Технологические процессы получения заготовок методом обработки металлов давлением. Штамповка и ковка

Штамповка – это деформирование материала исходной заготовки в специальной оснастке (штампе), которая обеспечивает заданные фиксированные размеры заготовки по трем осям. По температуре процесса различают горячую и холодную штамповку. По технологическим принципам штамповка делится на объемную и листовую. Последовательно рассмотрим эти процессы.

Горячей объемной штамповкой называют процесс получения заготовок, при котором формообразующую полость штампа, называемую ручьем, принудительно заполняют разогретым металлом и перераспределяют его в соответствии с заданной чертежом конфигурацией.В зависимости от типа штампа выделяют горячую штамповку в открытых и закрытых штампах. Штамповка в открытых штампах (рисунок 9.1, а) характеризуется переменным зазором между подвижной и неподвижной частями штампа. В этот зазор вытекает часть металла – облой, который закрывает выход из полости штампа и заставляет остальной металл заполнить всю полость.

Рисунок 9.1 – Штампы для горячей объемной штамповки: открытый штамп (а); закрытый штамп (б): 1 – верхняя часть штампа, 2 – нижняя часть штампа, 3 – ручей штампа, 4 – зазор для выхода облоя

Штамповка в закрытых штампах (рисунок 9.1, б) характеризуется тем, что полость штампа в процесс деформирования остается закрытой. Зазор между подвижной и неподвижной частями штампа постоянный и небольшой, образование в нем облоя не предусмотрено.

Операции горячей объёмной штамповки производят на следующем оборудовании: молоты штамповочные, горячештамповочные кривошипные прессы, горизонтально-ковочные машины. Горячей объемной штамповкой получают крупные и мелкие поковки из высокоуглеродистых и высоколегированных сталей (шестерни, диски, фланцы, ступицы, крышки, валы, рычаги, шатуны).

Холодная объемная штамповка производится в штампах без нагрева заготовок и сопровождается деформационным упрочнением металла. Основными процессами холодной объемной штамповки являются: высадка, выдавливание, объемная формовка, чеканка.

Под процессом высадки понимают образование на заготовке местных утолщений требуемой формы. Исходной заготовкой обычно служит материал в виде проволоки или прутка из черных или цветных металлов. Высадкой изготавливают крепежные изделия. Высадка осуществляется на автоматических линиях, оснащенных холодновысадочными пресс-автоматами. Цикл одноударной высадки заклепки (рисунок 9.2) протекает следующим образом. После подачи материала высадочный пуансон (1) заталкивает заготовку (3) в матрицу (2) и после упора заготовки в выталкиватель осуществляет высадку головки (4). В момент возврата пуансона в исходное положение высаженная деталь удаляется выталкивателем из матрицы, и цикл повторяется.

Рисунок 9.2 – Схема получения заклепки высадкой:

1 – пуансон, 2 – матрица, 3 – исходный пруток, 4 – попереходные этапы получения заготовки из прутка

Холодное выдавливание заключается в том, что металл под действием высокого давления переходит в пластичное состояние и течет в зазор между матрицей и пуансоном. Различают процессы прямого, при котором металл течет в направлении движения пуансона и обратного выдавливания, при котором металл течет одновременно в направлении движения пуансона и навстречу ему. Прямой способ применяется для получения деталей с фланцем и деталей типа стержней и трубок с различной формой поперечного сечения, обратный – для полых деталей с дном типа «колпачков». Заготовками для прямого способа выдавливания служат плоские шайбы или толстостенные колпачки. Для обратного выдавливания заготовки и детали получают чистовой вырубкой из листа или отрезкой от прутка.

Чеканкой образуется выпукло-вогнутый рельеф на поверхности детали за счет незначительного перемещения металла. При чеканке заготовка сдавливается между двумя формующими частями штампа и получает на поверхности оттиск его рельефа.

Холодная листовая штамповка это один из видов холодной обработки давлением, при котором листовой материал деформируется в холодном или подогретом состоянии. Процессы листовой штамповки делятся на две группы: разделительные процессы, в которых одну часть заготовки отделяют от другой; формоизменяющие процессы, в которых одна часть заготовки перемещается относительно другой без разрушения заготовки.

К основным разделительным процессам относятся: вырубка – процесс получения заготовки замкнутого контура и пробивка – процесс получения отверстий в детали нужной формы. На рисунке 9.3 показан технологический процесс получения заготовки типа «шайба» вырубкой на вырубном штампе.

Рисунок 9.3 – Технологический процесс получения детали «шайба» вырубкой

К основным формоизменяющим процессам относятся: гибка, вытяжка, отбортовка, обжим, формовка. Гибка – это процесс, при которой плоской заготовке придают изогнутую форму (рисунок 9.4) на гибочном прессе. Инструментами при гибке служат матрица и пуансон.

Рисунок 9.4 – Технологический процесс получения профиля гибкой: 1 – матрица, 2 – пуансон

Вытяжка – это процесс, превращающий плоскую заготовку в полую пространственную деталь или полуфабрикат. Вытяжкой изготовляют не только цилиндрические детали, но и сложные по форме коробчатые, конические и полусферические (рисунок 9.5).

Рисунок 9.5 – Технологический процесс получения детали вытяжкой

Отбортовка – это процесс образования бортов по наружному контуру листовой заготовки или вокруг заранее пробитых отверстий. Она применяется главным образом для образования горловин у плоских деталей, необходимых как для нарезания резьбы, так и сварки или сборки (рисунок 9.6).

Листовую штамповку широко применяют в различных отраслях промышленности, особенно, автомобилестроении, ракетостроении, самолетостроении, приборостроении, электротехнической промышленности. При листовой штамповке используют низкоуглеродистые стали, пластичные легированные стали, цветные металлы и сплавы на их основе, драгоценные металлы, а также неметаллические материалы: органическое стекло, фетр, целлулоид, текстолит, войлок.

Рисунок 9.6 – Технологический процесс получения шайбы с горловиной отбортовкой

Под ковкой в машиностроении понимают способ обработки давлением, при котором деформирование нагретого (реже холодного) металла осуществляется многократными ударами молота (свободная ковка) или однократным медленным давлением пресса (ковка на прессах). Наиболее широко распространены процессы свободной ковки.

При свободной ковке (рисунок 9.7) заготовку, которую нужно отковать, кладут, не закрепляя, на неподвижную подставку – наковальню, над которой вниз и вверх ходит молот – боек. Быстро опуская и поднимая молот, по предварительно нагретому металлу наносят удары. Ширина и длина заготовки увеличивается, а толщина уменьшается. Различают следующие процессы ковки: предварительная ковка – представляет собой кузнечную операцию обработки слитка для подготовки его к дальнейшей обработке и окончательная ковка – охватывает все методы кузнечной обработки, с помощью которых изделию придают окончательную форму.

Рисунок 9.7 – Схемы свободной ковки: на молотах (а, б) и прессах (в, г)

К процессам предварительной ковки относятся:биллетирование – это процесс превращение слитка в болванку или заготовку: включает сбивку ребер и устранение конусности и рубка – это процесс, который применяется для отделения от основной заготовки негодных частей или для разделения заготовки на части

К процессам окончательной ковки относятся:

Осадка – это процесс увеличения площади поперечного сечения исходной заготовки за счет уменьшения ее высоты. Осадка применяется при изготовлении поковок с большими поперечными сечениями и относительно малой высотой (шестерни, диски и т.п.). Разновидностью осадки является высадка, заключающаяся в местном увеличении поперечного сечения. Высадка обычно применяется для получения головок болтов, буртов, фланцев.

Вытяжка – это процесс увеличения длины исходной заготовки за счет уменьшения ее поперечного сечения. Вытяжка применяется при изготовлении поковок с удлиненной осью (валков, рычагов, шатунов, тяг) и является самой распространенной операцией ковки. Вытяжка не всегда происходит вдоль оси детали, иногда этот процесс идет поперек оси. Такими разновидностями вытяжки являются процессы раскатки (раздачи) и разгона (расширения). Схема раскатки показана на рисунке 9.8, а.

Гибка – это процесс, с помощью которого заготовке придают изогнутую форму по заданному контуру. Этой операцией изготавливаются угольники, скобы, крючки, кронштейны и т.п. (рисунок 9.8, б).

Кручение металла – это процесс поворота одной части поковки относительно другой вокруг продольной оси. Кручение применяется при развороте колен коленчатых валков, при изготовлении буров и т.п.

Прошивка – это процесс получения в заготовке отверстия. Инструментом для прошивки является прошивень, который может быть сплошным или пустотелым (рисунок 9.8, в).

Рисунок 9.8 – Процессы чистовой ковки: раскатка (а), гибка (б), прошивка (в)

При ковке на прессах заготовка лежит не на наковальне, в особой форме – штампе. Сам штамп состоит из двух половин – нижняя закреплена на наковальне, а верхняя прикреплена к бойку молота. Металл укладывают на нижний штамп, и при ударе, когда обе половины штампа сходятся, металл заполняет их внутреннюю полость, принимая ее форму.