  • установить, за сколько переходов можно сделать готовое изделие;
  • для каждого перехода разработать чертеж формируемой поковки;
  • в зависимости от требуемой мощности для каждого этапа технологического процесса выбрать соответствующее оборудование и сформировать штампы;
  • перед горячей штамповкой нагреть заготовку, выбрав способ нагрева и режимы его выполнения;
  • в зависимости от требований к качеству готового изделия определить перечень финишных операций, которым будет подвергнута поковка.

На завершающей стадии разработки технологического процесса необходимо выполнить расчет его экономических и технических показателей.

Преимущества и недостатки горячей объемной штамповки

Обработка металла, выполняемая методом горячей штамповки, может осуществляться по различным технологиям, особенности реализации которых зависят от целого ряда параметров: типа используемого оборудования, геометрических параметров и материала изготовления формируемого изделия. По технологии ГОШ можно изготавливать следующие типы деталей.

Удлиненные

В качестве таких изделий могут выступать валы различного назначения, шатуны, рычаги и другие детали подобной конструкции. Для их производства используют штамповочный пресс. Обрабатываются они методом горячей штамповки плашмя, при этом исходная заготовка подвергается операции протяжки. Заключительным этапом производства является фасонирование методом свободной ковки, выполняемое в заготовительных вальцах ковочных вальцов.

Дисковые

Это шестерни, фланцы, ступицы, крышки и другие детали круглой или квадратной конфигурации, отличающиеся относительно небольшой длиной. Чтобы изготовить продукцию данного типа, используют технологию осадки, которая выполняется в торец обрабатываемой заготовки. Для реализации такой технологии требуется использовать штамповочные переходы.

Штамповочные ручьи

При обработке предварительно нагретых изделий из стали, как и при горячей штамповке латуни, применяют штамповочные ручьи, которые могут быть:

  • протяжными (с их помощью увеличивают длину отдельных участков обрабатываемых деталей: по той части заготовки, которую необходимо удлинить, наносятся частые, но несильные удары, одновременно выполняется кантование обрабатываемой детали);
  • заготовительными (их целью является фасонирование обрабатываемой заготовки: металл перераспределяется в ее общем объеме для того, чтобы придать готовому изделию такую форму, которая обеспечивает минимальный отход материала);
  • пережимными (их выполняют для уменьшения высоты отдельного участка заготовки с одновременным увеличением его ширины);
  • подкатными (ручьи, в которых металл заготовки равномерно распределяется по ее оси, при этом увеличивается диаметр отдельных ее участков);
  • гибочными (в них заготовка поступает с изогнутой осью, формируется поковка, угол изгиба которой составляет 90°).

К штамповочным ручьям, в которых изготовляемый элемент приобретает требуемую форму, относятся:

  • предварительные, или черновые, в которых форма обрабатываемой заготовки максимально приближается к конфигурации поковки (особенности такого ручья, который может и не использоваться при выполнении горячей штамповки, заключаются в том, что он имеет несколько увеличенную глубину, также в нем, по сравнению с параметрами чистового изделия, увеличены уклоны и радиусы скругления);
  • чистовые, в которых деталь приобретает конечную форму, но ее размеры увеличены на величину усадки металла при его остывании (поскольку в таких ручьях на заготовку необходимо оказывать максимальные усилия, располагают их в центральной части штампа).

Технологические схемы штамповки

Из используемых на сегодняшний день схем выполнения горячей штамповки следует выделить только две.

Закрытая штамповка

Это технологическая операция, выполняемая в штампе, зазор между подвижной и неподвижной частями которого минимален. Горячую штамповку по данной методике можно выполнять на прессах, когда выступом оснащена верхняя часть штампа, а полостью – нижняя, или на молотах, когда полость находится в верхней части рабочего инструмента, а выступающая часть – в нижней. Применение штампов данного типа требует того, чтобы объемы поковки и готовой детали точно совпадали. Штампы закрытого типа могут иметь не одну, а две плоскости разъема, располагающиеся под прямым углом друг к другу.

Штамповка в одноручьевом закрытом штампе

Открытая штамповка

Между подвижной и неподвижной частями штампа для горячей штамповки открытого типа имеется специальный зазор, в который выдавливаются излишки металла, образующиеся в процессе его деформирования. Штампы открытого типа, что является их большим преимуществом, можно применять для поковок любого вида.

Схема штамповки в открытых штампах

Применение штампов закрытого типа также имеет свои преимущества, которые заключаются в следующем.

  • Готовые детали отличаются более однородной внутренней структурой и высоким качеством наружной поверхности.
  • За счет отсутствия облоя уменьшается расход металла.
  • Можно производить изделия из металлов, отличающихся невысокой пластичностью, поскольку такая обработка осуществляется под воздействием высокого напряжения и неравномерного всестороннего сжатия.

Особенности молотов и кривошипных прессов

В некоторых штамповочных цехах сейчас используются паровоздушные молоты, способные функционировать от воздуха и от пара. Данное оборудование считается устаревшим. Чтобы изготовить штампованную деталь на молотах, необходимо установить громоздкое оборудование, для фиксации которого обустраивают очень сложный и глубокий фундамент. Причем такой агрегат требуется монтировать в достаточно высокое производственное здание.

Паровоздушный молот в штамповочном цехе

Показатель полезного действия работы на молотах находится на уровне 2–3 %. Получается, что при штамповке сжигается большое количество угля, а отдача от процесса минимальная. Кроме того, на молотах могут работать исключительно опытные и физически сильные специалисты. При этом даже они вынуждены прилагать массу усилий, чтобы готовые изделия соответствовали требованиям, изложенным в техзадании на изготовление штампованных деталей. К достоинствам штамповки на молотах можно отнести то, что они дают возможность получать почти любые по конфигурации поковки на достаточно большой скорости.

Неплохой заменой громоздким молотам стали ГКШП – кривошипные прессы.

Кривошипный пресс для штамповки металла

Они функционируют не ударом (как это происходит при выполнении рабочих операций на молотах), а давлением. Такие агрегаты оснащаются электрическим двигателем, который приводит в движение ГКШП посредством системы валов, маховиков, шатунов, шестерен и муфт. Кривошипные установки штампуют изделия за одну операцию, что увеличивает их производительность в 1,5–2 раза по сравнению с изготовлением деталей на молотах.

К другим достоинствам ГКШП относят:

  • минимальные допуски и припуски на получаемых изделиях (не требуется дополнительно выполнять механическую обработку штампованной продукции);
  • достаточно высокий КПД их функционирования;
  • безопасность осуществления рабочих операций.

Горизонтально-ковочные агрегаты – гарантия эффективной штамповки

Самыми производительными и экономически целесообразными в эксплуатации агрегатами для ГШ являются горизонтально-ковочные машины (ГКМ). Их применяют при производстве всевозможных деталей, которые требуют переходов от одной технологической операции к другой (прошивка, высадка, отделение части прутка-заготовки, выдавливание, пережим).

Изготовление деталей на ГКМ обеспечивает:

  • отличное качество продукции;
  • уникальную производительность и экономичность ГШ;
  • высокую точность получаемых поковок;
  • отсутствие дефектов (заусенцев и других) на деталях.

ГКМ могут иметь два варианта плоскости разъема матриц – горизонтальную и вертикальную. Основной характеристикой таких агрегатов считается величина усилия (номинального) на ползуне станка. Все без исключения параметры современных отечественных ГКМ устанавливаются Госстандартом 7023–90.

Стандартный горизонтально-ковочный агрегат работает по далее указанной схеме:

  • в станину ГКМ крепится матрица подвижного типа, к которой прижимают заготовку;
  • начинается движение ползуна установки и высадка пуансоном металла (ручьи штампа заполняются по конфигурации изделия, которое нужно получить в результате штамповочной операции).
Стандартный горизонтально-ковочный агрегат

На ГКМ обычно изготавливают детали, которые в середине либо на торцах располагают утолщениями определенных размеров. Также на этих машинах производят широкую номенклатуру изделий, отделяемых от исходной заготовки по технологии прошивки отверстий. К таковым относят фланцы, гайки, кольца.

Штампование поковок на ГКМ характеризуется технологическими операциями, которые отличаются от процедуры ГШ на прессах и молотах. Молотовые изделия имеют более высокие припуски на механическую обработку, чем детали, получаемые на ковочных агрегатах. Кроме того, поковки с горизонтальных установок требуют меньших трат металла, у них нет облоя и штамповочных уклонов. Последние всегда присутствуют при штамповке на молотах. При массовом и крупносерийном выпуске изделий одного типа по указанным выше причинам всегда следует использовать ГКМ.

Тонкости изготовления штампов

Специальные ручьевые формы для штамповки эксплуатируются при повышенных напряжениях и высоких температурах. Естественно, это становится причиной их быстрого износа за счет снижения начальной стойкости, под которой понимают число поковок, произведенных посредством штампа до того момента, как он вышел из строя. Уровень стойкости формы для ГШ зависит от марки стали, используемой для изготовления штампа, качества его отделки и конструкции, сложности ручьев.

Сырьем для производства штампов обычно служат высоколегированные стали(5ХНТ, 5ХНВ). Формы из них долго не изнашиваются, так как обладают высокой прочностью и проходят специальную обработку механического типа на фрезерных, строгальных и токарных станках.

Изготавливаются штампы по достаточно сложной схеме, включающей в себя выполнение ряда трудоемких операций:

  • отливки либо ковки – подготовка заготовки;
  • обработка на металлорежущем оборудовании – увеличение прочностных характеристик;
  • закалка (термообработка при определенной температуре) и отпуск;
  • доводка.

Штампы для работы на ГКМ и ГКШП, а также на молотах выполняются из двух частей, в каждой из которых есть ручьи. При соприкосновении они формируют полость, идентичную форме изготавливаемой детали. Нижняя часть штампа монтируется в неподвижном механизме пресса или в специальном держателе, верхняя устанавливается в бабке штамповочного агрегата.

Штамп для работы на ГКМ и ГКШП

Сложные изделия производятся в многоручьевых формах. Если ручьи в них делают глубокими, требуется выполнять их обработку мазутом, который при испарении в процессе штамповочной операции формирует газовую смесь. Она расширяется и делает процедуру выемки готового изделия из ручья намного более простой и быстрой.

Заготовки под ГШ нагревают в разных видах печей – газовых, угольных, электрических и нефтяных. При этом всегда стремятся к тому, чтобы на поверхности форм не происходило окисление (не появлялась окалина). На некоторых современных предприятиях штамповочные заготовки нагревают на высокочастотных агрегатах. Подобные установки исключают вероятность пережога изделий, позволяют полностью автоматизировать операцию нагрева и предотвращают развитие окислительных процессов.

Оставить комментарий

Форма обратной связи






Отправляя эту форму, Вы соглашаетесь с обработкой своих персональных данных.

Оформление заказа.




Выберите интересующий вас товар: