Объемная штамповка - это формоизменение металла в объемной полости инструмента (штампа) с обусловленным значительным перераспределением металла в поперечном сечении исходной заготовки. Если заготовку перед штамповкой нагревают до температуры обработки, то процесс называют горячей объемной штамповкой.
Рис. 1. Открытый молотовой штамп: 1 - верхний штамп;
2 - стенка ручья (полости) штампа; 3 - облой; 4 - поковка; 5 - нижний штамп
Горячая объемная штамповка - один из основных видов ОМД, которым изготавливают заготовки для ответственных деталей самолетов, автомобилей, тракторов и пр.
Исходным материалом для объемной штамповки являются прокатанные или прессованные прутки, а в качестве материала чаще всего используют углеродистую или низколегированную сталь. Этому виду штамповки подвергают также цветные металлы и сплавы.
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.
Технологический процесс изготовления поковки включает следующие операции: отрезка проката на мерные заготовки, нагрев, штамповка, обрезка облоя и пробивка пленок, правка, термическая обработка, очистка поковок от окалины, калибровка, контроль готовых поковок.
Технологический процесс горячей объемной штамповки
Перед штамповкой заготовки должны быть нагреты равномерно по всему объему до заданной температуры. При нагреве должны быть минимальными окалинообразование (окисление) и обезуглероживание поверхности заготовки. Используются электроконтактные установки, в которых заготовка, зажатая медными контактами, нагревается при пропускании по ней тока; индукционные установки, в которых заготовка нагревается вихревыми токами; газовые печи, с безокислительным нагревом заготовок в защитной атмосфере.
Штамповку осуществляют в открытых и закрытых штампах. В открытых штампах получают поковки удлиненной и осесимметричной формы. В закрытых штампах – преимущественно осесимметричные поковки, в том числе из малопластичных материалов. Поковки простой формы штампуют в штампах с одной полостью. Сложные поковки с резкими изменениями сечений по длине, с изогнутой осью и т.п. штампуют в многоручьевых штампах.
После штамповки в открытых штампах производят обрезание облоя и пробивку пленок в специальных штампах, устанавливаемых на кривошипных прессах (рис.2).
Рис. 2. Схемы обрезания облоя (а) и пробивки пленок (б)
Правку штампованных поковок выполняют для устранения искривления осей и искажения поперечных сечений, возникающих при затрудненном извлечении поковок из штампа, после обрезания облоя, после термической обработки. Крупные поковки и поковки из высокоуглеродистых и высоколегированных сталей правят в горячем состоянии либо в чистовом ручье штампа сразу после обрезания облоя, либо на обрезном прессе (обрезной штамп совмещается с правочным штампом), либо на отдельной машине. Мелкие поковки правят на винтовых прессах в холодном состоянии после термической обработки.
Термическую обработку применяют для получения требуемых механических свойств поковок и облегчения их обработки резанием. Отжиг снимает в поковках из высокоуглеродистых и легированных сталей остаточные напряжения, измельчает зерно, снижает твердость, повышает пластичность и вязкость. Нормализацию применяют для устранения крупнозернистой структуры в поковках из сталей с содержанием углерода до 0,4%.
Очистку поковок от окалины производят для облегчения контроля поверхности поковок, уменьшения износа металлорежущего инструмента и правильной установки заготовки на металлорежущих станках. На дробеструйных установках окалину с пковок, перемещающихся по ленте конвейера, сбивают потоком быстро летящей дроби диаметром 1…2 мм. В галтовочных барабанах окалина удаляется благодаря ударам поковок друг о друга и о металлические звездочки, закладываемые во вращающийся барабан.
Калибровка поковок повышает точность размеров всей поковки или отдельных ее участков. В результате этого последующая механическая обработка устраняется полностью или ограничивается только шлифованием. Различают плоскостную и объемную калибровку. Плоскостная калибровка служит для получения точных вертикальных размеров на одном или нескольких участках поковки. Объемной калибровкой повышают точность размеров поковки в разных направлениях и улучшают качество ее поверхности. Калибруют в штампах с ручьями, соответствующими конфигурации поковки.
Преимущества и недостатки процесса
Горячая объемная штамповка обладает такими достоинствами, как:
· Изготовление поковок весьма сложной формы.
· Снижение потерь материалов.
· Снижение удельной трудоемкости.
· Нет необходимости в высокой квалификации штамповщика.
· Точность соблюдения габаритов и конфигурации.
К минусам метода горячей объемной штамповки относят
· Сложность операций
· Значительная энергоемкость
· Существенная стоимость и трудоемкость проектирования и изготовления оснастки. Штамп приходится делать из высококачественных материалов, и применим он только к данному изделию.
· Необходимость использовать большее усилие, чем при ковке
· Лимит веса готового изделия до 3-4 тонн.
Список литературы
1. Лахтин Ю.М., Леонтьева В. П.: "Материаловедение", М.: "Машиностроение", 1990 г.
2. Основы отраслевых технологий и организации производства/ Под ред. П.К. Федюкина.СПб: Политехника, 2002.-312с
3. Технология керамики М.О. Юшкевич, М.И. Роговой, 1999 г.
4. Арзамасов Б.Н. Материаловедение. -.: Машиностроение. 1980 – 493с.