Что такое горячая объемная штамповка металла при изготовлении метизов

Горячая объемная штамповка - метод обработки различных металлов, который выполняется под высоким давлением и заключается в пластической деформации предварительно нагретых заготовок. Процесс осуществляется с помощью штампов и позволяет получать детали нужной конфигурации и размеров. Сырьем могут служить разные марки стали, латунь и алюминий. Нагрев происходит до температур, при которых возможна ковка.

Сфера применения, преимущества и недостатки

Горячая штамповка экономически выгодна при изготовлении мелкими и крупными сериями, массовом выпуске. Она применяется для производства изделий для различных отраслей промышленности, включая обшивки для космических аппаратов и военных кораблей. Возможно изготовление фланцев, крышек, шестерен и других круглых или квадратных деталей, а также поковок удлиненной формы – шатунов, валов и рычагов.

Технология позволяет получать детали с конфигурацией любой сложности, которую нельзя придать с помощью свободной ковки. Другие преимущества такого метода обработки металлов:

• Высокая производительность. Показатели в сотни раз превышают возможности производства путем ковки, а штампы предусматривают многоразовое использование.
• Уменьшение отходов. Полученные путем горячей штамповки объемные детали нуждаются в минимальной доработке, поскольку почти все поверхности имеют нужную степень шероховатости. В результате существенно снижаются отходы.

Основные ограничения технологии – максимально допустимый вес, который не может превышать 3,5 т, и необходимость оборудования повышенной мощности. Формование выполняют дорогостоящими штампами, изготовленными из качественной инструментальной стали для поковок определенных размеров и конфигурации. На стенки форм воздействует давление, что способствует снижению износостойкости.

По сравнению с холодной высадкой или обработкой ковкой при выпуске объемных деталей путем горячей штамповки происходит не постепенная, а мгновенная деформация. Технология менее трудоемкая, а затраты на оснащение компенсируются уменьшением себестоимости при массовом выпуске продукции.

Особенности технологии

Материалом для выпуска продукции с помощью горячей объемной штамповки служит сортовой металлопрокат, который может прямоугольный, периодический, круглый или квадратный профиль. Также применяют горячекатаный листовой прокат и прессованные прутки. Чаще их разрезают на мерные части перед обработкой, но возможно и отделение поковок на штамповочной машине.

Сущность метода заключается в преобразовании заготовок с помощью штампа, который представляет собой толстостенную массивную деталь с формообразующей внутренней замкнутой полостью. Перед началом обработки весь объем деформируемого металла нагревают до определенных показателей температуры. Затем выполняется штампование, которое может производиться за один или несколько переходов. Нагрев должен обеспечить снятие упрочнения.

Образование определенной формы происходит при каждом переходе и осуществляется с помощью внутренних полостей, которые называются ручьем (гравюрой). Их заполняют в принудительном порядке металлом и перераспределяют материал для получения деталей заданной конфигурации. Чтобы ограничить перемещение нагретого материала, предусмотрены внутренние выступы и углубления.

Штамповочные работы выполняются согласно проекту, разработкой которого занимаются инженеры- проектировщики и операторы. Процесс предусматривает:

• Выбор технологии для горячей объемной штамповки.
• Разработку чертежей для производства изделий заданной конфигурации с максимальными подробностями.
• Определение количества переходов и подготовку отдельных чертежей для каждого этапа формообразования;
• Подбор необходимого оборудования и производство штампов в соответствии с его мощностью.
• Определение наиболее эффективных методов нагревания металлов и сплавов и температурный режим.
• Составляют перечень финишных операций с поковкой, который зависит от требований к качеству готовой продукции.

В завершение проводят расчеты основных технических параметров, которые необходимы для получения деталей с заданными характеристиками. Также определяют экономическую эффективность проводимых работ.

При подготовке к горячему объемному штампованию важно обеспечить минимальное образование окалины. Поэтому требуется особенно тщательно подбирать оборудование для нагрева заготовок.

Виды и характеристики штампования

Особенности течения нагретого металла зависят от формы и вида штампа. Для производства деталей применяют следующие схемы штампования:

• Открытую. Для нее характерно наличие зазора в виде дополнительной полости, который меняет величину в соответствии с весом поковки и требуется для удаления излишков металла. Они перетекают во время горячей объемной штамповки после заполнения формующих полостей. В результате образуется заусенец, который обрезают при следующей обработке.
• Закрытую. Зазор между элементами матрицы имеет постоянные размеры, минимален и не допускает появления излишков материала (облоя). Устройство матриц для формования при штамповке зависит от оборудования. При работе на молотах полость имеется в верхней половине, а выступ – в нижней. У штампов на прессах противоположное расположение частей.

Открытая штамповка позволяет получать любые типы поковок и не отличается строгими требованиями к контролю массы. По сравнению с ней при формовании по закрытой схеме нужно соблюдать идентичность заготовки и полученного изделия по объему. Излишки металла приводят к увеличению высоты поковки, а недостаток – к нарушениям геометрии уменьшению размеров. Поэтому отрез заготовок для закрытого горячего штампования должен осуществляться с высокой точностью.

Основные преимущества такого способа заключаются в отсутствии заусениц и максимальное использование материала без отходов. Закрытые штампы применяют при изготовлении объемных деталей из металлов с малой пластичностью.

ГОСТы используемые при горячей объемной штамповке

Применяемое оборудование

Характеристики, припуски и допуски готовых штампованных поковок из стали регламентирует ГОСТ 7505-89. При выполнении чертежей руководствуются положениями ГОСТ 2.424-80. Приняты стандарты и для оснастки разных видов оборудования. Для проведения горячей объемной штамповки применяют:

• Молоты. Сущность работы заключается в ударном воздействии для деформации заготовок. Они относятся к сравнительно недорогому оборудованию, и представлены паровоздушными и приводными фрикционными моделями. Предусматривают возможность регулировки величины удара и хода подвижных частей. Во время работы молотов обеспечивается самопроизвольное удаление окалины.
• Горизонтально-ковочные машины. Конструктивно имеют три формообразующих элемента – пуансон, подвижную и неподвижную матрицу. Предварительно нагревают участок заготовки из металла или сплава. Затем с помощью рабочих форм он заполняет внутреннюю полость. Машины позволяют штамповать стержни и различные трубчатые детали и стержни с отверстиями, имеют минимальные напуски.

Более производительными и универсальными являются прессы, которые могут быть кривошипными и гидравлическими. Они могут развивать значительные усилия и обеспечивают высокую точность. Такой эффект при выполнении горячей объемной штамповки достигается за счет минимальных отклонений от заданных размеров и показателей шероховатости. Уменьшаются припуски на механическую обработку и штамповочные уклоны.

Гидравлические прессы применяют для изготовления кронштейнов, различных рычагов, днищ полусферической формы и коленчатых валов. Возможно производство крупногабаритных рам и панелей для самолетостроения. Они помогают увеличить производительность и сократить себестоимость. Из недостатков применения прессов можно выделить более длительный контакт металла с формообразующим инструментом, что приводит к охлаждению поверхности заготовки и ухудшению заполнения полостей.

При выборе оборудования и технологии штампования учитывают характеристики, условия эксплуатации и конструктивные особенности готовых изделий.