Технологический процесс горячей объемной штамповки в открытых и закрытых штампах

Проектирование технологического процесса горячей штамповки начинается с учета программы выпуска и ха­рактеристик обрабатываемого материала. Учитываются также и возросшие в последние годы требования по про­изводству поковок с минимальными припусками, задан­ными структурами и твердостью, которые способствуют лучшей обрабатываемости резанием в условиях автома­тизированного производства и повышают надежность де­талей машин. На основании этого выбирают способ штам­повки.

По чертежу готовой детали разрабатывают чертеж поковки или штампуемой детали. Самым важным момен­том при этом является выбор поверхности разъема штам­па, по которой соприкасаются верхняя и нижняя части штампа. Штампы имеют один или два разъема для вво­да заготовки и съема поковки. Поверхности разъема, как правило, устанавливают в плоскостях двух наибольших габаритных размеров детали, чтобы полости штампа имели наименьшую глубину. В открытом штампе при ра­боте возможен относительный сдвиг его частей. Для об­легчения контроля взаимного расположения половин штампа поверхность разъема должна пересекать верти­кальную поверхность поковки. Плоскость разъема поков­ки при штамповке в закрытом штампе, как правило, выбирают по торцовой наибольшей поверхности де­тали.

Затем на обрабатываемые на металлорежущих стан­ках поверхности назначают припуски и напуски, а также устанавливают допуски. В закрытых штампах с двумя поверхностями разъема напуски могут и не назна­чаться.

Для облегчения извлечения поковок из штампа на них предусматривают штамповочные уклоны (2...7°). На пересекающихся поверхностях поковки делают закруг­ления.

С целью получения наиболее точной и качественной поковки определяют переходы штамповки.

Добавив к найденным размерам поковки 1...2 температурную усадку, создают чертеж так называемой «горячей поковки», по которой выбирают форму и раз­меры заготовки под штамповку.

Затем проводят следующие этапы проектирования технологического процесса: подбор кузнечно-штамповочного оборудования; проектирование штампов; выбор спо­соба нагрева заготовок; разработка отделочных опера­ций.

Обобщенная технологическая схема процесса горячей объемной штамповки изображена на рис. 15.7, а...з.

Разрезку прутков на заготовки осуществляют на нож­ницах и прессах. Пруток 2 (рис. 15.7, а) по рольгангу / подается до регулируемого упора 5 и зажимается гидроприжимом 5. Срез производится верхним 4 и нижним 6 ножами. Уменьшение отходов при разрезке достигается разрезкой на кривошипных прессах с дополнительным поджатием прутка силами Рос,(рис. 15.7,6). В настоящее время в основу разрезки закладывается точное дозирование металла по объему. С помощью ЭВМ в соответствии с диаметром прутка, замеряемым автоматиче­ски, корректируется положение упора 5.

Рис. 15,7, Обобщенная технологическая схема горячей объемной

штамповки: а, б —разрезка прутков; в, г — нагрев прутков; д — получение поковки в от­крытом штампе; е — обрезка заусенца; ж — пробивка перемычки; з — калиб­ровка (чеканю) поковки

Простые поковки из прутка штампуются в одноручьевом штампе. Сложные поковки (с изменениями сечений по длине, изогнутой осью и т. п.) нуждаются в сложных штампах. Так, поковка шатуна формуется в многоручь­евом штампе за несколько переходов (рис. 15.8). Заготовка после нагрева в спиральном устройстве (рис. 15.7, б или г) сначала обрабатывается в заготовительных ручьях: протяжном / (вытяжка), подкатном 2 (перерас­пределение металла) и гибочном 4 (гибка); затем — в черновом 5 и чистовом 3 штамповочных ручьях. Заусеничная канавка делается только вокруг чистового штам­повочного ручья.

Рис. 15.8. Штамповка шатуна в многоручьевом штампе

В крупносерийном и массовом производствах в каче­стве заготовок используется периодический прокат, полу­чаемый на станах поперечной прокатки или вальцовкой. На штамповочных молотах формуют поковки разно­образной конфигурации в одноручьевых, чаще в многоручьевых штампах. Закрытые штампы на молотах при­меняют для круглых поковок.

На кривошипных горячештамповочных прессах (рис. 15.7, д) поковки производят преимущественно в откры­тых штампах. Жесткость прессов выше, поэтому на них можно применять штампы с направляющими колонка­ми: нет смещения штампов достигается повышенная прочность поковки и полная автоматизация процесса штамповки.

Рис. 15.9. Прогрессивные способы горячей объемной штамповки:

а — на радиально-ковочных машинах; б — жидкая штампов­ка; в — изотермическая штамповка

На гидравлических штамповочных прессах штампов­ка происходит при пониженных скоростях деформации, что способствует разупрочнению материала поковки. На­грев заготовок до 900 °С встроенными в установку индук­торами значительно повышает пластичность и снижает усилие деформирования.

Новыми технологическими процессами горячей объ­емной штамповки являются штамповка на высокоскоро­стных молотах, радиально-ковочных машинах, горяче­штамповочных автоматах, а также жидкая и объемная изотермическая штамповки.

Высокоскоростные молоты предназначены для производства поковок в однопереходных открытых и закрытых штампах, а также методами прямого и об­ратного выдавливания. При этом можно получать по­ковки, имеющие тонкие ребра и стенки (до 2 мм) и ма­лые штамповочные уклоны (до 2°), диаметры до 300 мм, массу до 30 кг.

На горячештамповочных автоматах по­лучают в больших количествах кольца подшипников, крепежные и другие изделия. Для этого проектируют комбинированные штампы последовательного действия. Например, на автомате АМР-30, производя поковки под­шипниковых колец или гаек, осуществляют четыре опе­рации: отрезку, осадку, выдавливание заготовки, про­бивку отверстия в отформованной поковке.

Одновременное обжатие заготовки четырьмя бойками (рис. 15.9, а) на радиально-ковочных машинах (РКМ) создает в очаге деформации схему всестороннего неравномерного сжатия. Бойки 1, расположенные радиально и симметрично относительно заготовки 2, соверша­ют кратковременные удары — обжатия (160...1800 ударов в мин). Процесс высокопроизводительный: одна РКМ усилием 10 МН заменяет, например, шесть 2,5-тонных молотов и один гидравлический пресс усилием 6,3 МН. Радиальное обжатие обеспечивает производство поковок диаметрами 18...600 мм и значительную экономию метал­ла, увеличивает производительность оборудования и по­вышает износостойкость деталей машин.

Жидкую штамповку проводят в штампах (рис, 15.9, б), снабженных полостями для заливки жидкого металла и хранения его излишков. Штамп состоит из верхней плиты /, в которой крепится блок пуансонов 2, состоящий из прошивного 3 и подпрессовочного 4 пуан­сонов. Матрица 7, укрепленная на нижней плите 9 штам­па обоймой матрицы 8, охлаждается водой, подаваемой по шлангу 5 в каналы 6. Поковка // массой от 3 до 30 кг удаляется из матрицы выталкивателем 10.

Объемная изотермическая штамповка совершается в закрытых или открытых штампах, в ра­бочей зоне которых поддерживается температура 800......1100°С. В штампе (рис. 15.9, б) выдавливается заго­товка 1 в матрице 12 пуансоном 7. Готовая поковка вы­талкивателем 14 удаляется из штампа; для этого кре­пежная плита 4, пуансонодержатель 5 и пуансон, закреп­ленный кольцом 2 и втулкой 3 на опоре 6, поднимаются вверх. Нагревателями являются медные стержни 9, они соединены планками 13, от корпуса штампа // изолиро­ваны (позиции 15, 16 и 17). Ток подводится устройства­ми 8, температура фиксируется термопарой 10.

Существует несколько операций отделки поковок. Об­резку заусенца и пробивку перемычек (тонкого слоя ме­талла между наметками при оформлении внутреннего отверстия поковки) проводят в горячем или холодном состояниях в штампах, устанавливаемых на обрезных кривошипных прессах. При воздействии пуансона 1 (рис. 15.7, е) поковка 3 перемещается вниз, при этом режущие кромки матрицы 4 срезают заусенец поковки. Заусенец либо удаляется с матрицы, либо снимается с пуансона съемником 2. Перемычка поковок удаляется пуансоном штампа (рис. 15.7, ж). Существуют штампы совмещенно­го действия, на которых за один переход удаляются за­усенец и перемычка, одновременно могут сниматься и штамповочные уклоны. Правку штампованных поко­вок также осуществляют в штампах.

Поковки очищают от окалины различными способами: во вращающихся барабанах методами сухой и мокрой галтовки; обработкой стальной дробью; травлением в вод­ных растворах кислот.

Калибровкой или чеканкой (рис. 15.7, з) повышают точность и улучшают качество поверхности штампован­ных поковок. При калибровке устанавливается малая (не более 5...10 %) степень деформации. Горячую калибров­ку применяют для крупногабаритных поковок. Наиболее распространена холодная калибровка, обеспечивающая точность размеров по 6...7-му квалитетам. Поковки контролируются на всех этапах технологиче­ского процесса. Проводится визуальный контроль, выбо­рочный контроль геометрических параметров, определя­ется твердость поковок по Бринеллю. Внутренние дефек­ты выявляются ультразвуковым и рентгеновским методами контроля. Несколько поковок из партии под­вергаются металлографическому анализу и механиче­ским испытаниям.

Продукция штамповки исчисляется многими сотнями тысяч изделий, так как она дает возможность перераба­тывать различные металлы и сплавы. Горячей штампов­кой получают полуфабрикаты для производства подшип­ников и деталей автомобилей, тракторов, сельскохозяйст­венных машин, станков, тепло- и электровозов, текстильных машин и др.