1.2. Особенности технологических процессов горячей объемной штамповки

Штамповка есть процесс обработки давлением, посредством которого пластичный металл (в нагретом состоянии) уплотняется, сращивается или получает желаемую форму. Человек, занимающийся изготовлением изделий пластической деформацией, называется кузнецом.

Штамповку, как правило, производят при нагреве металла до так называемой ковочной температуры с целью повышения его пластичности и снижения сопротивления деформированию. Температурный интервал ковки зависит от химического состава и структуры обрабатываемого металла, а также от вида операции или перехода.

Для стали наиболее предпочтительный температурный интервал 800…1250 °С., для алюминиевых сплавов — 420…480 °С.

Различают:

• изготовление деталей в штампах − т.н. штамповку;

• изготовление штамповкой деталей без применения штампов − т. н. свободную ковку.

При ковке в штампах металл ограничен со всех сторон стенками штампа. При деформации он приобретает форму этой полости.

На рис. 9 приведен пример поковки (коленчатый вал грузового автомобиля), штампуемой на современных КГШП.

Рис. 9. Поковка, штампуемая на современных КГШП

При свободной ковке (ручной и машинной) металл не ограничен совсем или же ограничен с одной стороны. При ручной ковке непосредственно на металл или на инструмент воздействуют кувалдой или молотом. Свободную ковку применяют также для улучшения качества и структуры металла. При проковке металл упрочняется, завариваются так называемые несплошности и размельчаются крупные кристаллы, в результате чего структура становится мелкозернистой, приобретает волокнистое строение.

Машинную штамповку выполняют на специальном оборудовании − молотах с массой падающих частей от 1 до 25000 кг или гидравлических прессах, развивающих усилия 2…200 МН (200…20000 тс), а также на механических прессах. Изготовляют поковки массой 100 т и более. Для манипулирования тяжёлыми заготовками при ковке используют подъёмные краны грузоподъёмностью до 350 т, кантователи и специальные манипуляторы.

Штамповка является одним из экономичных способов получения заготовок деталей. В массовом и крупносерийном производствах преимущественное применение имеет штамповка в штампах, а в мелкосерийном и единичном — свободная ковка.

Компоновочные схемы КГШП определяются особенностями выполняемых на рассматриваемых машинах технологических процессах горячей объемной штамповки.

Технологическим процессом горячей объемной штамповки (ГОШ) называют совокупность целенаправленных действий, непосредственно связанных с изменением размеров, формы и свойств исходной заготовки от момента поступления металла на обработку и до получения готовой поковки. Технологический процесс горячей объемной штамповки состоит из ряда операций.

Операцией называют законченную часть технологического процесса, включающую все переходы объемной штамповки, совершаемые за один нагрев независимо от количества используемых при этом кузнечных машин. Переходом штамповки называют обработку в одном ручье штампа.

Технологический процесс изготовления штампованной поковки в общем случае состоит из следующих основных операций: разделки проката на мерные заготовки; нагрева заготовки; собственно штамповки; обрезки облоя; термической обработки; очистки от окалины; правки; калибровки; контроля.

В крупносерийном и массовом производствах исходным материалом для заготовок являются сортовой прокат круглого или квадратного профиля, а также различные виды периодического проката.

При использовании заготовок из периодического проката отпадает необходимость штамповки в заготовительных, а иногда и в черновых ручьях штампов, что значительно повышает производительность труда и способствует экономии металла.

Иногда для изготовления крупных штампованных поковок в условиях единичного и мелкосерийного производств заготовками служат поковки, откованные из слитков.

Мерные заготовки для штамповки отрезают на различном оборудовании − ножницах, прессах, хлодноломах, дисковых пилах, анодно-механических станках и т. д.

Разработку технологического процесса горячей объемной штамповки выполняют в следующем порядке:

- выбирают способ штамповки (с облоем или без облоя) в зависимости от имеющегося оборудования, серийности производства, формы, размеров и точности изготовления детали и других условий;

- составляют чертеж поковки, определяют переходы штамповки, форму и размеры заготовки, мощность оборудования и конструируют штамп;

- выбирают способ нагрева заготовок, назначают отделочные операции и оценивают технико-экономические показатели разработанного процесса.

Чертеж холодной поковки, по которому она принимается контролером ОТК, составляют по чертежу детали в соответствии с требованиями ГОСТ 7505-89 "Поковки стальные штампованные. Допуски, припуски и кузнечные напуски".

Чертеж горячей поковки, являющийся основой для проектирования и изготовления чистового ручья штампа, составляют с учетом теплового расширения металла.

При составлении чертежа поковки выполняют следующее:

- определяют степень сложности поковки, устанавливают класс точности ее изготовления, учитывают группу стали и конфигурацию поверхности разъема штампа, относя ее или к плоской, или к изогнутой (при этом стремятся к рациональному расположению волокон в поковке в соответствии с механическими свойствами и условиями работы детали);

- назначают припуски на механическую обработку с учетом заданной шероховатости поверхности (ГОСТ 2789-73) и допуски, а также исходную базу для обработки резанием (базой считают поверхность поковки, которая определяет положение поковки относительно режущего инструмента);

- определив линию разъема из условия хорошего заполнения чистового ручья штампа и свободного извлечения поковки из этого ручья, назначают штамповочные уклоны и радиусы закруглений всех пересекающихся поверхностей поковки, облегчающие течение металла при штамповке, а также способствующие плавному расположению волокон в поковке и предохраняющие от образования зажимов и складок (такие же радиусы в ручье штампа уменьшают концентрацию напряжений и предохраняют штампы от преждевременного разрушения);

- в поковках для деталей с отверстиями определяют размеры перемычек под пробивку, после чего определяют объем и массу поковки (объем поковки сложной формы подсчитывают как сумму составляющих ее элементарных объемов простой формы).

Известно, что штамповка на КГШП по сравнению со штамповкой на паровоздушных молотах имеет ряд преимуществ.

Благодаря наличию выталкивателей в штампах КГШП штамповочные уклоны назначают примерно в два раза меньшими, чем на молотах.

Постоянство хода ползуна, большая точность его движения в направляющих станин пресса, применение штампов с направляющими колонками обеспечивают изготовление поковок с меньшими, чем на молотах, припусками, допусками и расходом металла.

Так как штамповка в каждом ручье выполняется за один ход ползуна, окалина может «заштамповаться» в поковку, поэтому нагрев заготовок под штамповку на КГШП должен быть малоокислительным, что также уменьшает расход металла на поковку.

При штамповке на КГШП широко применяют индукционный нагрев заготовок.

Производительность пресса на 30—50% выше, чем молота, на котором каждый переход штамповки осуществляется за несколько ударов.

При штамповке на прессе значительно меньше расход энергии, к.п.д. в 2-4 раза выше, чем у молотов, значительно лучше и безопаснее условия труда.