Инструмент и оборудование для горячей штамповки

Рабочим инструментом для горячей объёмной штамповки являются штампы, т.е. бойки, в которых тем или иным способом выполнен рельеф, соответствующий форме поковки. Штампы состоят из двух разъемных частей, которые в собранном виде образуют один или несколько ручьёв [6, рис.68]. В одноручьевых штампах получают поковки простой формы, в многоручьевых – сложные поковки способом последовательного деформирования заготовки в нескольких ручьях. Различают штамповку в открытых и закрытых штампах и штампах для выдавливания.

В открытых штампах по разъему имеется зазор – заусеночная (облойная) канавка, в которую вытекает избыточный объём металла заготовки. При этом ковка получается с облоем (заусенцем) по месту разъёма, который затем обрезают.

В закрытых штампах деформирование металла протекает в закрытой полости. При этом поковка образуется без заусенца, расход материала меньше, но предъявляются повышенные требования к точности объёма заготовки. Штамповка в закрытых штампах позволяет штамповать малопластичные сплавы вследствие большей степени деформации, получать поковки более высокого качества, за счет рационального распределения волокон металла и более равномерной деформации.

В настоящее время наиболее распространена штамповка в открытых штампах. Объемная штамповка в закрытых штампах является прогрессивным технологическим процессом, позволяющим снизить и сократить технологический цикл изготовления поковок. Она применяется в отраслях, отличающихся наиболее отработанной технологией производства (например, автомобильной, тракторной).

Во многоручьевых штампах различают заготовительные и штамповочные ручьи.

Заготовительные ручьи предназначены для получения фасонной заготовки и перераспределения металла для подготовки к окончательной штамповке. В них производят: осадку (на плоской площадке штампа), протяжку – удлинение части заготовки, подкатку – местное увеличение сечения заготовки за счет утонения соседних, пережим – уширение заготовки поперек ее оси, формовку – придание заготовке формы, приближающейся к форме поковки, гибку и отрубку заготовки.

Штамповочные ручьи делятся на черновые (предварительные) и чистовые (окончательные). Черновой ручей не имеет облойной канавки, имеет большие радиусы закруглений и большие штамповочные уклоны, его назначение – предохранить чистовой ручей от изнашивания.

Чистовой ручей является точным отображением поковки, с учетом величины усадки (около 1,5%). По периметру чистовой ручей имеет облойную канавку [6, рис.68].

Штамповка выдавливанием производится в штампах с неразъемной или разъемной матрицей. В зависимости от направления течения металла различают прямое, обратное, боковое или комбинированное выдавливание.

Штамповка в штампах с разъемными матрицами является дальнейшим развитием метода штамповки в закрытых штампах. Наличие дополнительного разъема позволяет получить поковки очень сложной формы с выступами или отверстиями в боковых стенках, не выполнимыми при штамповке в неразъемной матрице.

Штамповкой выдавливанием изготовляют стержневые поковки с местными утолщениями (например, клапаны, полые стаканы, гильзы, втулки и т.д.). Штамповка выдавливанием позволяет производить обработку с наименьшими отходами металла за счет существенного уменьшения штамповочных припусков и уклонов или их отсутствия.

Горячую объемную штамповку выполняют на штамповочных молотах, прессах, горизонтально-ковочных и специализированных машинах.

Штамповочные молоты предназначены преимущественно для штамповки поковок во многоручьевых открытых штампах. Применяются главным образом паровоздушные молоты простого и двойного действия с массой падающих частей 0,6…2,5 тонны. Молот для штамповки отличается от молота для ковки в основном конструкцией станины и шабота, которые обеспечивают точность соударения верхней части штампа относительно нижней [6, рис.72]. Масса шабота штамповочного молота обычно в 20…30 раз больше массы падающих частей. Штамповочные молоты имеют падально-автоматизированное управление. Применяют также бесшаботные паровоздушные молоты, у которых вместо шабота установлена нижняя подвижная баба, соединенная с верхней бабой механической или гидравлической связью. При работе бабы движутся навстречу друг другу по направляющим станины. Предназначены преимущественно для штамповки крупных поковок в одноручьевых штампах.

Штамповочные прессы для объемной штамповки делятся на винтовые, фрикционные, гидравлические и кривошипные.

Штамповка на кривошипных горячештамповочных прессах является наиболее прогрессивным и производительным методом объемной штамповки. Такие прессы с усилием 6…100 МН применяют для получения поковок из сортового и периодического проката в открытых и закрытых штампах. На кривошипных прессах формоизменение поковки происходит за счет поступательного движения ползуна, соединенного с коленчатым валом [6, рис.79]. При этом деформирование металла в каждом ручье происходит за один ход ползуна. Большое число ходов в минуту (35…90) обеспечивает высокую производительность.

К недостаткам штамповки на кривошипных прессах относятся: необходимость точного определения массы заготовок, заготовки не должны иметь окалины, стоимость прессов в 3…4 раза выше, чем молотов.

Горизонтально-ковочные машины (ГКМ) предназначены для штамповки высадкой деталей, не требующих штамповки по всей длине, а также для прошивки. Штамповка на ГКМ осуществляется в штампах с двумя плоскостями разъема (штамп для выдавливания с разъемной матрицей), что дает возможность штамповать поковки без штамповочных уклонов и облоя. По производительности ГКМ не уступают кривошипным прессам, но стоимость их в 1,5 раза выше и они менее универсальны, чем молоты и прессы. ГКМ изготавливают с усилием на главном ползуне 5…31,5МН. На них можно обрабатывать прутки диаметром до 270 мм.

Технологический процесс горячей объемной штамповки состоит из:

1) резки металла на заготовки мерной длины;

2) нагрева заготовок;

3) штамповки;

4) отделки поковок (удаление облоя, очистки).

Технологическая подготовка производства штампованных поковок включает также составление чертежа поковки, конструирование и изготовление штампа, выбор оборудования и метода штамповки. В зависимости от характера деформирования, формы, положения плоскости разъема, поперечных сечений и других факторов поковки делятся на группы. Для каждой группы рекомендуется свой метод штамповки и выбор переходов. Одноручьевую штамповку применяют для получения крупных поковок на молотах и прессах за один нагрев. Многоручьевую штамповку осуществляют чаще всего на молотах также за один нагрев.