кпо что такое горячая штамповка
Горячая объемная штамповка металла: суть и преимущества технологии
Горячая штамповка, которая предполагает деформирование металлической заготовки в нагретом состоянии, используется для того, чтобы изменить не только конфигурацию этой заготовки, но и ее размеры. Чаще всего такая технологическая операция применяется для того, чтобы изменить геометрические параметры не в одной плоскости, а в нескольких измерениях. В таких случаях эта процедура носит название «горячая объемная штамповка».
Горячая штамповка обычно применяется в массовых производствах, где требуется большой объем работ
Сущность технологии
Сущность процесса горячей штамповки заключается в том, что готовое изделие из металла получают из нагретой до определенной температуры заготовки, воздействуя на нее давлением, для чего используется специальный штамп. При выполнении горячей штамповки температура заготовки изменяется от состояния просто нагретой поверхности до ковочной. Чтобы ограничить течение нагретого металла в ненужном направлении, на отдельных участках внутренней поверхности штампа выполняют специальные полости и выступы. Таким образом, внутренняя поверхность штампа формирует замкнутую полость (ручей), конфигурация которой полностью соответствует форме готового изделия.
Так выглядит нижняя часть простого одноручьевого штампа
Горячая объемная штамповка (ГОШ) выполняется на металлических брусках различного профиля – квадратного, прямоугольного, круглого или периодического. В отдельных случаях производство готовых изделий по технологии горячей штамповки может выполняться из сплошного металлического прутка. Изначально его часть формируется в поковку с требуемыми геометрическими параметрами, а затем ее отделяют при помощи резки. Однако, как правило, заготовки для горячей штамповки нарезают из металлического прутка.
Наибольшую эффективность штамповка деталей, предполагающая их предварительный нагрев, демонстрирует при серийном и массовом производстве. В частности, в использовании данной технологии для производства металлопродукции крупными и массовыми сериями есть целый ряд преимуществ.
Схема технологического процесса изготовления детали типа «шатун» методом горячей объемной штамповки
Технологический процесс горячей штамповки включает в себя большой перечень операций, выполняемых начиная с момента загрузки детали из металла в зону обработки и заканчивая выгрузкой из оборудования готового изделия. Проектирование такого процесса подразумевает соблюдение следующего алгоритма:
На завершающей стадии разработки технологического процесса необходимо выполнить расчет его экономических и технических показателей.
Преимущества и недостатки горячей объемной штамповки
Обработка металла, выполняемая методом горячей штамповки, может осуществляться по различным технологиям, особенности реализации которых зависят от целого ряда параметров: типа используемого оборудования, геометрических параметров и материала изготовления формируемого изделия. По технологии ГОШ можно изготавливать следующие типы деталей.
В качестве таких изделий могут выступать валы различного назначения, шатуны, рычаги и другие детали подобной конструкции. Для их производства используют штамповочный пресс. Обрабатываются они методом горячей штамповки плашмя, при этом исходная заготовка подвергается операции протяжки. Заключительным этапом производства является фасонирование методом свободной ковки, выполняемое в заготовительных вальцах ковочных вальцов.
Это шестерни, фланцы, ступицы, крышки и другие детали круглой или квадратной конфигурации, отличающиеся относительно небольшой длиной. Чтобы изготовить продукцию данного типа, используют технологию осадки, которая выполняется в торец обрабатываемой заготовки. Для реализации такой технологии требуется использовать штамповочные переходы.
Примеры изделий, изготовленных методом горячей объемной штамповки
Штамповочные ручьи
При обработке предварительно нагретых изделий из стали, как и при горячей штамповке латуни, применяют штамповочные ручьи, которые могут быть:
Этапы сложной штамповки в нескольких ручьях
К штамповочным ручьям, в которых изготовляемый элемент приобретает требуемую форму, относятся:
Технологические схемы штамповки
Из используемых на сегодняшний день схем выполнения горячей штамповки следует выделить только две.
Это технологическая операция, выполняемая в штампе, зазор между подвижной и неподвижной частями которого минимален. Горячую штамповку по данной методике можно выполнять на прессах, когда выступом оснащена верхняя часть штампа, а полостью – нижняя, или на молотах, когда полость находится в верхней части рабочего инструмента, а выступающая часть – в нижней. Применение штампов данного типа требует того, чтобы объемы поковки и готовой детали точно совпадали. Штампы закрытого типа могут иметь не одну, а две плоскости разъема, располагающиеся под прямым углом друг к другу.
Штамповка в одноручьевом закрытом штампе
Между подвижной и неподвижной частями штампа для горячей штамповки открытого типа имеется специальный зазор, в который выдавливаются излишки металла, образующиеся в процессе его деформирования. Штампы открытого типа, что является их большим преимуществом, можно применять для поковок любого вида.
Схема штамповки в открытых штампах
Применение штампов закрытого типа также имеет свои преимущества, которые заключаются в следующем.
Горячая объемная штамповка металла: суть и преимущества технологии
Горячая штамповка, которая предполагает деформирование металлической заготовки в нагретом состоянии, используется для того, чтобы изменить не только конфигурацию этой заготовки, но и ее размеры. Чаще всего такая технологическая операция применяется для того, чтобы изменить геометрические параметры не в одной плоскости, а в нескольких измерениях. В таких случаях эта процедура носит название «горячая объемная штамповка».
Горячая штамповка обычно применяется в массовых производствах, где требуется большой объем работ
Штамповка как востребованная промышленная технология
Более 20 % металла, изготавливаемого на предприятиях нашей страны, подвергается штамповке. Достаточно сложно найти какой-либо технический механизм или производственную машину, в которой бы не использовались штампованные изделия. Детали, получаемые по технологии ГШ, в современной летательной, железнодорожной, автомобильной технике составляют от 60 до 80 % от общего веса самолетов, локомотивов, транспортных средств. Кроме того, описываемая методика незаменима для выпуска разнообразных бытовых предметов, метизов, скобяных изделий, всевозможных инструментов.
Мы проконсультируем вас по любым вопросам!
Сущность технологии
Сущность процесса горячей штамповки заключается в том, что готовое изделие из металла получают из нагретой до определенной температуры заготовки, воздействуя на нее давлением, для чего используется специальный штамп. При выполнении горячей штамповки температура заготовки изменяется от состояния просто нагретой поверхности до ковочной. Чтобы ограничить течение нагретого металла в ненужном направлении, на отдельных участках внутренней поверхности штампа выполняют специальные полости и выступы. Таким образом, внутренняя поверхность штампа формирует замкнутую полость (ручей), конфигурация которой полностью соответствует форме готового изделия.
Горячая объемная штамповка (ГОШ) выполняется на металлических брусках различного профиля – квадратного, прямоугольного, круглого или периодического. В отдельных случаях производство готовых изделий по технологии горячей штамповки может выполняться из сплошного металлического прутка. Изначально его часть формируется в поковку с требуемыми геометрическими параметрами, а затем ее отделяют при помощи резки. Однако, как правило, заготовки для горячей штамповки нарезают из металлического прутка.
Наибольшую эффективность штамповка деталей, предполагающая их предварительный нагрев, демонстрирует при серийном и массовом производстве. В частности, в использовании данной технологии для производства металлопродукции крупными и массовыми сериями есть целый ряд преимуществ.
Технологический процесс горячей штамповки включает в себя большой перечень операций, выполняемых начиная с момента загрузки детали из металла в зону обработки и заканчивая выгрузкой из оборудования готового изделия. Проектирование такого процесса подразумевает соблюдение следующего алгоритма:
На завершающей стадии разработки технологического процесса необходимо выполнить расчет его экономических и технических показателей.
Обработка металла, выполняемая методом горячей штамповки, может осуществляться по различным технологиям, особенности реализации которых зависят от целого ряда параметров: типа используемого оборудования, геометрических параметров и материала изготовления формируемого изделия. По технологии ГОШ можно изготавливать следующие типы деталей.
Удлиненные
В качестве таких изделий могут выступать валы различного назначения, шатуны, рычаги и другие детали подобной конструкции. Для их производства используют штамповочный пресс. Обрабатываются они методом горячей штамповки плашмя, при этом исходная заготовка подвергается операции протяжки. Заключительным этапом производства является фасонирование методом свободной ковки, выполняемое в заготовительных вальцах ковочных вальцов.
Дисковые
Это шестерни, фланцы, ступицы, крышки и другие детали круглой или квадратной конфигурации, отличающиеся относительно небольшой длиной. Чтобы изготовить продукцию данного типа, используют технологию осадки, которая выполняется в торец обрабатываемой заготовки. Для реализации такой технологии требуется использовать штамповочные переходы.
Штамповочные ручьи
При обработке предварительно нагретых изделий из стали, как и при горячей штамповке латуни, применяют штамповочные ручьи, которые могут быть:
К штамповочным ручьям, в которых изготовляемый элемент приобретает требуемую форму, относятся:
Мы проконсультируем вас по любым вопросам!
Технологические схемы штамповки
Из используемых на сегодняшний день схем выполнения горячей штамповки следует выделить только две.
Закрытая штамповка
Это технологическая операция, выполняемая в штампе, зазор между подвижной и неподвижной частями которого минимален. Горячую штамповку по данной методике можно выполнять на прессах, когда выступом оснащена верхняя часть штампа, а полостью – нижняя, или на молотах, когда полость находится в верхней части рабочего инструмента, а выступающая часть – в нижней. Применение штампов данного типа требует того, чтобы объемы поковки и готовой детали точно совпадали. Штампы закрытого типа могут иметь не одну, а две плоскости разъема, располагающиеся под прямым углом друг к другу.
Открытая штамповка
Между подвижной и неподвижной частями штампа для горячей штамповки открытого типа имеется специальный зазор, в который выдавливаются излишки металла, образующиеся в процессе его деформирования. Штампы открытого типа, что является их большим преимуществом, можно применять для поковок любого вида.
Применение штампов закрытого типа также имеет свои преимущества, которые заключаются в следующем.
В некоторых штамповочных цехах сейчас используются паровоздушные молоты, способные функционировать от воздуха и от пара. Данное оборудование считается устаревшим. Чтобы изготовить штампованную деталь на молотах, необходимо установить громоздкое оборудование, для фиксации которого обустраивают очень сложный и глубокий фундамент. Причем такой агрегат требуется монтировать в достаточно высокое производственное здание.
Показатель полезного действия работы на молотах находится на уровне 2–3 %. Получается, что при штамповке сжигается большое количество угля, а отдача от процесса минимальная. Кроме того, на молотах могут работать исключительно опытные и физически сильные специалисты. При этом даже они вынуждены прилагать массу усилий, чтобы готовые изделия соответствовали требованиям, изложенным в техзадании на изготовление штампованных деталей. К достоинствам штамповки на молотах можно отнести то, что они дают возможность получать почти любые по конфигурации поковки на достаточно большой скорости.
Неплохой заменой громоздким молотам стали ГКШП – кривошипные прессы.
Они функционируют не ударом (как это происходит при выполнении рабочих операций на молотах), а давлением. Такие агрегаты оснащаются электрическим двигателем, который приводит в движение ГКШП посредством системы валов, маховиков, шатунов, шестерен и муфт. Кривошипные установки штампуют изделия за одну операцию, что увеличивает их производительность в 1,5–2 раза по сравнению с изготовлением деталей на молотах.
К другим достоинствам ГКШП относят:
Горизонтально-ковочные агрегаты – гарантия эффективной штамповки
Самыми производительными и экономически целесообразными в эксплуатации агрегатами для ГШ являются горизонтально-ковочные машины (ГКМ). Их применяют при производстве всевозможных деталей, которые требуют переходов от одной технологической операции к другой (прошивка, высадка, отделение части прутка-заготовки, выдавливание, пережим).
Изготовление деталей на ГКМ обеспечивает:
ГКМ могут иметь два варианта плоскости разъема матриц – горизонтальную и вертикальную. Основной характеристикой таких агрегатов считается величина усилия (номинального) на ползуне станка. Все без исключения параметры современных отечественных ГКМ устанавливаются Госстандартом 7023–90.
Стандартный горизонтально-ковочный агрегат работает по далее указанной схеме:
На ГКМ обычно изготавливают детали, которые в середине либо на торцах располагают утолщениями определенных размеров. Также на этих машинах производят широкую номенклатуру изделий, отделяемых от исходной заготовки по технологии прошивки отверстий. К таковым относят фланцы, гайки, кольца.
Штампование поковок на ГКМ характеризуется технологическими операциями, которые отличаются от процедуры ГШ на прессах и молотах. Молотовые изделия имеют более высокие припуски на механическую обработку, чем детали, получаемые на ковочных агрегатах. Кроме того, поковки с горизонтальных установок требуют меньших трат металла, у них нет облоя и штамповочных уклонов. Последние всегда присутствуют при штамповке на молотах. При массовом и крупносерийном выпуске изделий одного типа по указанным выше причинам всегда следует использовать ГКМ.
Тонкости изготовления штампов
Специальные ручьевые формы для штамповки эксплуатируются при повышенных напряжениях и высоких температурах. Естественно, это становится причиной их быстрого износа за счет снижения начальной стойкости, под которой понимают число поковок, произведенных посредством штампа до того момента, как он вышел из строя. Уровень стойкости формы для ГШ зависит от марки стали, используемой для изготовления штампа, качества его отделки и конструкции, сложности ручьев.
Сырьем для производства штампов обычно служат высоколегированные стали(5ХНТ, 5ХНВ). Формы из них долго не изнашиваются, так как обладают высокой прочностью и проходят специальную обработку механического типа на фрезерных, строгальных и токарных станках.
Изготавливаются штампы по достаточно сложной схеме, включающей в себя выполнение ряда трудоемких операций:
Штампы для работы на ГКМ и ГКШП, а также на молотах выполняются из двух частей, в каждой из которых есть ручьи. При соприкосновении они формируют полость, идентичную форме изготавливаемой детали. Нижняя часть штампа монтируется в неподвижном механизме пресса или в специальном держателе, верхняя устанавливается в бабке штамповочного агрегата.
Сложные изделия производятся в многоручьевых формах. Если ручьи в них делают глубокими, требуется выполнять их обработку мазутом, который при испарении в процессе штамповочной операции формирует газовую смесь. Она расширяется и делает процедуру выемки готового изделия из ручья намного более простой и быстрой.
Заготовки под ГШ нагревают в разных видах печей – газовых, угольных, электрических и нефтяных. При этом всегда стремятся к тому, чтобы на поверхности форм не происходило окисление (не появлялась окалина). На некоторых современных предприятиях штамповочные заготовки нагревают на высокочастотных агрегатах. Подобные установки исключают вероятность пережога изделий, позволяют полностью автоматизировать операцию нагрева и предотвращают развитие окислительных процессов.
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.
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:
По технологическим схемам активно применяются две наиболее употребительных:
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:
К минусам метода горячей объемной штамповки относят
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:
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:
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:
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:
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:
На текущий момент применяется две основные схемы горячей объемной штамповки:
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:
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.
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:
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.