Гарячим
об'ємним штампуванням (ГОШ) називають процес
пластичного формування нагрітої заготовки в штампах під дією зовнішніх сил. При
цьому отримують кінцеву продукцію гарячого штампування – поковку.
Штампи
являють собою спеціальний інструмент з порожниною, яку називають рівчаком
(рис. 1.1). Контур рівчака має відповідати конфігурації майбутньої
поковки.
Рис. 1.1 – Схема
отримання поковки гарячим штампуванням: 1 – заготовка; 2 – нижній штамп; 3 –
верхній штамп; 4 – поковка з облоєм; 5 – облой (облойний заусенець); 6 – контур рівчака (порожнини); 7 – матриця
обрізного штампу; 8 – пуансон натискний; 9 – відход (облой); 10 – готова поковка
В порожнину
нижнього штампу 2 завантажують нагріту заготовку 1, яку деформують рухом верхнього штампу 3 вниз. Пластичне течіння металу заготовки в рівчаку штампа зустрічає опір
стінок 6 та сил тертя, в результаті метал заповнює об'єм рівчака. В заключний
момент частина металу витискається в зазор між штампами та утворюється заусенець 3, який
називають облоєм. В подальшому облой
обрізають в окремому штампі, що складається з обрізної матриці 7 та пуансону 8. Відштамповану заготовку 10
називають штампованою поковкою. Поковка являє собою копію рівчака штампу.
Реальні технологічні
процеси гарячого штампування складаються не лише з цих операцій. До них
включають також підготовчі та оздоблювальні операції, що виконують в певній
послідовності: різка вихідного металу на заготовки, нагрів заготовок, гаряче
штампування, обрізка облою, термообробка поковок,
очищення від окалини, правка та контроль якості (додаток А).
Загалом
гаряче штампування є подальшим розвитком кування, яке також виконується в
гарячому стані. Окремі ознаки процесу штампування можна бачити при використанні
в процесах кування спеціального ковальського інструменту: фігурних обтискачів,
підкладних штампів та інше.
В сучасному
машинобудуванні гаряче штампування є досить розповсюдженим процесом отримання
якісних заготовок. Це пов'язано з рядом переваг, які вигідно вирізняють його
серед інших способів отримання заготовок:
–
більш висока продуктивність по відношенню до кування;
–
можливість отримання більш складних поковок ніж при
куванні;
–
більша економія металу в порівнянні з куванням чи литвом;
–
менші енерговитрати в порівнянні з литвом;
–
штамповані заготовки мають більш високі та стабільні
механічні властивості матеріалу, ніж виливки.
Заготовки,
отримані гарячим штампуванням, мають менші допуски, ніж ковані. Це зменшує
загальний цикл механічної обробки, оскільки обробці піддають лише поверхні
контакту з іншими деталями. Решта поверхонь мають достатню чистоту.
Крім
переваг, гарячому штампуванню властиві і недоліки:
1.
Поковки, отримані гарячим штампуванням, мають порівняно
невеликі розміри. Поковки масою
2.
Для гарячого штампування необхідні більші зусилля
штампування, ніж для кування, оскільки при штампуванні одночасно деформується
не частина заготовки, а вся заготовка на всю величину деформації, яка
передбачена переходом штампування.
3.
Для гарячого штампування необхідний спеціальний
інструмент – штамп. Він придатний для виготовлення лише однакових поковок
конкретної конфігурації. Штамп є більш складним та дорожчим інструментом, ніж
інструмент для кування, тому гаряче штампування є не вигідним при невеликій
кількості поковок, т. т. в дрібносерійному виробництві. У випадку
одиничного виробництва гаряче штампування є нерентабельним.
В залежності
від обладнання гаряче штампування поділяють на такі види: 1) на молотах; 2) на
кривошипних гарячештампувальних пресах (КГШП); 3) на
гвинтових пресах; 4) на гідравлічних пресах; 5) на горизонтально-кувальних
машинах (ГКМ); 6) на спеціальних машинах та автоматах.
Важливою
ознакою класифікації є поділ процесів ГОШ за типом
штампу. Згідно цієї ознаки штампування буває:
–
у відкритих штампах;
–
в закритих штампах;
–
в штампах для видавлювання.
За типом
поковки гаряче штампування поділяють на штампування круглих в плані поковок та
видовжених в плані поковок. Термін "в плані" походить від
конфігурації поковки при вигляді з верху на нижній штамп. Цей вигляд називають
план низу штампа.
В залежності
від кількості рівчаків в штампі гаряче штампування буває однорівчакове
та багаторівчакове.
В залежності
від установки та розміщення заготовки в штампі ГОШ
буває двох типів: з направленням деформуючого зусилля перпендикулярно осі
заготовки (штампування пластом або штампування видовжених в плані поковок);
штампування осадкою в торець чи висадкою (штампування круглих в плані поковок).
За типом
заготовки штампування поділяють на такі види: 1) від штучної заготовки; 2) від
кратної заготовки; 3) від прутка.
Вибір
способу ГОШ залежить від пластичності матеріалу та
його опору деформуванню, конфігурації деталі, ступеня її складності, маси,
об'ємів випуску та умов роботи деталі. Спосіб штампування орієнтовно можна
вибрати за порівняльною характеристикою різних способів штампування, які
наведені в додатку Б.
Основним
обладнанням для гарячого об'ємного штампування є молоти, механічні та
гідравлічні преси, фрикційні преси, горизонтально-кувальні машини та пресавтомати.
Серед
молотового обладнання для ГОШ використовують
штампувальні молоти. Основною особливістю
цього обладнання є ударний характер деформування. Це в першу чергу гідравлічні,
електро- та пневмогідравлічні,
пароповітряні молоти, також використовують безшаботні
молоти та групу високошвидкісних молотів. Незважаючи на поважний вік цього виду
обладнання молоти мають використання в сучасних процесах штампування завдяки
ударній дії на метал та високої швидкості деформації, яка необхідна для
задовільного пластичного формування деяких сплавів. Також молотове обладнання є
порівняно дешевим.
Основною
характеристикою молотів є маса падаючих частин або енергія удару. На сьогодні
промисловістю випускаються пароповітряні штампувальні молоти масою падаючих
частин 0,63...25 т.
Серед
механічних пресів для ГОШ використовують кривошипні гарячештампувальні преси (КГШП). На сьогодні це клас машин
є найбільш розповсюдженим в процесах гарячого штампування.
Швидкість
деформування на КГШП є меншою, але можливість повного оформлення поковки за
один хід машини, робить це обладнання більш продуктивним ніж молоти. Основним
параметром пресів є номінальне зусилля, яке для сучасних КГШП може становити
6,3...160 МН.
Гідравлічні
преси використовуються для гарячого штампування коли неможливо застосувати КГШП
чи молоти. Зокрема, для порівняно великих поковок, поковок типу габаритних плит
або поковок, які вимагають великих зусиль штампування, складної форми та
поковок, отримуваних за схемою видавлювання. Їх швидкодія та продуктивність
невисокі, але ці преси можуть створювати найбільші зусилля деформування.
Зусилля сучасних гідропресів може сягати 500...750 МН.
Фрикційні
преси також мають обмежене використання. Їх використовують при штампуванні
поковок типу тіл обертання з потовщенням на одному з кінців (болти, заклепки,
клапани ДВЗ і т. п).
Особливістю
штампування на горизонтально-кувальних машинах (ГКМ) є можливість формування
металу заготовки в двох взаємно перпендикулярних напрямках. Ці машини мають два
рухомих робочих органи: головний та затискний повзуни. Поковки на ГКМ переважно
штампують за схемою висадки у горизонтальному напрямку, а не в вертикальному як
на пресах. ГКМ мають високу швидкодію та продуктивність роботи та
використовуються в серійному та масовому виробництві.
Найвищою
продуктивністю характеризуються пресавтомати. Це
спеціалізовані машини з механізмами автоматизації та механізації процесу
штампування. Використовуються переважно в масовому виробництві.