Горячая объемная штамповка – все нюансы технологии

Под штамповкой понимают операцию, в процессе которой материал подвергается пластической деформации, предполагающей изменение его начальных размеров и формы. Одним из типов такой деформации является горячая объемная штамповка (стакан, чаша, детали другого вида).

Горячая объемная штамповка – технологический процесс (сущность процесса)

ГОШ представляет собой востребованный вариант обработки металлов давлением, в ходе которой поковка из определенной заготовки образуется при помощи штампа (при изменении температуры от нагретой до ковочной). Выступы и поверхностные полости (они производятся в отдельных зонах штампа) ограничивают течение металла. На финальной стадии штамповки они создают замкнутый единый ручей (полость), соответствующий конфигурации поковки.

Заготовками для процесса выступает квадратный, периодический, круглый или прямоугольный прокат, (например, горячекатаный лист). В некоторых случаях штамповку выполняют непосредственно из прутка, а затем, на штамповочном агрегате, отделяют поковку. Но чаще заготовки требуемых размеров нарезают из прутка изначально. Область применения горячей объемной штамповки и оборудование для нее обуславливают то, что использовать данный метод обработки металлов имеет смысл при массовом и серийном производстве, так как отмечается:

уменьшение отходов материала;
увеличение производительности труда;
возможность получения изделий, которые имеют крайне сложную конфигурацию;
высокое качество поверхности готового изделия, а также точность формы.

В целом под стандартным техпроцессом горячей штамповки понимают комплекс операций, имеющих прямое отношение к изменению геометрических параметров и формы начальной заготовки.

Он охватывает все процедуры, которые начинаются в момент подачи в обработку металла и заканчиваются выпуском готовой поковки. Разрабатывают технологический процесс ГОШ в определенной последовательности:

выбирается вариант штамповки (с закрытым или открытым ручьем) и создается чертеж поковки;
устанавливаются переходы процесса, а также размеры и формы заготовки;
выбирается (по показателям требуемой мощности) кузнечно-штамповочная установка (пресс, молот, ГКМ и т. д.);
выполняется формирование штампов;
определяется способ нагрева и интервал температур, при которых будет производиться операция;
устанавливается тип отделочных и завершающих этапов штамповки.

На финальной стадии выполняется расчет экономических и технических показателей технологического процесса.

На данный момент штамповка (объемная) выполняется по технологическому процессу, отличающемуся существенным разнообразием. Конкретная его схема определяется используемым оборудованием, выбором изделия, которое необходимо получить, формой поковки. По форме поковки могут быть такими:

Удлиненными: рычаги, всевозможные валы, шатуны и так далее. Их штампуют плашмя (исходная заготовка протягивается). Обязательно нужно перед окончательной штамповкой произвести фасонирование заготовки свободной ковкой, в заготовительных ручьях, на ковочных вальцах.
Дисковыми (диски): фланцы, шестерни, крышки, ступицы и другие квадратные либо круглые поковки с относительно малой длиной. Их штампуют по технологии осадки (с использованием штамповочных переходов) в торец начальной заготовки.

Какими бывают штамповочные ручьи?

Для ГОШ применяются следующие виды ручьев:

протяжные: дают возможность увеличить протяженность отдельных зон заготовок (добиваются этого снижением площади их сечения посредством слабых частых ударов с одновременным кантованием);
заготовительные: с их помощью в штампах производится фасонирование, под которым понимают перераспределение в заготовке металла, позволяющее получить такую форму, которая бы обеспечила небольшое количество отходов материала;
пережимные: позволяют за несколько ударов снизить в местах, где требуется уширение, вертикальную величину заготовки;
подкатные: применяются для одинакового распределения металла в поковке и вдоль оси заготовки за счет увеличения (местного) диаметра последней;
гибочные: используются в тех случаях, когда поковка характеризуется осью изогнутого вида, из такого ручья поковка поступает в следующую зону обработки с 90-градусным поворотом.

Непосредственно же к штамповочным относят следующие типы ручьев:

Предварительный (у профессионалов он именуется черновым). Ручей необходим для того, чтобы поковки и заготовки сложной формы были максимально идентичны друг другу. Он описывается меньшими поперечными параметрами, немного большей глубиной, увеличенными уклонами и радиусами скругления по сравнению с чистовым ручьем. Предварительного ручья может и не быть.
Чистовой. Он дает возможность получить готовую горячую поковку, которая по своим размерам крупнее на показатель усадки холодной поковки. В чистовом ручье в процессе ГОШ отмечаются максимальные усилия, поэтому он находится в центре штампа.

Схемы штамповки – как все происходит?

Тип штампа устанавливает процесс течения металла. По типу и принято классифицировать схемы штамповки. Их всего две:

В закрытых штампах. При деформировании полость штампа находится в закрытом состоянии. Зазор между неподвижной и подвижной зонами штампа характеризуется минимальными размерами, которые остаются в процессе ГОШ неизменными. Вариант устройства закрытого штампа определяется видом штамповочной установки. Чаще всего верхняя часть штампа имеет выступ, а нижняя – полость (штамповка на прессах). Другой вариант (штамповка на молотах) – выступ в нижней части, полость в верхней. При использовании таких штампов очень важно следить за идентичностью объемов поковки и заготовки. Если не соблюдать данного требования, углы полости не будут заполняться металлом (при его недостатке), или же высота поковки получится больше запланированной при избытке металла. Отметим, что штамп закрытого вида может иметь две плоскости разъема, которые перпендикулярны друг другу. Кроме того, заготовки нужно отрезать очень точно, чтобы штамповка проходила по оптимальной схеме.
В открытых штампах. Они имеют переменный зазор, в который вытекает облой (некоторый объем металла). Он позволяет заполнить полость полностью остальным металлом, так как перекрывает выход из полости. Также в облой попадают излишки металла на конечной стадии процесса деформирования (это снижает запросы к точности заготовок по весу). Штамповка в открытых штампах выполняется в четыре стадии: осадка заготовки, соединение стенок штампа с заготовкой, вытекание "лишнего" металла в канавку при его обжатии и удаление из полости избыточного металла. Достоинством открытых штампов можно считать то, что в них производят любые виды поковок.

Закрытые штампы тоже имеют свои преимущества:

структура поковок является более благоприятной (волокна не перерезаются в облой в точке вытекания металла, а обтекают поковочный контур), благодаря чему достигается уникальная точность поверхности деталей, для которых впоследствии не применяются никакие виды шлифования;
так как облоя при такой схеме нет, расход металла значительно снижается;
есть возможность получать сплавы с малым показателем пластичности и с более высоким уровнем деформации, которая выполняется при высоких напряжениях неравномерного всестороннего сжатия.