Горячая объемная штамповка

Исходная заготовка для объемной штамповки — это разделенный сортовой прокат или прессованный пруток.

Для объемной штамповки используются молоты, КГШП (кривошипные горячештамповочные прессы), гидравлические прессы, винтовые прессы, ГКМ (горизонтальноковочные машины).

Штамповки в зависимости от назначения изготавливаемых из них деталей подразделяют на группы по следующим параметрам:  точность изготовления: нормальной и повышенной точности;

• группа стали: 1-я группа — углеродистые и легированные стали (содержание углерода до 0,45 %, легирующих элементов — до 2 %); 2-я группа — легированные стали с большим содержанием легирующих элементов;

• форма и конфигурация поверхности;

• степень сложности С = V_шт/V_ф, где V_шт — объем (масса) штамповки, V_ф — объем правильной геометрической фигуры (шар, цилиндр, параллелепипед, призма и др.), в которую вписывается поковка (рис. 5.14). Различают 4 степени сложности (С): 1) С1 > 0,63; 2) 0,32  С2  0,63; 3) 0,16  С3  0,32; 4) С4  0,16.

а

б

в

Рис. 5.14. Примеры штамповок и фигур, в которые они вписаны, для определения степени их сложности: а — цилиндр; б — параллелепипед; в — призма

По форме штамповки классифицируются в зависимости от особенностей применяемого оборудования. Например, при штамповке на КГШП они подразделяются на следующие группы (рис. 5.15)^[19]:

1я — осесимметричные, круглые в плане и квадратные. Изготавливаются за 1—3 перехода осадкой в торец или осадкой с одновременным вдавливанием;

2- я — удлиненной формы с небольшой разницей в площадях поперечных сечений;

3- я — то же, со значительной разницей;

4- я — штамповки с изогнутой осью, используются гибочные ручьи;

5я — изготавливаемые выдавливанием, которое может производиться в направлении оси штамповки, а также перпендикулярно.

Штамповку осуществляют в специализированных инструментах — штампах, которые разрабатываются для каждого вида штамповок. Различают две основных разновидности штампов:

1) открытые (рис. 5.16, а) , предназначенные для штамповки всех видов поковок;

Рис. 5.15. Группы штамповок

1-

я

2-

я

3-

я

4-

я

5-

я

 закрытые (рис. 5.16, б) — в основном для штамповки тел вращения (см. рис. 5.15, группа 1-я).

Открытые штампы характеризуются наличием заусенечной канавки (рис. 5.16, 3) по периметру ручья, в которую вытесняются избытки металла при штамповке и улучшается заполнение ручья, повышается точность. Штамповка в этом случае имеет заусенец (облой), который обрезается в обрезных штампах и может составлять 16—18 %. Поэтому штамповка в открытых штампах называется еще о б л о й н о й штамповкой.

При использовании закрытых штампов металл деформируется в замкнутой полости штампов без образования заусенца, поэтому такую штамповку называют б е з о б л о й н о й. В этом случае объем заготовки должен точно соответствовать объему полости штампов.

Рис. 5.16. Разновидности штампов:

1

1

2

2

3

4

5

5

а

б

а — открытые; б — закрытые;

1 — ручей штампа; 2 — штамповка; 3 — заусенечная канавка; 4 — заусенец; 5 — хвостовики для крепления

К разновидности штамповки в закрытых штампах относят ш т а м п о в к у в ы д а в л и в а н и е м (рис. 5.17). Для этого заготовку устанавливают в полость штампа с выходным отверстием, в которое выдавливается часть металла с помощью пуансона. Штамповка в этом случае состоит из корпуса и стержневой части. Такой процесс штамповки аналогичен прессованию.

Так же производят прошивку в штампах, при которой в заготовку, помещенную в закрытый штамп, вдавливают пуансон для получения штамповки с полостями различной формы.

Разработка технологии штамповки включает следующие этапы.

1. Конструирование штамповки, разработка ее чертежа, расчет ее объема и массы.

2. Определение способа штамповки (вдоль или перпендикулярно оси заготовки), группы штамповки по классификации.

3. Выбор переходов штамповки.

4. Определение массы, формы и размеров заготовки.

5. Разработка конструкции и чертежа ручья штампа.

6. Выбор типа молота и массы его падающих частей, либо пресса.

7. Составление технологической карты штамповки.

1

2

3

а

б

1

1

2

2

3

3

в

Рис. 5.17. Штамповка выдавливанием:  а — вдоль оси; б — поперек оси; в — под углом;

1 — штамп, 2 — пуансон, 3 — штамповка

Основное отличие разработки технологического процесса штамповки от ковки состоит в том, что разрабатывается конструкция и чертеж специализированного инструмента — штампа (этап 5), в то время как при ковке используется универсальный инструмент. Рассмотрим некоторые особенности разработки технологии.

На первом этапе по чертежу детали разрабатывается чертеж штамповки в соответствии ГОСТом 7505—89 аналогично разработке чертежа поковки. В связи с тем, что штамповкой изготовляются детали более сложной формы, чертеж штамповки обычно сложнее чертежа поковки и учитывает специфические напуски: штамповочные уклоны для извлечения поковки из штампа, радиусы закруглений и перемычки отверстий. Назначение припусков и допусков аналогично ковке производится по таблицам ГОСТа 7505—89 в зависимости от класса точности, группы стали, степени сложности и конфигурации поверхности разъема штампа (плоская, симметрично изогнутая, несимметрично изогнутая). Пример чертежа штамповки приведен на рис. 5.18, где тонкими линиями показан контур детали. Например, наружный диаметр штамповки увеличен со 127,8 мм до 136,5 мм с учетом припусков и штамповочных уклонов, а допуски на неточность штамповки составляют +2 ,1...–1,1 мм.

Äàëåå ïî ÷åðòåæó ðàññ÷èòûâàåòñÿ îáúåì è ìàññà øòàìïîâêè.

5

. ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ КОВКИ И ШТАМПОВКИ

Ðèñ. 5.18. ×åðòåæ øòàìïîâêè øåñòåðíè (îñíîâíûå ðàçìåðû)

∅

127,8

∅

55

∅

36

28

36

3

,4±1,

42

R

3

R

6

Øòàìïîâî÷íûå

óêëîíû

7

,

1

–

8

,

0

,

4

44

+

7

1

,

–

9

0

,

6

30

,

+

∅

0

,

9

–

,

7

1

26

+

∅

2

1

,

–

1

,

1

136,5

+

∅

Íà âòîðîì ýòàïå îïðåäåëÿåòñÿ ñïîñîá øòàìïîâêè èñõîäÿ èç êëàññèôèêàöèè øòàìïîâîê. Òàê, øòàìïîâêè 1-é è 5-é ãðóïï (ðèñ. 5.15) øòàìïóþòñÿ âäîëü îñè, à øòàìïîâêè 2—4-é ãðóïï — ïîïåðåê îñè, ÷òî ó÷èòûâàåòñÿ â äàëüíåéøåì ïðè êîíñòðóèðîâàíèè øòàìïà.

Âûáîð ïåðåõîäîâ øòàìïîâêè è êîíñòðóèðîâàíèå øòàìïîâ ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé äîâîëüíî ñëîæíóþ ïðîöåäóðó è ðàññìàòðèâàåòñÿ â ñïåöèàëüíûõ êóðñàõ. Øòàìïîâêè ñëîæíûõ êîíôèãóðàöèé ïîëó÷àþòñÿ çà íåñêîëüêî ïåðåõîäîâ, êîòîðûì ñîîòâåòñòâóþò îïðåäåëåííûå ðó÷üè øòàìïîâ. Ïîñëåäíèå ïîäðàçäåëÿþòñÿ íà ñëåäóþùèå âèäû:

1) çàãîòîâèòåëüíûå :

— ïðîòÿæíûå (óäëèíÿþò çàãîòîâêó);

— ïîäêàòíûå (óâåëè÷èâàþò ïëîùàäü ïîïåðå÷íîãî ñå÷åíèÿ â îäíèõ ìåñòàõ çà ñ÷åò äðóãèõ);

— ãèáî÷íûå;

— ïåðåæèìíûå (ñîçäàþò ìåñòíûå óøèðåíèÿ);

— ôîðìîâî÷íûå (ïðèäàþò çàãîòîâêå ôîðìó, áëèçêóþ ê ôîðìå øòàìïîâêè â ïëàíå);

— âûñàäî÷íûå (äëÿ ôëàíöà ïðîñòîé ôîðìû);

окончательные:

— черновые (получают форму, близкую к окончательной);

— чистовые (получают окончательную, отчетливо оформленную поковку по чертежу);

обрезные (удаляют заусенцы, перемычки отверстий или отделяют одну штамповку от другой).

Для примера рассмотрим переходы при штамповке шатуна (рис. 5.19). Штамповку осуществляют в 4 ручьях, выполненных в одном штампе. Мерную заготовку длиной L₀ и диаметром D₀ (см. рис. 5.19, а) отрезают, нагревают и штампуют последовательно в протяжном (1), подкатном (2), черновом (3) и чистовом (4) ручьях (см. рис. 5.19, б). На заключительной стадии производятся обрезка заусенца и прошивка двух отверстий.

1

2

3

4

D

0

L

0

1

0

2

3

4

5

а

б

Рис. 5.19. Переходы при штамповке шатуна (а) и четырехручьевой открытый штамп (б):

0 — исходная заготовка; 1 — протяжной ручей; 2 — подкатной ручей; 3 — черновой; 4 — чистовой ручьи; 5 — готовая штамповка

Объем заготовки при штамповке в открытом штампе определяют с учетом угара:

100

  V₀  (V_шт V_з) ,     (5.3) 100

 

где V_шт — объем штамповки по чертежу; V_з — объем заусенца (облоя);  (%) — величина угара.

В случае применения закрытой штамповки, где облой не образуется, в этой формуле V_з = 0.

Массу падающих частей молота определяют на основе производственного опыта по эмпирическим формулам, которые учитывают удельную работу на один квадратный метр штамповки, площадь ее поверхности, высоту падения бабы молота, механические свойства стали и т. п. Для выбора пресса рассчитывают потребное усилие штамповки по формулам, приведенным в литературе^[20].

На заключительном этапе составляют технологическую карту штамповки, которая включает следующие сведения: номер цеха, марку стали или сплава, вид и размеры исходной заготовки (например, прокат диаметром 100 мм и длиной 6 м), наименование, содержание и режимы операций, оборудование, основной инструмент ( бойки, штампы, ножи и др.), измерительный инструмент, объемы партии (масса, число поковок), сведения о расходе материала (поковка, угар, облой, выдра и др).

Например, при штамповке на молотах выполняются следующие технологические операции:

1) технический контроль исходного проката, штанг;

2) транспортировка на разрезку, разрезка на мерные длины;

3) нагрев заготовок в нагревательной печи;

4) объемная штамповка: в заготовительных и окончательном ручьях;

5) обрезка заусенца на обрезном прессе;

6) при необходимости — термическая обработка;

7) очистка от окалины;

8) правка, калибровка в чеканочном штампе; 9) маркировка, технический контроль.