Горячая объемная штамповка

Метод горячей объемной штамповки применяет одно из главных физических параметров металлов — эластичность. Данное свойство металлического поликристалла менять собственные размеры при приложении к нему усилия.

Эластичность растет с увеличением температуры, по этому для производства трудных объемных деталей заготовки греют.

Именно так делают детали очень разной формы — от деталей часов до дисков колес автомобиля.

Процесс горячей объемной штамповки

Метод состоит в том, что при приложении большого давления металл горячей болванки подвергается серии последовательных деформирований, и, не нарушая собственной целостности, затекает в свободное место собственно подготовленных штампов, повторяя их пространственную форму и приходя к указанным размерам. Выступы и впадины в соответствующих местных областях штампа ограничивают и направляют движение металла, приближая с каждым проходом конфигурацию и размеры болванки к показателям конечного изделия. При последнем рабочем проходе они создают закрытый единый ручей (полость), схожий с конфигурацией готового изделия.

Тех. процесс горячей объемной штамповки

Термин горячая объемная штамповка металла указывает на то, что размеры и геометрия заготовки меняются не в одном, а в 2-ух или трех измерениях.

Горячая штамповка в качестве болванок применяет круглый или прямоугольный прокат, а еще лист горячекатаный. Горячая объемная штамповка проходит и прямо из прутка, если конфигурация детали не достаточно сложная и достаточно одного-двух проходов. После некоторые детали отрубают от прутка.

По собственной форме конечные поковки разделяют на 2 ключевых класса:

• Дисковые: фланцы, крышки, ступицы, другие круглые (с прямыми углами) поковки с длиной, небольшой относительно диаметра. Тут подбирают базовую технологическую схему осадки в торец исходной болванки.
• Продолговатые: рычаги, валы, шатуны и похожие на них по форме детали. Заготовка размещается на штампе плашмя, и в ходе нескольких черновых и штамповочных операций ей придают заключительную форму. До завершающего прохода исполняют формовку в ручьях и на вальцах.

По технологическим схемам широко используются две наиболее употребительных:

• штамповка в закрытых штампах
• штамповка в открытых штампах

Горячая объемная штамповка в закрытых штампах выполняется в штампе с меньшим зазором между его половинами. Имеется в виду, что объемы заготовки и готового изделия совпадают. Эту оснастку снабжают 2-мя поверхностями разграничения, находящимися под определенным углом. Схема используется в изготовлении сравнительно несложных по собственной форме деталей и дает возможность добиться самой большой однородности внутреннего сооружения детали и меньшей шероховатости.

При использовании схемы горячей объемной штамповки в открытых штампах нет точного соответствия объемов между заготовкой и конечным изделием, происходит активное перераспределение массы металла между частями поковки. Часть металла выдавливается за пределы штампа в специализированную канавку и именуется облоем. Схема позволяет штамповать детали фактически любой формы, потому как дает возможность проводить очень много черновых и оканчивающих проходов с промежуточным кантованием болванки.

Плюсы и минусы процесса

Горячая объемная штамповка обладает подобными хорошими качествами, как:

• Изготовление поковок очень замысловатой формы.
• Снижение потерь материалов.
• Снижение удельной трудоемкости.
• Нет надобности в большой квалификации штамповщика.
• Точность выполнения габаритов и формы.

К недостаткам метода горячей объемной штамповки относят

• Сложность операций
• Существенная энергоемкость
• Значительная стоимость и сложность проектирования и изготовления оснастки. Штамп необходимо делать из очень качественных материалов, и используем он исключительно к такому изделию.
• Необходимость применять большее усилие, чем при ковке
• Лимит веса готового изделия до 3-4 тонн.

Плюсы и минусы

В общем горячую объемную штамповку лучше всего использовать при выпуске средних и больших серий, а еще, если сложность формы и толщина детали не допускают использование обойтись холодной формовкой.

Невидимые моменты технологии

Тех. процесс горячей объемной штамповки охватывает много подготовительных и рабочих операций, от поступления материала и до получения конечного изделия.

Схема горячей объемной штамповки

Проработка технологии включает подобные этапы, как:

• Устанавливается схема горячей объемной штамповки — в открытых штампах или закрытая, выпускается конструкторская документация.
• Формируют переходы процесса, с учетом допусков выставляют размеры болванки.
• Исходя из потребного усилия горячей объемной штамповки подбирают оборудование (пресс, молот, и т. д.).
• Разрабатываются штампы.
• Задается метод нагревания и температурно — временной режим для любой процедуры.
• Определяются отделочно-завершающие операции.
• Определяются технико-экономические характеристики проектируемого техпроцесса.

Горячая объемная штамповка просит от технологов, конструкторов и цехового персонала глубоких знаний по материаловедению и обширного практики работы с этим процессом.

Сам процесс горячей объемной штамповки делится на такие этапы:

• Нарезка проката на болванки,
• Довидение заготовок до рабочей температуры
• Штамповочные операции
• Убирание облоя
• Коррекция формы (если понадобится)
• Термическая обработка
• Убирание окалины
• Калибровка,
• Прием службой технического контроля.

Смазка для процесса горячей объемной штамповки

До подачи на штамп болванки требуется полностью и одинаково прогреть. На современных фирмах данным процессом управляет автоматика, обеспечивая заданных график увеличения температуры, одинаковое нагревание всех заготовок по всему их объему и исключение образования оксидных пленок и зон низкого содержания углерода. В качестве нагревателей используют:

• электроконтактные установки. Нагрев выполняется путем включения болванки в электрическую цепь и прохождению по ней сильного тока.
• электромеханические системы. Нагрев выполняется вихревыми токами, возбуждаемыми в приповерхностном слое заготовки;
• газовые печи. Температурное увеличение проходит в изолированной от атмосферы камере, заполненной благородным газом, исключающим образование окалины.

Убирание облоя и пробивка пленок используется в случае открытой схемы горячей объемной штамповки. При этом применяют специализированные обрезные и пробивные штампы и кривошипные прессы.

Порой в ходе выемки изделий из штампа, обрубки облоя или термические обработки происходит искривление осей изделия либо нарушение поперечных сечений. Тогда используют операцию корректировки формы, или правку. Заготовки внушительных размеров либо сделанные из очень качественных сталей подвержены правке, будучи горячими. Операция проходит в чистовом ручье после убирания облоя. Порой операцию правки соединяют с обрезкой. Изделия маленького размера поправляют винтовыми прессами по завершении термические обработки и остывания.

Термическая обработка в горячей объемной штамповке

Термическую обработку проводят с целью доведения физических параметров изделий до заданных показателей и для облегчения окончательной обработки. Операция позволяет также снять остаточные напряжения, сделать меньше зернистость, увеличить вязкость и эластичность.

Чтобы облегчить операции контроля, обеспечить прецизионное позиционирование болванки и уменьшить износ инструмента на стадии обработки механическим способом, проводят чистку изделий от окалины. Для этого используются дробеструйные комплексы. В изолированной камере поковки воздухом под большим напором разгоняют стальную дробь и направляют ее на двигающиеся, на транспортере изделия. Бесчисленные соударения сбивают пленки и хлопья окислов в поверхности, прибавляя ей матовый внешний вид и в то же время уплотняя приповерхностный слой. Для очень маленьких изделий используют иную установку — галтовочный барабан. В нем большое численность деталей пересыпается одновременно с добавляемыми к ним железными шариками или звездочками. Благодаря бесчисленным соударениям деталей с них сбивается окалина.

Порой в очередность добавляют еще 1 переход — калибровку. Она проходит с целью избежать завершальной обработки, оставляя только шлифовку. При помощи плоскостной калибровки могут достигать точности габаритов в вертикальном положении. Объемная калибровка служит для доведения габаритов в нескольких направлениях, давая возможность также и уменьшить шероховатость. Для калибровки применяют специализированные штампы с особо точными ручьями, повторяющими конфигурацию поковки.

Штамповочные ручейки и их виды

Для обычных комбинаций изделий горячая объемная штамповка делается в один проход.

Штамповочные ручейки и их виды

Если же предстоит отштамповать диковинное изделие с перепадами толщин и высот, выступы и изгибы — изготовление проводят за несколько проходов, в каждом из которых формовка выполняется индивидуальной впадиной на штампе — ручьем. Их делятся на несколько видов:

Заготовительные

Применяются для фасонирования приведения материала болванки к пространственной формы, позволяющей провести операции горячей объемной штамповки с наименьшими потерями материала.

Виды заготовительных ручьев:

• Протяжной — растягивает конкретные части болванки, сужая их сечение. Применяется серия слабых ударов с переворотом болванки
• Податной — утолщает сечение болванки, «перегоняя» на это место материал с смежных участков. Применяется также серия слабых ударов с переворотом болванки
• Пережимной — плющит болванку в месте использования, вызывая увеличение местной ширины. Применяется 1-3 сильных удара,
• Гибочный – применяется для деталей с изогнутой осью
• Осадочный — используется для изделий, близких к круглой форме. Понижает высоту болванки, добиваясь необходимой высоты и радиуса

Штамповочные

Применяются в завершающей формовке, бывают черновыми и чистовыми.

Черновой применяется для изделий сложной формы и в целях снижения износа чистового. Предназначается для приближения габаритов и формы болванки к завершальному изделию. Он глубже и уже, чем чистовой ручей, обладает большими радиусами и уклонами. Данные меры используются для свободного расположения болванки в чистовом ручье.

Чистовой ручей применяется для формовки конечной продукции, делается с припуском на усадку при охлаждении. Монтируется в середине штампа, потому как давление и появляющиеся напряжения при чистовой штамповке максимальны. Для отвода выдавливаемого металла вокруг ручья расположена облойная канавка.

Схемы штамповки

Определенная конфигурация горячей объемной штамповки подбирается опытным технологом, принимающим к сведению следующие параметры:

• Размеры детали.
• Материал.
• Форма.
• Доступное оборудование.
• Ограничения трудоемкости и финансовых затрат.

На данный момент применяется две главные схемы горячей объемной штамповки:

• с открытым штампом;
• с закрытым штампом.

Штамповка в закрытом штампе проходит с меньшим зазором между его половинами. Имеется в виду, что объемы болванки и конечной детали точно совпадают. Порой делают 2 линии примыкания, находящиеся под угол друг к другу. Схема применяется для формовки сравнительно несложных по форме поковок и дает возможность добиться самой большой однородности внутреннего сооружения детали и меньшей шероховатости.

Схема штамповки в закрытых штампах

При использовании схемы горячей объемной штамповки в открытых штампах нет соответствия объемов болванки и конечного изделия, происходит активное перераспределение массы металла между ее частями. Некоторая часть металла выдавливается за пределы штампа в приспособленную для этого канавку и именуется облоем. Схема позволяет штамповать детали фактически любой формы, потому как дает возможность проводить очень много черновых и оканчивающих проходов с переходными поворотами болванки.

Оборудование, которое применяется для горячей объемной штамповки

Оборудование для горячей объемной штамповки в себя включает:

• Молоты
• Кривошипные прессы
• Горизонтально-ковочные машины

Технология использования каждого класса установок связана с их конструкцией. Молоты допускают такие схемы, как открытая штамповка и штамповка в закрытых штампах

Горячая объемная штамповка на молотах

Технология применяет явление изменения кинетической энергии падающего массивного молота в энергию ударной деформации заготовки. Молоты поднимаются в исходное состояние сжатым воздухом или паром и имеют массу от 0.5 до 25 тонн.

Горячая объемная штамповка на молотах

Меняя высоту подъема молота, можно настраивать силу удара. Ход молота также изменяется, это позволяет для поворота заготовки во время следующего подъема молота и более точной штамповки. Доступны все операции по подготовке, включая протяжку и подкат.

Точность изготовления деталей на молотах не радует, что поясняется неминуемым сдвигом частей штампа относительно друг друга в момент удара. Допуски во время использования молотов приходится давать большими, а для обеспечения возможности выемки изделий из пресса выполняются большие штамповочные уклоны.

Горячая объемная штамповка на прессах

Горячая штамповка металла проходит и на кривошипных прессах. Основная характеристика оборудования — это развиваемое им усилие, варьирующееся от 6 до 110 МН.

Горячая объемная штамповка на прессах

Конструкция кривошипного горячештамповочного пресса имеет жёсткий привод и не даёт возможности настраивать ход пресса и его усилие. Данные моменты исключают из списка возможных операций протяжку и подкат, потому как для них необходимо понемногу увеличиваемое давление.

Отсутствие ударов, постоянный ход штампа и применение направляющих исключает сдвиг, что дает возможность добиться точности обработки, принципиально недостижимой на молотах.

Исходя из этого допускается задание значительно меньших допусков, штамповочных радиусов и уклонов, что уменьшает потери материалов и увеличивает эффективность оборудования.

Более того, статическая дефармация глубже проникает в болванку, чем динамическая, и это выполняет доступными для обработки материалы с невысокой пластичностью.

Негативными характерностями кривошипных горячештамповочных прессов считаются:

• окалина запрессовывается в поверхность, для борьбы с этим используют нагрев в инертной атмосфере или глубокую зачистку болванки;
• ввиду длительного соприкасания с пуансоном заготовка стынет, уменьшается ее эластичность и заполняемость.

Штамповка на горизонтально-ковочных машинах

При горячей объемной штамповке данным вариантом, установка также приводится в действие кривошипным механизмом, основное деформирующее усилие прикладывается в горизонтальном положении. В добавок ко всему этому применяется еще 1 ползун, расположенный под прямым углом. Матрица исходя из этого также составлена из 2-ух частей, одна из которых считается подвижной.

Штамповка на горизонтально-ковочных машинах

Доступны такие переходы, как посадка, firmware и пробивка. Для штамповки стержней, колец, труб с утолщениями и отверстиями в качестве заготовок используют круглый или квадратный пруток.

Эти специальные устройства дают возможность достигать важного увеличения эффективности. В виде недостатков можно подчеркнуть узкую применимость и дороговизну.

Если вы нашли погрешность, пожалуйста, выдилите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.