Сравнительные характеристики различных методов литья

Применение операций обработки металлов давлением при массовом производстве

Объёмная штамповка

Этоспособ обработки металлов давлением с помощью специальных инструментов - штампов, рабочая полость кото­рых определяет конфигурацию изготовляемой поковки.

Горячая объёмная штамповка (ГОШ) — это вид обработки металлов давлением, при которой формообразование поковки из нагретой до ковочной температуры заготовки осуществляют с помощью специального инструмента — штампа. Течение металла ограничивается поверхностями полостей (а также выступов), изготовленных в отдельных частях штампа, так что в конечный момент штамповки они образуют единую замкнутую полость (ручей) по конфигурации поковки. В качестве заготовок для горячей штамповки применяют прокат круглого, квадратного, прямоугольного профилей, а также периодический. При этом прутки разрезают на отдельные (мерные) заготовки, хотя иногда штампуют из прутка с последующим отделением поковки непосредственно на штамповочной машине.

Применение объёмной штамповки оправдано при серийном и массовом производстве. При использовании этого способа значительно повышается производительность труда, снижаются отходы металла, обеспечиваются высокие точность формы изделия и качество поверхности. Штамповкой можно получать очень сложные по форме изделия, которые невозможно получить приёмами свободной ковки.

Холодная штамповка в отличие от горячей позволяет получить точную форму и высокое качество поверхности изделия, позволяет уменьшить объем или исключить последующую механическую обработку. Поэтому холодное деформирование применяется в таких процессах штамповки, как торцевая раскатка, холодная высадка метизов, холодная накатка.

При холодной объёмной штамповке (ХОШ) температура исходной заготовки ниже ковочной. Это обуславливает высокие значения сопротивления металла штамповочному давлению и существенно меньшую текучесть, что ограничивает возможность получения изделий сложной формы. Однако по сравнению с ГОШ металл не подвергается термическим модификациям, нет усадки при охлаждении и нет риска образования горячих трещин. Точность выполнения поверхностей при ХОШ сопоставима с таковой при обработке металлов резанием, однако после ХОШ на поверхности металла, отсутствуют концентраторы напряжений (риски и царапины). Поэтому методами ХОШ изготавливают высокоточные и (или) высоконагруженные детали, например: шаровые опоры подвески автомобилей, коленчатые валы ДВС, детали втулки несущих винтов вертолётов.

Для процессов холодной штамповки характерно использование специальных марок материалов, допускающих холодное деформирование без разрушения, так как в процессе деформирования не происходит восстановления структуры (в отличие от динамической рекристаллизации в ходе горячего деформирования).

Общий вид технологического процесса при объёмной штамповке:

1. Резка заготовок на мерные длины;
2. Нагрев (для ГОШ);
3. Штамповка;
4. Обрезка облоя и прошивка плёнок;
5. Правка поковок;
6. Термообработка;
7. Очистка поковок от окалины (для ГОШ);
8. Калибровка;
9. Приёмка поковок ОТК;

Объёмная штамповка производится на следующем оборудовании:

• молотах, с массой падающих частей от 630 кг до 25 тонн;
• кривошипных горячештамповочных прессах, с усилиями 100 – 120 МН;
• гидравлических прессах, с усилием до 750 МН;
• винтовых фрикционных прессах;
• горизонтально-ковочных машинах;
• особые методы штамповки: гидроштамповка и др.

Изотермическая штамповка. штамповка при одинаковой температуре штампов и заготовки, неизменной в течение всего процесса. Особенно данный вид штамповки эффективен при получении изделий из современных жаропрочных сплавов, отличающихся очень узким температурным интервалом оптимальной штампуемости. Если заготовка подстуживается, в штампах резко возрастает ее предел текучести и потребная мощность для обработки, инструмент быстро изнашивается. В металле появляются трещины. Предварительный перегрев заготовки ведет к росту зерна металла, поверхностному и глубинному межзеренному окислению (пережогу) и ухудшению механических свойств готовой детали. Естественно, происходит перерасход энергии и быстро изнашивается нагревательное устройство.

Сущность изотермической штамповки заключается в том, что разогретую до необходимой температуры заготовку, защищенную от окисления тонким слоем расплавленного боросиликатного стекла, кладут в горячий теплоизолированный штамп, одновременно являющийся нагревательным элементом. Тепло выделяется в нем вихревыми токами, возбуждаемыми водоохлаждаемым индуктором.

Благодаря изотермичности достаточен нагрев до 800 – 1000° С вместо 1000 – 1300°С при старых методах. Благодаря хорошей теплоизоляции значительно сокращается расход энергии, а поскольку заготовка не остывает, можно уменьшить скорость деформации, чтобы в процессе обработки успела осуществиться рекристаллизация. Можно уменьшить усилия деформации и по сути перейти от ковки к прессованию. Расплавленное стекло служит неплохой смазкой. Оно препятствует схватыванию детали с инструментом. В результате за один ход пресса можно при сравнительно небольших усилиях отштамповать сложные по конфигурации детали. Так как здесь нет ударов, то сам штамп и пуансон могут быть не коваными и фрезерованными, а отлитыми из жаропрочных литейных сплавов вместе с необходимой гравюрой, которая четко отражается на детали. Следует также упомянуть о возрастании пластичности многих сплавов при малых скоростях деформирования. Так, при температуре 800 °С и выше пластичность титановых сплавов становится практически неограниченной. За один ход пресса удавалось осаживать образцы со степенью деформации 95 – 98%.

По сравнению с традиционной технологией горячей штамповки эта технология позволяет:

• достичь экономии металла в среднем в 2,0 раза
• сократить трудоемкость обработки резанием на 30-40%
• повысить механических свойств на 6-10%

Промышленное внедрение технологий возможно в следующих отраслях промышленности:

Общее машиностроение

Энергомашиностроение

Нефте- и газодобывающая промышленность

Автомобиле- и тракторостроение

Авиастроение

Например, в машиностроении изделия из алюминиевого сплава, полученные методом изотермической штамповки, применяют в конструкции специализированных устройств для очистки конвейерной ленты. Муфта устанавливается на главном валу и обеспечивает передачу крутящего момента от главного вала к валу, на котором устанавливается элемент очистки. Корпус муфты изготавливается из мерной заготовки по технологии изотермической штамповки.

Листовая штамповка

Сущность способа заключается в процессе, где в качестве заготовки используют полученные прокаткой лист, полосу или ленту, свёрнутую в рулон. Листовой штамповкой изготовляют самые разнообразные плоские и пространственные детали массой от долей грамма и размерами, исчисляемыми долями миллиметра (например, секундная стрелка ручных часов), и детали массой в десятки килограммов и размерами, составляющими несколько метров (облицовка автомобиля, самолёта, ракеты).

Для деталей, получаемых листовой штамповкой, характерно то, что толщина их стенок незначительно отличается от толщины исходной заготовки. При изготовлении листовой штамповкой пространственных деталей заготовка обычно испытывает значительные пластические деформации. Это обстоятельство вынуждает предъявлять к материалу заготовки достаточно высокие требования по пластичности.

При листовой штамповке чаще всего используют низкоуглеродистую сталь, пластичные легированные стали, медь, латунь, содержащую более 60 % Cu, алюминий и его сплавы, магниевые сплавы, титан и др. Листовой штамповкой получают плоские и пространственные детали из листовых неметаллических материалов, таких, как кожа, целлулоид, органическое стекло, фетр, текстолит, гетинакс и др.

Листовую штамповку широко применяют в различных отраслях промышленности, особенно в таких, как авто-, тракторо-, самолето-, ракето- и приборостроение, электротехническая промышленность и др.

К преимуществам листовой штамповки относятся:

• возможность получения деталей минимальной массы при заданной их прочности и жёсткости;
• достаточно высокие точность размеров и качество поверхности, позволяющие до минимума сократить отделочные операции обработки резанием;
• сравнительная простота механизации и автоматизации процессов штамповки, обеспечивающая высокую производительность (30—40 тыс. деталей в смену с одной машины);
• хорошая приспособляемость к масштабам производства, при которой листовая штамповка может быть экономически целесообразной и в массовом, и в мелкосерийном производстве.