Штампованные поковки

Горячая штамповка выполняется на моло­тах и прессах в открытых и закрытых штам­пах, выдавливанием, гибкой, с применением различных процессов. С целью повышения точности размеров и улучшения качества по­верхности штамповок применяют полугоря­чую штамповку, при которой ограничено окалинообразование.

Краткая характеристика основных спосо­бов горячей штамповки приведена в табл. 21.

Горячая штамповка выполняется по двум схе­мам: в открытых и закрытых штампах (рис. 18). При штамповке в закрытых штампах по­лучают более точные штампованные заготов­ки, меньше расходуют металл; производи­тельность высокая при пониженной стойкости штампов и ограниченности форм штамповок (круглые, типа шестерен, фланцев, стаканов). Штамповку в закрытых штампах иначе назы­вают безоблойной.

· Штамповка в открытых штампах на молотах в зависимости от расположения заготовки в окончательном ручье бывает двух видов: в торец и плашмя (рис. 2). Штамповку на молотах выполняют из ка­таной заготовки за один переход для загото­вок простой формы и за несколько перехо­дов — для заготовок сложной формы. В штам­пах различают: штамповочные (оконча­тельный и предварительный), заготовительные и отрубные ручьи. Окончательный ручей вы­полняют с учетом усадки металла при охла­ждении (усадка стали ≈1,5%). По периметру окончательного ручья конструируют заусенечную канавку, создающую препятствие выходу металла из полости и обеспечивающую запол­нение окончательного ручья.

Заготовительные ручьи служат для получе­ния благоприятной формы заготовки для штамповки с малым отходом металла в заусе­нец. Обрезка заусенца выполняется на обрезных и кривошипных прессах. Крупные и средние заготовки с относительно толстым заусенцем обрезают после штамповки в горя­чем состоянии. Мелкие поковки с тонким за­усенцем легко обрезают в холодном состоя­нии. Производительность холодной обрезки выше, чем горячей. Одновременно с обрезкой заусенца часто выполняют частичную зачистку по штамповочному уклону.

Торцовый заусенец, возникающий при штамповке в закрытых штампах, а также не­ровности среза при обрезке удаляют на точильно-обдирочных станках.

Для отверстий при штамповке получают в заготовке углубления — наметки, которые затем прошивают. При штамповке на моло­тах и прессах после прошивки наметок диа­метр отверстия d ≥ H, но не менее 30 мм.

При штамповке в закрытых штампах на молотах используют штучную заготовку, рас­считываемую по объему штампованной заго­товки с учетом отхода на угар при нагреве.

· Штамповка в открытых штампах на кривошипных горячештамповочных прессах (КГШП) обеспечивает изготовление относи­тельно точных поковок без сдвига в плоскости разъема, с малыми припусками и с повышен­ной по сравнению с молотами производитель­ностью. Типовые заготовки, полученные штамповкой на прессах, приведены на рис. 3.

При штамповке шатунов, турбинных лопа­ток и других сложных деталей заготовку под­готовляют на ковочных вальцах (вместо под­катки и протяжки на молотах), высадкой на горизонтально-ковочных машинах, или приме­няют периодический прокат.

· Штамповку в открытых штампах на вин­товых фрикционных прессах применяют для изготовления мелких фасонных заготовок и заготовок типа болтов и заклепок только в одном ручье из-за недостаточного направле­ния ползуна. На прессах с точным направле­нием ползуна можно выполнять многоручье­вую штамповку.

· Штамповку в открытых штампах па ги­дравлических прессах выполняют в одном ручье, центр давления которого расположен в центре давления пресса. Этим устраняется возможность сдвига штампа. Распространена штамповка из алюминиевых и магниевых сплавов деталей больших размеров типа пане­лей, рам, узких и длинных поковок типа балок и лонжеронов (длиной до 8 м), стаканов, втулок (рис. 4), из стали и титана штампуют поковки типа дисков. При изготовлении сложных поковок заготовку перед штампов­кой подготовляют путем ковки.

· Штамповку на гидропрессах в закрытых штампах с неразъемной матрицей наиболее часто используют для изготовления точных, без штамповых уклонов заготовок из алюми­ниевых и магниевых сплавов. Штампы в этом случае нагревают. Штамповку с разъемной матрицей применяют для изготовления мел­ких, средних и крупных поковок из черных и цветных металлов и сплавов. Разъем ма­триц — вертикальный, иногда — горизон­тальный.

· Штамповка в закрытых штампах на криво­шипных горячештамповочных прессах (КГШП) в неразъемных матрицах достигается применением более точных заготовок, более точной дозировкой металла, применением обычной заготовки и компенсирующего устройства в штампах для размещения излиш­ка металла (5 — 10% объема заготовки). Точ­ная дозировка металла для штамповки связана с дополнительными затратами из-за более сложного инструмента и меньшей производи­тельности при отрезке. Штамповку в закры­тых штампах с разъемной матрицей выпол­няют обычно с компенсаторами для выхода лишнего металла; матрицы имеют горизон­тальный разъем. Такие штампы используют для изготовления поковок типа крестовин.

Штамповку на фрикционных прессах в за­крытых штампах с разъемной матрицей при­меняют для получения мелких заготовок с несимметричными отростками из стали и цветных металлов и их сплавов. Разъем ма­трицы обычно вертикальный.

· Горячей штамповкой выдавливанием обыч­но на КГПШ получают заготовки типа стерж­ня с утолщением; стержни постоянного и переменного сечения, сложной формы, с цен­тральным и эксцентричным расположением головки относительно оси; с головкой неслож­ной осесимметричной формы (тарельчатые, шарообразные, ступенчатые, фланцевые, ко­нусные); с головкой сложной формы и типа развилин; заготовки типа крестовин или с двусторонними утолщениями и др. (рис. 5). В зависимости от формы и объема исход­ной заготовки, выбранного технологического процесса при выдавливании получают заго­товки без заусенца, с торцовым заусенцем, с поперечным заусенцем и с поперечным и торцовым заусенцами, которые затем уда­ляют.

· Штамповку на горизонтально-ковочных машинах (ГКМ) выполняют в штампах с дву­мя плоскостями разъема: одна — перпендику­лярна оси заготовки между матрицей и пуан­соном, вторая — вдоль оси, разделяет матрицу на неподвижную и подвижную половины, обеспечивающие зажим штампуемой заготов­ки. На ГКМ штампуют поковки (рис. 6) типа стержней с утолщениями, с глухим отвер­стием, трубчатые, с полым утолщением и стержнем. Благодаря осевому разъему ма­триц уклон в участках зажатия на поковках не требуется.

· При высокоскоростной штамповке скорость деформирующего инструмента достигает де­сятков метров в секунду (на обычных штампо­вочных молотах до 6—7 м/с).

Высокоскоростная штамповка позволяет изготовлять заготовки сложных форм с тонки­ми стенками и ребрами и малыми радиусами закругления, уменьшать припуски на после­дующую механическую обработку, получать заготовки с высокими механическими свой­ствами, максимально приближенные к форме и размерам готовой детали.

Штамповки изготовляют из труднодеформируемых металлов и сплавов, алюминия, ме­ди, различных сталей и высокопрочных спла­вов с минимальными штамповочными уклона­ми и без них. Высокоскоростной штамповкой изготовляют штампованные заготовки типа стержня с головкой, с утолщением типа флан­ца, турбинные и компрессорные лопатки, типа стакана (гладкие и ступенчатые), типа крышек и колец, трубчатые, типа стержней с ребрами, стакана с наружными ребрами, с торцовым оребрением, типа зубчатых колес, дисков с тонким полотном заготовки с отростками, сужающиеся в средней части (рис. 7). Стой­кость штампов в 4 —5 и более раз ниже стой­кости штампов, используемых на обычных молотах.

· Отделочные операции. Режим охлаждения и термической обработки штампованных заго­товок и поковок влияет на термические напря­жения; неодновременный переход через интер­вал фазовых превращений может привести к структурным напряжениям, которые сумми­руются с температурными и могут вызвать микро- и макротрещины.

Для снятия остаточных напряжений, пред­охранения от образования флокенов и раз­мельчения зерна применяют отжиг, а для вы­равнивания структуры по сечению применяют гомогенизационный отжиг. Полный отжиг происходит при нагреве до нужной температуры, выдержке и последующем медленном охлаждении. После горя­чей штамповки применяют также неполный отжиг, изотермический отжиг, нормализацию, светлый отжиг и другие виды термической обработки.

· От окалины штампованные заготовки очи­щают травлением, галтовкой и дробеметной очисткой. Для заготовок из сталей применяют раствор соляной кислоты, для алюминиевых сплавов — раствор щелочи. После травления стальные штампованные заготовки промы­вают в растворе щелочи и в воде, заготовки из алюминиевых сплавов — в растворе азот­ной кислоты и в воде. Этот способ очистки самый качественный, но дорогой. Галтовку применяют для очистки мелких и средних по массе поковок простой формы (короткие вали­ки, зубчатые колеса). Дробеметную очистку используют для мелких и средних заготовок сложной формы. Качество поверхности при этом хорошее, но возможно закрытие трещин, которые затем трудно обнаружить.

· Заготовки при выталкивании из штампа, обрезке заусенца, прошивке отверстий и транспортировании могут искривляться. Правку осуществляют в холодном и реже — в горячем состоянии. Горячую правку после обрезки заусенца применяют для заготовок из высоколегированной или высокоуглеродистой стали, при холодной правке которых могут возникнуть трещины. Горячую правку выпол­няют в окончательном ручье, а для заготовок с отверстием ее проводят в специальном штампе. Холодной правке подвергают мелкие и средние по массе заготовки сложной формы. Из-за упругих деформаций при разгрузке не­льзя получить абсолютно неискривленные штампованные заготовки.

· Калибровку штампованных заготовок вы­полняют для повышения точности размеров, улучшения качества поверхности отдельных участков или всей заготовки и снижения коле­бания массы поковок. Применяют плоскост­ную и объемную калибровку, обеспечивая точ­ность 8 —12-го квалитета и параметр шерохо­ватости поверхности Ra= 2,5 – 0,32 мкм.

Плоскостную калибровку выполняют в хо­лодном состоянии на кривошипно-коленных прессах для получения точных вертикальных размеров на одном или нескольких участках
поковки. Объемную калибровку применяют для получения точных размеров в разных на­правлениях, а при выдавливании избытка ме­талла в заусенец — для получения заготовок
точной массы. Точность объемной калибровки ниже, чем плоскостной. Иногда применяют
комбинированную калибровку — сначала объемную, а затем плоскостную. Объемную калибровку производят в холодном и горячем состояниях. Усилие объемной калибровки в 1,5—2 раза больше усилия плоскостной калибровки.

· Технологичность конструкции штампован­ных заготовок. Поверхность разъема обычно выбирают так, чтобы она совпадала с двумя на­ибольшими размерами заготовки. Поверх­ность разъема штампа должна обеспечивать свободное удаление заготовки из штампа и контроль сдвига верхней части штампа от­носительно нижней после обрезки (рис. 8). Более глубокие полости при штамповке на молотах располагают в верхней части штам­па.

Кузнечные напуски регламентирует ГОСТ 7505 — 89.

Контрольные вопросы

1. Что такое заготовка?
2. Перечислить характеристики основных методов получения заготовок.
3. Какие факторы влияют на выбор заготовки?
4. Что является основным показателем при выборе заготовки?
5. Перечислить виды штамповки и дайте краткую характеристику каждому виду поковки, получаемой штамповкой.