Штамповка колпачков из металла

Обновлено: 17.05.2024

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (iu902977 (SI ). Дополнительное к авт. саид-ау(22) Заявлено 270680 (21) 2947117/25-27 (5I)M. Кд.

В 21 К 23/04 с присоединением заявки М(23) ПриоритетГооударстеаипый квинтет

СССР по делам зооретений и открытий

Дата опубликования описания 070282 . (53) УДК 621 735 (088.8) (72) Авторы изобретения

М.А. Гершкович и В.K. Лобанов (7I) Заявитель

/ (4) СПОСОБ ОБЪЕМНОЙ ШТАМПОВКИ ПОКОВОК

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, в частности к способам горячей объемной штамповки, используемой преимущественно для изготовления крышек подшипников тепловозных дизелей, применяемой в кузнечно-штамповочном производстве.

В номенклатуре поковок, изготовляемых на машиностроительных предприятиях наиболее трудоемким являются

IO слоистые поковки типа крышек подшипников тепловозных дизелей.

Известен способ штамповки плоских поковок с ребрами типа крышек Ill, 3S при использовании которого поковки штампуют на прессах или молотах из прессованных заготовок, либо полученных свободной ковкой. В результате использования нескольких нагревов металла, образовании,обсечек процесс характеризуется повышенным расходом энергоносителей (электроэнергии или газа для нагрева заготовок и пара для работы молота) и недостаточной производительностью труда.

Наиболее близким к предложенному является известный способ горячей объемной штамповки поковок типа крышек, при котором путем применения ручья для перераспределения металла и гибочного ручья получают поковки с изогнутым стержнем и небольшими головками )2) .

Недостатком известного способа штамповки применительно к изготовлению поковок крышек подшипников т@пловозйых дизелей является образование большого количества зажимов металла при, штамповке на окончательном переходе изогнутой заготовки.

Для устранения зажимов металла применяют расплющивание изогнутой заготовки, однако в.этом случае ручьи не размещаются на одном штамповом блоке и возникает необходимость вести процесс штамповки на спаренных молотах или за два нагрева. В этом случае

3 90297 снижается производительность штамповки, имеет место. повышенный брак поковок по незаполнению внутренних углов крышки, а также заштамповка окалины в тело поковки при производ5 стве поковок за два нагрева.

Целью данного изобретения является разработка способа штамповки поковок типа крышек подшипников тепловозных дизелей, позволяющего получать качественные поковки за один нагрев, что сокращает потери металла в окалину, повышает производительность труда и снижает энергетические затраты на осуществление процесса.

Эта цель достигается благодаря тому, что в известном способе, включающем расплавливание исходной цилиндрической заготовки, гибку. и окончательную штамповку, заготовку расплющивают по высоте до О,о5-0,9 от толщины поковки, устанавливают ее на

"ребро", осуцествляют гибку, затем осаживают в торец на 15-20 и перед окончательной штамповкой заготовку кантуют на 90 вдоль продольной оси, 25

На фиг. 1 схематически изображена исходная (тонкой линией) и расплющенная заготовки; на фиг. 2 - заготовка после гибки на "ребро" (тонкой линией) и изогнутая заготовка после осадки в торец, на фиг. 3 и 4 - окончательная поковка.

На фигурах обозначены:

d и 1 - соответственно диаметр и длина исходной заготовки; 55

h - высота расплющенной заго" товки;

В - ширина поковки крышки и высота осаженной заготовки;

Н - толщина окончательной поковки;

Г - контур изогнутой заготовки;

О - форма заготовки после осад-. ки в торец; 45

К - выштамповка для установки шпильки крепления крышки на двигателе;

М Опорная часть для шпильки.

Приведенные количественные интер- 50 валы соотношений размеров заготовки после расплющивания и степень осадки в торец изогнутой пластины обусловле" ны следующими данными, полученными в процессе проведения опытной штампов-55 ки, При расплющивании исходной заготовки на пластину высотой менее 0,85

7 4 (например, 0,8) толщины поковки на окончательном Uòàìïoâî÷íîì переходе имеет место неэаполнение внутренних углов поковки, а также выштамповки для установки шпильки К. Расплюцивание заготовки на величину более 0,9 толщины поковки сопровождается образованием зажимов металла при штамповке на окончательном переходе.

Степень осадки изогнутой пластины в пределах 15-203 также связана с качеством штампуемых поковок, При осадке изогнутой пластины до

154 на окончательном переходе штамповки происходит незаполнение опорной части для шпильки М и имеет место большой брак поковки по этому дефекту. Осадка изогнутой пластины со степенью деформации более 20 вызывает незаполнение углов поковки крышки в процессе окончательной штамповки.

Исходя из изложенного, приведенные количественные интервалы соотношений параметров обработки заготовки перед окончательной штамповкой, являются оптимальными с точки зрения постав ленной цели, так как обеспечивают получение поковки крышки подшипника тепловозного дизеля за один нагрев с минимальным расходом металла, наименьшими трудозатратами и энергоемкостью..

Данный способ штамповки реализуется следующим образом.

Исходная заготовка (см. фиг. 1), отрезания на пресс-ножницах, например, из стали 38ХС нагревается до ковочной температуры 1240 С и передается на паровоздушный штамповочный молот с массой подаюцих частей 5,5 т.На молотовом штампе заготовку расплюцивают. на пластину высотой 0,85-0,9 толщины поковки за два удара молота, Расплющенную заготовку кантуют на 90 и устанавливает на "ребро" в гибочный ручей. За три удара молота произво" дится гибка полученной пластины и осадка изогнутой заготовки в торец на 15-20/„ в результате заготовка преобретает форму, представленную на фиг. 2.

Полученную заготовку поворачивают на 90 вдоль продольной оси и укладывают в штамповочный ручей. Окончательная штамповка выполняется за . шесть последовательных ударов моло" та; Хорошее приближение формы и размеров заготовки к соответствующим параметрам окончательной поковки

5 обеспечивает быстрое заполнение гравюры штампа без образования зажимов металла и других дефектов. Обрезка облоя производится на обрезном прессе в простом штампе. 5

8 результате применения данного изобретения оказывается возможным штамповать поковки крышек подшипников тепловозных дизелей за один нагрев без применения свободной ковки.в

Способ объемной штамповки опробован в условиях предприятия при штамповке поковки крышки подшипника тепловоэного дизеля Д 100. Предварительные результаты показывают, что применение пред- 15 лагаемого способа штамповки на 304 снижает трудоемкость изготовления поковок, в 2 раза сокращается расход топлива на нагрев метайла и пара для работы оборудования, устраняется брак 2о поковок по незаполнению и заштамповке окалины.

Способ штамповки покзвок типа крышек подшипников тепловоэных дизелей может найти широкое применение при 25 производстве сложных поковок с изогнутой осью в транспортном машиностроении и других отраслях народного хозяйства.

Способ объемной штамповки поковок типа крышек, например, подшипников тепловозных дизелей, включающий расплющивание исходной цилиндрической заготовки,гибку и окончательную штамповку, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности труда, экономии металла, снижения энергетических затрат и повышения качества поковок.,заготовку расплющивают по высоте до 0,85-0,9 от толщины поковки установливают ее на "ребро", осуще-.ствляют гибку, а затем осаживают в в торец на 15-20по и перед окончательной штамповкой заготовку кантуют на

90 вдоль продольной оси.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

I ° Справочник "Ковка и штамповка цветных металлов", Машиностроение, 1972, с. 177.

2. Справочник "Ковка и объемная штамповка стали", под ред. Стороже". ва М.B., Машиностроение, 1967, том.1, с. 336 (прототип).

Листовая штамповка

Люди издревле делали из металла тонкостенные изделия, сосуды и украшения. Они изготавливались из листа металла методом чеканки-придания формы холодному или разогретому листу пластичного металла путем обстукивания его молотком вокруг деревянной модели будущего изделия. Швы запаивались или чеканились. Такой обработке подвергалась чаще всего медь, реже серебро или золото. Полученные таким образом изделия ценились чрезвычайно высоко, поскольку все операции были ручными и на изготовление одного кувшина у мастера уходил не один день.

Пытливый человеческий ум искал пути ускорить и удешевить производство до середины 19 века, когда появился такой мощный источник энергии, как пар. С тех пор технология производства тонкостенных изделий из металлического листа путем деформации его под давлением, или листовая штамповка, существенно усовершенствовалась. Сегодня этим методом производят миллиарды различных деталей — от частей телефонов до корпусов автомобилей.

Холодная листовая штамповка — гарантия получения высокоточных деталей

Листовая штамповка из листа при комнатной температуре называется холодной штамповкой. Ее применяют при малых толщинах листа и в случае пластичных сплавов. Если же штампуют из толстого листа (от 5 мм) или из сплавов с малой текучестью, то для повышения пластичности лист заготовки нагревают.

Листовая штамповка гарантирует получение большого количества абсолютно идентичных по форме и размерам деталей с высокой точностью.

Холодная объемная штамповка позволяет получать высокоточные тонкостенные детали практически любой формы при себестоимости существенно ниже, чем в случае использования литья или механической обработке. Намного выше получается и коэффициент использования металла. Кроме того, холодная объемная штамповка гарантирует не только прочность, но и однородность свойств материала детали, что особенно важно в ответственных конструкциях.

Как объемная, так и листовая штамповка экономически эффективна в рамках больших серий. Это объясняется большими затратами на подготовку производства.

Характеристика листовой штамповки

холодная листовая штамповка является на сегодня одной из самых широко распространённых технологий обработки металлов, пластмасс и некоторых других материалов. Диапазон применения технологии — от крупных конструкций в судостроении до тонкостенных деталей бытовой техники

Технология характеризуется следующими неоспоримыми преимуществами:

Исключительные возможности для механизации и автоматизации производственных процессов.
Снижение себестоимости изготовления массовых изделий.
Высокий коэффициент использования листового металла.
Возможность точного изготовления тонкостенных, но прочных изделий практически любой формы.
Минимальная потребность в последующей механической обработке.

Однако, кроме явных достоинств, холодная листовая штамповка металла обладает и недостатками. Это, прежде всего:

Высокая трудоемкость проектирования технологического процесса.
Высокая стоимость подготовки производства изготовление пресс-форм.
Высокая квалификация отладчиков прессового оборудования.

Штамповка листового металла

Следует отметить, что при больших сериях выпускаемых изделий эти недостатки нивелируются за счет известного из экономики эффекта масштаба, и себестоимость производимой продукции оказывается ниже, чем при альтернативных способах обработки металлов.

Виды оборудования для листовой штамповки

Для различных видов операций листовой штамповки применяется широкий спектр оборудования.

Так, для операций резки используют вибрационные, или гильотинные ножницы.

Для выполнения формообразующих операций применяют основное штамповочное оборудование — станок для листовой штамповки или пресс. По типу они различаются на:

Кривошипно-шатунные.
Гидравлические.
Радиально-ковочные.
электромагнитные.

Самым простым в устройстве и обслуживании является пресс с кривошипно-шатунным приводом. Он пригоден для выполнения несложной листовой штамповки — тонкостенных деталей малого и среднего размера простой формы.

Пресс с кривошипно-шатунным приводом

Гидравлические прессы позволяют развивать намного большее усилие (до 2 тысяч тонн) и точнее регулировать ход пресса. Этот тип оборудования применяют для операций гибки или объемной штамповки из листа большой толщины.

Радиально-ковочные комплексы используют для листовой штамповки деталей, имеющих форму тела вращения.

Электромагнитные прессы — достаточно новый тип оборудования. Давления на заготовку производится за счет массы электромагнитного сердечника, направляемого к пуансону электромагнитным импульсом. Импульс противоположной полярности возвращает сердечник в исходное положение. Такой привод намного проще в изготовлении и обслуживании, чем гидравлический, но пока не достигает его мощности.

Принцип работы

Физический принцип работы штамповочного оборудования — это пластическая деформация листовой заготовки под давлением. Форма будущей детали задается двумя деталями — матрицей и пуансоном, которые прижимают к листовой заготовке с двух сторон под большим давлением. Там где у матрицы находится выпуклость — у пуансона расположена соответствующая ей по форме и размерам впадина. Деформируясь, листовая заготовка повторяет форму матрицы и пуансона.

Вместе с этим может происходить просечка отверстий, вырубка отдельных деталей из материала листа. При проектировании технологического процесса холодной штамповки деталей из листового металла конструктор оснастки и технолог комбинируют и по возможности совмещает формоизменяющие разделительные операции, чтобы обойтись минимальным числом рабочих проходив штампа и снизить, таким образом, себестоимость изготовления изделия.

В случае тонких листов осуществляется холодная листовая штамповка. При работе с толстыми листами или с мало пластичными сплавами заготовку предварительно нагревают, чтобы повысить ее пластичность.

Какие операции подразумевает холодная штамповка

Все рабочие операции холодной листовой штамповки делятся на две большие группы: разделительные и формоизменяющие.

Разделительные операции листовой штамповки

К разделительным операциям листовой штамповки относятся операции, связанные с нарушением целостности материала листа. Наиболее употребительные из них-

Резка-отделение части заготовки по прямой или искривленной линии. Применяется как для получения готовых изделий, так и для разделения листа на заготовки нужного размера с целью дальнейшей обработки.
Вырубка-отделение части заготовки по замкнутому контуру. Внутри контура также может быть вырублена часть металла.
Пробивка — получение в заготовке отверстий круглой или произвольной формы.

Формоизменяющие операции листовой штамповки

К формоизменяющим операциям листовой штамповки относятся операции, изменяющие пространственную форму листа без нарушения его целостности, такие, как:

Гибка — придание плоской заготовке изогнутой вдоль продольной оси формы. Различают V образную, U- образную и более сложные формы гибки.
Вытяжка-преобразование плоской заготовки в полую пространственную форму. При вытяжке может меняться толщина заготовки.
Отбортовка-создание бортиков по наружному или внутреннему контуру изделия.
Обжим-обжатие материала заготовки в конической матрице с целью уменьшения размеров концевой части детали.
Формовка-Изменение формы части детали с сохранением линии наружного контура.

При проектировании технологии листовой штамповки технолог комбинирует операции из обеих групп.

Технология процесса

Процесс холодной листовой штамповки начинается с совместной работы технолога и конструктора оснастки. Они рассматривают все изменения, которые должны произойти с плоской заготовкой на ее пути к готовому изделию, планируют и группируют разделительные и формообразующие операции. После такой группировки определяются операции, выполняемые при каждом проходе пресса (если деталь не удается отштамповать за один проход). Под этот конкретный перечень операций проектируется пара матрица — пуансон.

Матрицы и пуансоны, как правило, изготовляют методом фрезерования на многокоординатных обрабатывающих центрах. От точности изготовления напрямую зависит точность соблюдения размеров штамповки и конечное качество изделия. В качестве материалов используют высоколегированную сталь — пресс- форма должна выдержать сотни, а то и миллионы циклов штамповки и при этом не измениться в размерах. Часто пресс-формы делают состоящими из нескольких частей, которые потом надежно соединяют.

Иногда в пресс-форму устанавливают вставку из более прочного материала, например, в той части, где будет осуществляться вырубка или вытяжка и которая будет подвержена существенно большим напряжениям, чем остальная часть пресс-формы.

Исключительно важный этап технологии — это наладка прессов для листовой штамповки. Каждый рабочий проход пресса нуждается в строгом соблюдении предписанного технологией усилия, чтобы, с одной стороны, точно отформовать заготовку, а , с другой стороны ,не повредить ее.

Прогрессивные способы штамповки листового металла

Штамповка резиной. Используется для заготовок малой толщины и высокой пластичности. Роль матрицы или пуансона выполняет твердая резина. Упрощается изготовление пуансона, подходит для малых серий штамповки.

Схемы листовой штамповки эластичными средами

Штамповка жидкостью. Роль пуансона играет жидкость, подаваемая под давлением. Она прижимает заготовку к матрице и заставляет лист в точности повторять ее форму. Метод используют для вытяжки изделий сложной пространственной формы.

Штамповка взрывом. В защищенной камере производят подрыв небольшого заряда взрывчатых веществ. Возникающее в результате высокое давление вдавливает заготовку в матрицу. Метод используют для деталей больших размеров и замысловатой конфигурации, которые затруднительно изготовить по-другому. Достигается существенная экономия в стоимости оснастки.

Электрогидравлическая штамповка листового метал

Электрогидравлическая штамповка. Роль механического давления выполняет ударная волна в жидкости, которая вызывается разрядом высокого напряжения. Метод отличается высокой точностью и экономичностью.

Схема магнитно-импульсной штамповки листового металла

Магнитно-импульсная штамповка. Магнитные импульсы высокой интенсивности формируют высокоэнергетическое магнитное поле, воздействующее на заготовку, вызывающее в ней вихревые токи и вынуждающее ее принимать заданную форму. Таким способом проводят обжатие труб, формовку сложных рельефов.

Жидкая штамповка

В отличие от предыдущих способов, относящихся к холодной объемной штамповке, данный метод является комбинацией двух технологий: штамповки и литья. Вначале в матрицу заливают необходимый объем расплавленного металла, после чего в нее опускают пуансон.

Происходит выдавливание жидкого металла в зазор между матрицей и пуансоном, который и представляет собой форму будущего изделия. Способ используют при изготовлении больших тонкостенных деталей корпусов из легкоплавкого и пластичного сплава.

Штамповка деталей из листового металла

Одна из самых распространенных технологий обработки металла – это штамповка. С ее помощью производят детали для всех отраслей народного хозяйства. Использование штамповки позволяет получать из плоского листа детали разных размеров и формы.

Технология штамповки деталей из металлических листов и ее виды

Обработка деталей из листового металла – это процесс получения деталей необходимой формы и определенного размера. Работа по формированию деталей происходит на специальном оборудовании с применением инструмента под названием штамп.

Говоря о деталях, произведенных из листового металла, надо понимать, что на заготовку оказывается серьезное давление. Технологию штамповки начали применять еще в древние времена. Таким образом, производили орудия для обработки земли, посуду, украшения.

Штамповка деталей из металлических листов

В наши дни эта технология широко применяется при производстве деталей из листового металла, обладающих разными размерами и формой. Такой вид обработки широко применяется в автомобиле строении при производстве кузовных деталей.

Холодная и горячая листовая штамповка

Получение деталей из листового металла может быть выполнено в холодном или горячем виде.

Холодная штамповка

Применение холодной обработки давлением считают наиболее эффективным способом обработки листового металла. Применение такого способа выполняют в тех случаях, когда нет необходимости в дальнейшей механической обработке, например, резанием. Такой метод получения деталей применяют чаще всего при изготовлении автомобильных деталей, элементов конструкции авиационной техники и ряда других.

Использование метода холодной обработки металла давлением позволяет осуществить существенную экономию листового металла, разумеется, при грамотном раскрое листа и правильно изготовленной штамповой оснастки. Наибольшую эффективность штамповка показывает в крупносерийном и массовом производстве.

Такой способ показывает наибольшую эффективность при работе с такими сталями, как углеродистые и легированные. Кроме того, штамповкой получают детали из многих цветных металлов, например, медных или алюминиевых сплавов.

Холодная штамповка листового металла

Кроме листовых металлов, метод листовой штамповки допустимо использовать и при получении деталей из резины, картона и многих полимеров.

Кстати, такая обработка металла улучшает его прочностные параметры.

Горячая штамповка

Этот метод обработки листового металла применяют при производстве деталей котельных установок и некоторых деталей, используемых в корабельном деле. Для таких деталей применяют стальные листы толщиной в 3 – 4 мм.

Технологические операции применяемые в горячей штамповке во многом схожи с теми, которые применяют в холодной обработке листового металла. Инженеры, разрабатывающие технологии обработки листового металла должны учитывать то, что детали должны быть разогреты до определенной температуры. Соответственно должны быть учтены такие явления как утяжка листового металла, при выполнении отверстий, гибке и ряда других. Кроме того, при остывании деталей необходимо помнить и о возникающем короблении.

Горячая штамповка листового металла

Все это приводит к тому, что изменяются размеры допусков, на размеры получаемых из металла деталей.

Перед обработкой на прессовом оборудовании заготовки из металла проходят нагрев в печах различного типа, например, электрических или газопламенных.

Резка

Операция, в ходе которой происходит отделение части листового металла, от тела будущей детали называют резкой. Эту операцию применяют для изготовления и готовых деталей, и при выполнении раскроя листового металла на полосы заданных размеров. При выполнении этой операции необходимо обеспечить максимальное количество готовых деталей, таким образом, количество отходов будет минимизировано.

Газокислородная резка металла

Эффективность раскроя определяет коэффициент использования листа. Его рассчитывают как отношение площади полученных деталей к площади целого листа.

Для этой операции применяют разное оборудование, в том числе вибрационные, дисковые, гильотинные и другие виды прессового оборудования.

Вырубка

Так называют технологическую операцию по получении заготовки с замкнутым контуром.

Вырубка листового металла

Вытяжка

Операция в результате которой заготовку выполненную в плоском виде трансформируют в пространственную. Вытяжку используют при изготовлении деталей разной формы и цилиндрические, и конусные, и коробчатые.

Ротационная вытяжка металла

Для вытяжки применяют штамповую оснастку, которая состоит из пуансона, который втягивает листовой металл в отверстие расположенное в матрице.

Гибка

Эта операция позволяет получать из листовой заготовки детали с требуемой формой изгиба.

Пробивка

Эту операцию применяют при необходимости получения отверстий определенной формы.

Координатная пробивка и ее недостатки

Рельефная формовка

Так называют операцию, которая позволяет изменять форму в каком-то определенном месте, но при этом сохраняется внешний контур детали.

Рельефная формовка листового металла

Как пример можно привести производство ребер жесткости.

Оборудование и инструменты

Оборудование, которое необходимо для выполнения штамповки включает в свой состав – прессы, а в качестве рабочего инструмента применяют штампы.

Как правило, в цехах, где выполняют штамповку применяют пресса двух типов – механические и гидравлические. В станках первого типа, для выполнения операции используют энергию падающего шатуна, в оборудовании второго типа, для обеспечения необходимой нагрузки используют гидравлическую машину, которая создает усилие на штамповочном узле.

К механическим станкам относят и такие как кривошипно-шатунные, винтовые, гильотинные, комбинированные и некоторые другие.

Усилие, которое будет направлено на формование детали, в зависимости от модели пресса может составлять несколько килограмм (настольные прессы, пневматического действия), а может несколько сотен тонн, например, пресс марки КА9536. Его усилие составляет 400 тонн, дина хода шатуна составляет 250 мм, а максимальный размер штамповой оснастки составляет 1000 на 1000 мм в плане.

На территории нашей страны действует ГОСТ 6809-87. Он определяет технические параметры для прессового оборудования, применяемого в горячей штамповке.

Станок для штамповки листового металла должен быть установлен на отдельный фундамент, который не связан с основным фундаментом здания, в котором размещаю штамповочный цех.

Прессовое оборудование может быть использовано в производствах по крупносерийному или массовому изготовлению деталей.

Прессы, практически всех типов имеют два режима работы, ручной и автоматический. Последний, позволяет встраивать их в линии по производству сложных деталей.

Например, при изготовлении кузовных автомобильных деталей, в одной линии размещено несколько прессов. На каждом из них установлены индивидуальные штампы, последовательное использование которых позволяет получать из листа готовую деталь, например, крышку багажного отделения или дверь.

Точность обработки на таком оборудовании позволяет запускать полученные детали в дальнейшее производство без использования промежуточных операций, связанных с механической обработкой.

Принцип работы и устройство прессов различных типов

Прессовое оборудование механического типа может использовать в своей работе энергию сжатого воздуха. Для этого в штамповочных цехах применяют линии подачи сжатого воздуха. Рабочее давление в них составляет 8 – 12 атм. Станки этого типа оснащают системами очистки воздуха от воды и следов масел.

Прессовое оборудование механического типа

Сжатый воздух, принимает участие в раскрутке маховика, который поднимает шатун в верхнее положение. Нажимая на педаль или кнопки управления прессом, оператор открывает муфту, воздух выходит из системы и шатун под своим весом устремляется вниз.

Гидравлические прессы

Гидравлический пресс, представляет собой набор деталей, включающий в свой состав:

емкость для хранения масла;
насосную станцию, предназначенную для создания необходимого давления на шток пресса;
систему фильтров, отделяющих от рабочей жидкости воду и твердые частицы.

Гидравлические прессы для листового металла

Все прессы включают в состав своей конструкции шкафы управления, выносные пульты, с которыми непосредственно работает оператор пресса.

Радиально ковочный аппарат

Основное предназначение аппарата этого типа – это получение заготовок для валов определенной формы и размера.

Радиусная гибка листа

Чаще всего на оборудовании этого типа производят заготовки с диаметром порядка 150 мм и длиной до 1200 мм.

Электромагнитный пресс

Прессы этого типа появились относительно недавно. В качестве источника энергии для получения деталей заданной формы используют сердечник, который является частью электромагнита.

Электромагнитный пресс для листового металла

Именно он перемещает ползун, на котором установлена верхняя часть штампа, а возвращают его в исходное положение возвратные пружины. Эти станки показывают высокую производительность. Чаще всего применяют электромагнитные прессы с длиной хода в 10 мм, а усилие на штампе составляет 2,5 тонны.

Инструмент для штамповки

Для обработки деталей при помощи штамповки применяют инструмент под названием штамп.

Штамп для листового металла

Он состоит из двух частей, верхняя закрепляется на подвижном ползуне, нижняя на неподвижном столе, который является неотъемлемой частью станины.

Для производства штампов применяют инструментальные стали типа У8, ХВГ и некоторых других.

Горячая объемная штамповка

Метод горячей объемной штамповки использует одно из основных физических свойств металлов — пластичность. Это свойство металлического поликристалла изменять свои размеры при приложении к нему усилия.

Горячая объемная штамповка

Пластичность растет с повышением температуры, поэтому для изготовления сложных объемных деталей заготовки нагревают.

Таким способом изготавливают детали самой разнообразной формы — от деталей часов до колесных дисков автомобиля.

Процесс горячей объемной штамповки

Метод заключается в том, что при приложении высокого давления металл горячей болванки подвергается серии последовательных деформаций, и, не нарушая своей целостности, затекает в свободное пространство специально подготовленных штампов, повторяя их пространственную форму и приходя к заданным размерам. Выступы и впадины в соответствующих локальных областях штампа ограничивают и направляют движение металла, приближая с каждым проходом конфигурацию и габариты болванки к параметрам конечного изделия. При последнем рабочем проходе они формируют замкнутый единый ручей (полость), совпадающий с конфигурацией готового изделия.

Технологический процесс горячей объемной штамповки

Термин горячая объемная штамповка металла указывает на то, что габариты и геометрия заготовки меняются не в одном, а в двух или трех измерениях.

Горячая штамповка в качестве болванок использует круглый или прямоугольный прокат, а также горячекатаный лист. Горячая объемная штамповка проводится и прямо из прутка, если конфигурация детали не очень сложная и достаточно одного-двух проходов. Впоследствии отдельные детали отрубают от прутка.

По своей форме конечные поковки подразделяют на два основных класса:

Дисковые: фланцы, крышки, ступицы, прочие круглые (прямоугольные) поковки с длиной, малой относительно диаметра. Здесь выбирают базовую технологическую схему осадки в торец исходной болванки.
Удлиненные: рычаги, валы, шатуны и похожие на них по конфигурации детали. Болванка располагается на штампе плашмя, и в ходе нескольких черновых и штамповочных операций ей придают окончательную форму. До завершающего прохода исполняют формовку в ручьях и на вальцах.

По технологическим схемам активно применяются две наиболее употребительных:

штамповка в закрытых штампах
штамповка в открытых штампах

Горячая объемная штамповка в закрытых штампах осуществляется в штампе с небольшим зазором между его половинами. Подразумевается, что объемы заготовки и готового изделия совпадают. Эту оснастку снабжают двумя поверхностями разъединения, находящимися под некоторым углом. Схема используется в производстве сравнительно несложных по своей форме деталей и позволяет добиться наибольшей однородности внутреннего строения детали и меньшей шероховатости.

При применении схемы горячей объемной штамповки в открытых штампах нет точного соответствия объемов между заготовкой и конечным изделием, происходит активное перераспределение массы металла между частями поковки. Часть металла выдавливается за пределы штампа в специальную канавку и называется облоем. Схема позволяет штамповать детали практически любой конфигурации, поскольку позволяет проводить большое количество черновых и завершающих проходов с промежуточным кантованием болванки.

Преимущества и недостатки процесса

Горячая объемная штамповка обладает такими достоинствами, как:

Изготовление поковок весьма сложной формы.
Снижение потерь материалов.
Снижение удельной трудоемкости.
Нет необходимости в высокой квалификации штамповщика.
Точность соблюдения габаритов и конфигурации.

К минусам метода горячей объемной штамповки относят

Сложность операций
Значительная энергоемкость
Существенная стоимость и трудоемкость проектирования и изготовления оснастки. Штамп приходится делать из высококачественных материалов, и применим он только к данному изделию.
Необходимость использовать большее усилие, чем при ковке
Лимит веса готового изделия до 3-4 тонн.

Преимущества и недостатки

В целом горячую объемную штамповку имеет смысл применять при выпуске средних и больших серий, а также, если сложность формы и толщина детали не допускают применение обойтись холодной формовкой.

Нюансы технологии

Технологический процесс горячей объемной штамповки охватывает множество подготовительных и рабочих операций, от поступления материала и до получения конечного изделия.

Схема горячей объемной штамповки

Проработка технологии включает такие этапы, как:

Определяется схема горячей объемной штамповки — в открытых штампах или закрытая, выпускается конструкторская документация.
Определяют переходы процесса, с учетом допусков выставляют размеры болванки.
Исходя из потребного усилия горячей объемной штамповки выбирают оборудование (пресс, молот, и т. д.).
Проектируются штампы.
Задается метод нагревания и температурно-временной режим для каждой операции.
Определяются отделочно-завершающие операции.
Определяются технико-экономические характеристики проектируемого техпроцесса.

Горячая объемная штамповка требует от технологов, конструкторов и цехового персонала глубоких знаний по материаловедению и обширного практического опыта работы с данным процессом.

Сам процесс горячей объемной штамповки разделяется на следующие этапы:

Нарезка проката на болванки,
Доведение заготовок до рабочей температуры
Штамповочные операции
Удаление облоя
Коррекция формы (при необходимости)
Термообработка
Удаление окалины
Калибровка,
Прием службой технического контроля.

Смазка для процесса горячей объемной штамповки

До подачи на штамп болванки требуется полностью и равномерно прогреть. На современных предприятиях этим процессом управляет автоматика, обеспечивая заданных график повышения температуры, равномерное прогревание всех заготовок по всему их объему и исключение образования оксидных пленок и зон пониженного содержания углерода. В качестве нагревателей применяют:

электроконтактные установки. Нагрев осуществляется путем включения болванки в электрическую цепь и прохождению по ней сильного тока.
индукционные системы. Нагрев производится вихревыми токами, возбуждаемыми в приповерхностном слое заготовки;
газовые печи. Повышение температуры проходит в изолированной от атмосферы камере, заполненной инертным газом, исключающим образование окалины.

Удаление облоя и пробивка пленок применяется в случае открытой схемы горячей объемной штамповки. При этом используют специальные обрезные и пробивные штампы и кривошипные прессы.

Иногда в ходе выемки изделий из штампа, обрубки облоя или термообработки происходит искривление осей изделия либо нарушение поперечных сечений. Тогда применяют операцию коррекции формы, или правку. Заготовки больших размеров либо изготовленные из высококачественных сталей подвергаются правке, будучи горячими. Операция проводится в чистовом ручье после удаления облоя. Иногда операцию правки совмещают с обрезкой. Изделия небольшого размера корректируют винтовыми прессами по окончании термообработки и остывания.

Термообработка в горячей объемной штамповке

Термообработку проводят с целью доведения физических свойств изделий до заданных параметров и для облегчения финальной обработки. Операция позволяет также снять остаточные напряжения, уменьшить зернистость, повысить вязкость и пластичность.

Чтобы упростить операции контроля, обеспечить прецизионное позиционирование болванки и снизить износ инструмента на стадии механической обработки, проводят очистку изделий от окалины. Для этого применяются дробеструйные комплексы. В изолированной камере поковки воздухом под большим напором разгоняют стальную дробь и направляют ее на движущиеся, на транспортере изделия. Многочисленные соударения сбивают пленки и хлопья окислов в поверхности, придавая ей матовый внешний вид и одновременно уплотняя приповерхностный слой. Для мелких изделий применяют другую установку — галтовочный барабан. В нем большое количество деталей пересыпается вместе с добавляемыми к ним металлическими шариками или звездочками. Благодаря многочисленным соударениям деталей с них сбивается окалина.

Иногда в последовательность добавляют еще один переход — калибровку. Она проводится с целью избежать финишной обработки, оставляя только шлифовку. Посредством плоскостной калибровки достигают точности габаритов по вертикали. Объемная калибровка служит для доведения габаритов в нескольких направлениях, позволяя также и снизить шероховатость. Для калибровки используют специальные штампы с особо точными ручьями, повторяющими конфигурацию поковки.

Штамповочные ручьи и их виды

Для простых конфигураций изделий горячая объемная штамповка выполняется за один проход.

Штамповочные ручьи и их виды

Если же предстоит отштамповать замысловатое изделие с перепадами толщин и высот, выступы и изгибы — изготовление проводят за несколько проходов, в каждом из которых формовка делается отдельной впадиной на штампе — ручьем. Их подразделяются на два вида:

Заготовительные

Используются для фасонирования приведения материала болванки к пространственной конфигурации, позволяющей провести операции горячей объемной штамповки с минимальными потерями материала.

Виды заготовительных ручьев:

Протяжной — растягивает определенные части болванки, сужая их сечение. Применяется серия несильных ударов с переворотом болванки
Податной — утолщает сечение болванки, «перегоняя» на это место материал с соседних участков. Применяется также серия несильных ударов с переворотом болванки
Пережимной — плющит болванку в месте применения, вызывая увеличение местной ширины. Используется 1-3 сильных удара,
Гибочный – используется для деталей с выгнутой осью
Осадочный — применяется для изделий, близких к круглой форме. Уменьшает высоту болванки, добиваясь нужной высоты и радиуса

Штамповочные

Используются в завершающей формовке, бывают черновыми и чистовыми.

Черновой используется для изделий сложной конфигурации и в целях снижения износа чистового. Предназначен для приближения габаритов и конфигурации болванки к окончательному изделию. Он глубже и уже, чем чистовой ручей, обладает большими радиусами и уклонами. Эти меры применяются для свободного размещения болванки в чистовом ручье.

Чистовой ручей используется для формовки конечной продукции, изготавливается с припуском на усадку при охлаждении. Устанавливается в середине штампа, поскольку давление и возникающие напряжения при чистовой штамповке максимальны. Для отвода выдавливаемого металла вокруг ручья расположена облойная канавка.

Схемы штамповки

Конкретная конфигурация горячей объемной штамповки выбирается опытным технологом, принимающим во внимание следующие параметры:

Размеры детали.
Материал.
Форма.
Доступное оборудование.
Лимиты трудоемкости и материальных затрат.

На текущий момент применяется две основные схемы горячей объемной штамповки:

с открытым штампом;
с закрытым штампом.

Штамповка в закрытом штампе проводится с небольшим зазором между его половинами. Подразумевается, что объемы болванки и конечной детали точно совпадают. Иногда делают две линии примыкания, находящиеся под углом друг к другу. Схема используется для формовки сравнительно несложных по конфигурации поковок и позволяет добиться наибольшей однородности внутреннего строения детали и меньшей шероховатости.

Схема штамповки в закрытых штампах

При применении схемы горячей объемной штамповки в открытых штампах нет соответствия объемов болванки и конечного изделия, происходит активное перераспределение массы металла между ее частями. Некоторая часть металла выдавливается за пределы штампа в приспособленную для этого канавку и называется облоем. Схема позволяет штамповать детали практически любой конфигурации, поскольку позволяет проводить большое количество черновых и завершающих проходов с промежуточными поворотами болванки.

Оборудование, используемое для горячей объемной штамповки

Оборудование для горячей объемной штамповки включает в себя:

Молоты
Кривошипные прессы
Горизонтально-ковочные машины

Технология применения каждого класса установок связана с их конструкцией. Молоты допускают такие схемы, как открытая штамповка и штамповка в закрытых штампах

Горячая объемная штамповка на молотах

Технология использует явление преобразования кинетической энергии падающего массивного молота в энергию ударной деформации заготовки. Молоты поднимаются в исходное состояние сжатым воздухом или паром и имеют массу от 0.5 до 25 тонн.

Горячая объемная штамповка на молотах

Изменяя высоту подъема молота, можно регулировать силу удара. Ход молота также регулируется, это дает возможность для поворота заготовки во время очередного подъема молота и более точной штамповки. Доступны все подготовительные операции, включая протяжку и подкат.

Точность изготовления деталей на молотах оставляет желать лучшего, что объясняется неминуемым сдвигом частей штампа друг относительно друга в момент удара. Допуски при использовании молотов приходится давать большими, а для обеспечения возможности выемки изделий из пресса делаются большие штамповочные уклоны.

Горячая объемная штамповка на прессах

Горячая штамповка металла проводится и на кривошипных прессах. Главная характеристика оборудования — это развиваемое им усилие, варьирующееся от 6 до 110 МН.

Горячая объемная штамповка на прессах

Конструкция кривошипного горячештамповочного пресса имеет жесткий привод и не дает возможности регулировать ход пресса и его усилие. Эти факторы исключают из перечня допустимых операций протяжку и подкат, поскольку для них нужно постепенно увеличиваемое давление.

Отсутствие ударов, постоянный ход штампа и использование направляющих исключает сдвиг, что позволяет добиться точности обработки, принципиально недостижимой на молотах.

Соответственно допустимо задание существенно меньших допусков, штамповочных радиусов и уклонов, что снижает потери материалов и повышает производительность оборудования.

Кроме того, статическая деформация глубже проникает в болванку, чем динамическая, и это делает доступными для обработки материалы с низкой пластичностью.

Отрицательными особенностями кривошипных горячештамповочных прессов являются:

окалина запрессовывается в поверхность, для борьбы с этим применяют нагрев в инертной атмосфере или глубокую зачистку болванки;
ввиду продолжительного соприкосновения с пуансоном болванка остывает, снижается ее пластичность и заполняемость.

Штамповка на горизонтально-ковочных машинах

При горячей объемной штамповке этим методом, установка также приводится в действие кривошипным механизмом, главное деформирующее усилие прикладывается по горизонтали. В дополнение к этому применяется еще один ползун, размещенный под прямым углом. Матрица соответственно также составлена из двух частей, одна из которых является подвижной.

Штамповка на горизонтально-ковочных машинах

Доступны такие переходы, как высадка, прошивка и пробивка. Для штамповки стержней, колец, труб с утолщениями и отверстиями в качестве заготовок применяют круглый или квадратный пруток.

Эти специализированные устройства позволяют добиваться существенного повышения эффективности. В качестве минусов можно отметить узкую применимость и дороговизну.

Читайте также: