15.4. Технология штамповки

Штамповка металла бывает объёмная и листовая.

Объёмная штамповка – это такой способ обработки давлением, при котором металл заготовки принудительно перераспределяется в полости инструмента, называемого штампом (рис.50,д). Форма и размеры ручья (полости) штампа полностью соответствуют конфигурации изготовляемой поковки. Каждый штамп предназначен для получения поковок определённой конфигурации, размера и массы.

Объёмная штамповка бывает горячая и холодная. Холодной штамповкой изготовляют сравнительно небольшие поковки, горячей – более крупные.

Горячая объёмная штамповка во много раз производительнее свободной ковки, а получаемые поковки отличаются более высокой точностью размеров, хорошим качеством поверхности, минимальными припусками, что снижает трудоёмкость обработки в механических цехах. К недостаткам этого способа штамповки следует отнести сравнительно высокую стоимость штампов и относительно небольшую массу получаемых поковок (обычно не более 200…300 кг). Поэтому экономически целесообразно применять её для изготовления сложных по форме заготовок ответственных деталей машин в условиях серийного и массового производства, когда сравнительно быстро окупаются затраты на изготовление штампов.

Основными технологическими операциями горячей объёмной штамповки являются разделка проката на мерные заготовки, нагревание заготовки, штамповка, термическая обработка поковок, обрубка и отделка. В качестве основного технологического оборудования применяются различные молоты и ковочные машины.

Существуют два основных способа объёмной штамповки – штамповка в открытых штампах и штамповка в закрытых штампах.

В первом случае предусматривается выход части металла заготовки в облойную канавку, расположенную по периметру ручья штампа (рис.55). Отход металла в облой значителен и составляет в среднем 10…20% от массы поковки. Однако наличие облоя упрощает процесс штамповки и гарантирует заполнение полости штампа. Этот способ является наиболее распространенным и применяется для изготовления поковок как простой, так и сложной формы. К таким поковкам можно отнести, например, заготовки для шатунов, шестерен, коленчатых валов, крестовин, различных рычагов и др. Облой с поковок обрезается затем при помощи специальных штампов.

Полость закрытого штампа (рис.56) не имеет выхода для избытка металла. Вследствие этого безоблойная штамповка снижает расход металла и обеспечивает экономию трудозатрат, связанных с обрезкой облоя. Однако закрытые штампы, особенно для деталей сложной формы, конструктивно сложны и сравнительно быстро изнашиваются. Кроме того, требуется безокислительный нагрев заготовок, закладываемых в полость штампа, а также точная дозировка металла по массе или по объему.

В штампе может быть один или несколько ручьев.

Штампы с одной полостью (одноручьевые) применяют для изготовления поковок сравнительно простой формы. Поковки более сложной формы с резкими изменениями сечений получают в многоручьевых штампах (рис.57,а). В таких штампах форму заготовки постепенно приближают к форме поковки (рис.57,б), перекладывая заготовку последовательно из одного ручья штампа в другой.

Для получения требуемых механических свойств и облегчения обработки в механических цехах поковки достаточно часто подвергают отжигу или нормализации. Кроме того, полученные поковки очищают от окалины, что облегчает контроль поверхности и уменьшает износ металлорежущего инструмента.

Одним из разновидностей объемной штамповки является способ холодной высадки. Этот способ широко распространен на машиностроительных предприятиях для изготовления крепежных деталей (болтов, винтов, гаек), заклепок, шариков и роликов для подшипников качения и др. В качестве основного оборудования применяются одно-, двух-, и трехударные холодновысадочные автоматы, а высадка осуществляется в один или несколько переходов. Заготовкой служит калиброванная проволока или калиброванные прутки диаметром от 0.6 до 25 мм. Производительность автоматов зависит от размера изделий. Для самых мелких она составляет от 400 до 500 штук в минуту. Трудоемкость изготовления этим способом, например, болтов в 200…400 раз меньше, чем на токарно-револьверных станках.

Листовая штамповка (рис.50,е) относится к числу наиболее прогрессивных способов изготовления тонкостенных деталей сложной формы. Полученные при этом изделия отличаются стабильностью качества и точностью, не зависящими, как правило, от квалификации рабочего. Кроме того, процессы листовой штамповки характеризуются высоким коэффициентом использования металла и возможностью применения простых и надежных методов механизации и автоматизации процесса.

Основные технологические операции листовой штамповки подразделяют на разделительные и формообразующие. К разделительным операциям относятся отрезание, вырубка, пробивка, обрезка; к формообразующим – гибка, вытяжка, отбортовка, обжим, формовка. Некоторые из этих операций показаны на рис.58.

Исходным материалом для листовой штамповки служат листы, полосы и ленты из низкоуглеродистой стали, а также из цветных металлов и сплавов. Для резки листового металла на мерные куски, закладываемые в штампы, используются ножницы или прессы различных типов. С целью экономии металла перед вырубкой составляется карта раскроя листа, на которой указывается наиболее рациональное расположение деталей.

Листовой холодной штамповкой изготовляют детали как достаточно крупных, так и мелких размеров. В частности, этот способ применяют для изготовления деталей обшивки автомобилей, автобусов, тракторов, самолетов, вагонов, а также деталей приборов, часовых механизмов, металлической посуды и др.

В настоящее время имеет место тенденция изготовления гнутых профилей из тонколистовой стали на специальных листогибочных прессах. Применение гнутых профилей взамен прокатных позволяет во многих случаях значительно экономить металл и снижать массу конструкции, так как гнутые профили тоньше и легче прокатных. Путем комбинирования таких профилей можно получать более сложные профили достаточно большой жесткости.

Одним из основных технико-экономических показателей штамповки является стойкость штампа, оцениваемая количеством деталей, которое можно получить в штампе до выхода его из строя. Штампы обычно изготовляют из инструментальных легированных сталей марок Х12, 7Х3, 6ХВГ, 5ХНМ и др. Для повышения стойкости рабочую часть штампа упрочняют различными способами диффузионной обработки (см. раздел 9), лазерной закалкой, плазменным напылением и др.

Например, методом боросилицирования (диффузионное насыщение бором и кремнием) достигается поверхностное упрочнение на глубину до 0,1 мм, вследствие чего стойкость штампов повышается примерно в 2,5 раза по сравнению с обычным режимом упрочнения термообработкой.

Акулич Н.В. Процессы производства черных и цветных металлов и их сплавов, Гомель 2008