Сущность и виды горячей объемной штамповки

При объемной штамповке формоизменение заготовки производится в штампах под действием внешних сил. Штамп — это специальный инструмент с углублениями, которые соответствуют форме поковки и называются ручьями штампа (рис. 8.1). Смежные ручьи верхней и нижней половин штампа образуют полость, в которой и происходит деформирование заготовки. Перед штамповкой исходную заготовку устанавливают в ручей нижней части штампа, и деформация заготовки происходит при движении верхнего штампа вниз. На течение металла заготовки в ручье штампа действует сопротивление стенок и сила трения, в результате чего металл заполняет объем ручья. Излишек металла вытекает в разъем между штампами, образуя облой (заусенец). Полученную после штамповки заготовку называют штампованной поковкой. Штампованная поковка представляет собой точную копию полости штампа.

Открытый молотовой штамп
Рис. 8.1. Открытый молотовой штамп: 1 – верхний штамп; 2 – стенка ручья (полости) штампа; 3 – облой; 4 – поковка; 5 – нижний штамп

Горячая объемная штамповка – один из основных видов ОМД, которым изготавливают заготовки для ответственных деталей самолетов, автомобилей, тракторов и пр.

Исходным материалом для объемной штамповки являются прокатанные или прессованные прутки, а в качестве материала чаще всего используют углеродистую или низколегированную сталь. Этому виду штамповки подвергают также цветные металлы и сплавы.

Объемной штамповкой получают продукцию, аналогичную той, что получают ковкой. Замена ковки на объемную штамповку позволяет: повысить производительность процесса (десятки и сотни поковок в час); расширить номенклатуру поковок путем усложнения их формы; уменьшить объем последующей механической обработки и снизить расход металла за счет приближения формы поковки к форме детали; уменьшить затраты на обучение и зарплату обслуживающего персонала.

Штампованная поковка — это изделие, изготовленное горячей объемной штамповкой по требованиям государственного стандарта. Форма поковки представляет собой пространственную фигуру, определенную номинальными линейными и угловыми размерами, определяемыми исходя из номинального линейного размера детали, установленного припуска и линейного напуска.

Поковки в зависимости от назначения изготовляемых из них деталей подразделяют: по точности изготовления, по группам стали, по конфигурации поверхности разъема используемого штампа и по степени сложности.

Вместе с тем при штамповке действует ограничение по массе и размерам поковок из-за необходимости деформирования сразу всей заготовки и сопротивления силам трения о стенки ручья штампа, а также требуется использование специального инструмента (штампов) изготовляемых из дорогостоящих сталей.

Сравнение двух способов получения поковок показало, что снижение себестоимости штампованных поковок относительно кованых возможно только при увеличении серийности производства. Поэтому штамповка становится экономичной при средне-, крупносерийном и массовом производстве.

Горячую объемную штамповку, как и ковку, выполняют в кузнечных цехах машиностроительных заводов, а также на специализированных кузнечных заводах. При этом если в тяжелом машиностроении большинство поковок получают ковкой, то в автомобилестроении почти все поковки изготовляют объемной штамповкой. В связи с тенденцией к увеличению серийности производства в машиностроении объемная штамповка получает все большее развитие.

Объемную штамповку делят на различные виды. В зависимости от оборудования различают штамповку на молотах, на кривошипных горячештамповочных прессах (ТСГТТТП), винтовых, фрикционных, гидравлических прессах; штамповку на горизонтально-ковочных машинах (ГКМ); штамповку на специальных машинах. К специальным машинам относят ковочные вальцы, горизонтально-гибочные, вертикально-ковочные, ротационно-обжимные, радиально-обжимные, электровысадочные и рас- каточные машины.

Тип штампа определяет характер течения металла, и по этому признаку различают штамповку в открытых штампах, штамповку в закрытых штампах и штамповку в штампах для выдавливания. Это деление штамповки на виды считают основным. Штамповка в открытых штампах наиболее распространена.

Последовательность штамповки в открытом штампе
Рис. 8.2. Последовательность штамповки в открытом штампе: а—г – этапы штамповки

Штамп, в котором в процессе деформирования имеется возможность вытекания металла в зазор, называется открытым. Величина зазора А (рис. 8.2) между подвижной и неподвижной частями такого штампа в процессе штамповки изменяется. В зазор вытекает избыток металла, высота которого в процессе деформирования также изменяется. Вытекающий металл при деформировании закрывает выход из ручьев штампа и заставляет металл целиком заполнять всю полость. Кроме этого, в конце деформирования в облой выжимаются все излишки металла, находящиеся в полости. Поэтому заготовку можно нарезать неточно, но с избытком металла. Для извлечения поковки из штампа его боковые стенки выполнены наклонными (штамповочные уклоны а), величина угла наклона составляет 5-12°. Основной недостаток штамповки в открытых штампах – большие потери металла в облой, которые зависят от массы и формы поковок и могут достигать 30 % и более. Кроме того, волокна металла при удалении облоя оказываются перерезанными, что существенно снижает качество поковок.

Схема штамповки в закрытом штампе
Рис. 8.3. Схема штамповки в закрытом штампе: 1 – пуансон; 2 – матрица; 3 – заусенец; 4 – поковка; 5 – выталкиватель; ? – зазор между пуансоном и матрицей

Штамповка в закрытом штампе отличается тем, что штамп в процессе деформирования сомкнут (рис. 8.3), а между подвижной и неподвижной частями штампа имеется небольшой зазор, назначение которого состоит только в создании подвижности одной части штампа относительно другой и в предохранении штампа от заклинивания. В конце штамповки металл может вытекать через зазор в торцевой заусенец, который вызывает высокие напряжения в полости и ее износ, а также указывает на избыток металла в заготовке.

Штамповка в закрытых штампах производится обычно на ГКМ. Однако закрытые штампы также применяются при штамповке на молотах и КЛИП. Этот вид штамповки называют также безоблойной штамповкой.

Штамповка в закрытых штампах характеризуется значительной экономией металла, отсутствием дополнительной операции обрезки облоя, благоприятной схемой всестороннего сжатия, меньшей величиной уклонов (1-3°), чем при открытой штамповке. Особенно эффективна схема штамповки в закрытых штампах для малопластичных сплавов, так как боковой подпор стенок полости штампа значительно повышает гидростатическое давление, в результате чего пластичность металла возрастает. Кроме того, макроструктура поковок характеризуется тем, что волокна металла получают очертания контура поковки и не перерезаны.

Основным недостатком способа штамповки в закрытых штампах является его неуниверсальность. Например, круглый контур поковки при штамповке в закрытых ручьях неприемлем из-за нетехнологично- сти конструкции инструмента, что характеризуется низкой стойкостью кромок штампа. Существенно снижают область применения закрытых штампов ограниченность рациональных форм штампуемых поковок и необходимость точной дозировки металла, кроме того, точность поковки по высоте ниже, чем при штамповке в открытом штампе.

Во избежание перегрузки штампов и оборудования при нарушении условия равенства объемов заготовки и поковки применяют компенсаторы. Это специальный приемник излишков металла, расположенный в месте наиболее трудного заполнения металлом штампа, в который выдавливается лишний металл после оформления поковки. В отдельных случаях компенсатор выполняет те же функции, что и заусенечная канавка, при этом металл тормозится при выходе из полости штампа, обеспечивая заполнение всех его углов, и в то же время излишки металла поступают в компенсатор, не создавая перегрузки инструмента и оборудования.

Штамповка выдавливанием (рис. 8.4) характеризуется тем, что штамп имеет глубокие полости, заполняемые металлом. Штамповка выдавливанием производится преимущественно на гидравлических прессах, КГШП и ГКМ.

Схема штамповки в штампе для выдавливания
Рис 8.4. Схема штамповки в штампе для выдавливания: а – прямое выдавливание; б – обратное выдавливание; 1 – пуансон, 2 – матрица, 3 – поковка, 4 – выталкиватель

Штамповка выдавливанием устраняет один из недостатков закрытой штамповки – необходимость точной дозировки металла за счет конструктивно нового решения формы штампа, а именно выполнения его закрытым с двумя плоскостями разъема. При этом в основной полости штампа (рис. 8.4, а) формируется корпусная часть поковки, а в полости выдавливания диаметром – стержневая часть поковки.

Также различают штамповку в одноручьевых и многоручьевых штампах (штамп имеет несколько ручьев, в которых заготовка постепенно приобретает форму поковки).

В зависимости от типа заготовки применяют штамповку из штучной заготовки, из кратной заготовки и штамповку из прутка. При штамповке из штучной заготовки получают только одну поковку. При штамповке из кратной заготовки получают последовательно определенное число поковок (2-4 штуки). При штамповке из прутка получают несколько поковок (5-7 и более), после чего конец прутка снова нагревают, и штамповка продолжается.

В зависимости от положения заготовки в штампе штамповка подразделяется на штамповку, у которой направление деформирующего усилия перпендикулярно оси заготовки {штамповка плашмя), и штамповку осадкой в торец (или высадкой). При штамповке плашмя ось заготовки располагают перпендикулярно к движению деформирующего инструмента, а при штамповке осадкой в торец ось заготовки устанавливают вдоль направления движения деформирующего инструмента.

Кроме перечисленных видов штамповки существуют расчлененная штамповка, одноштучная штамповка, многоштучная штамповка и др. При расчлененной штамповке процесс разделяется, и деформация металла производится в нескольких штампах, устанавливаемых на отдельных машинах. При одноштучной штамповке в штампе имеется только один окончательный ручей. Чаще всего штамповка является одноштучной. При многоштучной штамповке в штампе выполняют несколько окончательных ручьев, расположенных в ряд и используемых для получения сразу нескольких поковок. Многоштучную штамповку применяют для получения коротких мелких поковок.

Формоизменение металла и силовые условия процесса горячей объемной штамповки

Штамповка в открытых штампах характеризуется следующими факторами.

1. Так как объем металла непостоянен, то, следовательно, имеется часть металла, которая удаляется в отход. При этом должно соблюдаться условие

формула

где Vзаг, Vп, Vобл – соответственно объемы заготовки, поковки и облоя.

2. Направление вытеснения металла перпендикулярно направлению движения штампа.

3. Облой создает противодавление, которое, увеличивая гидростатическое давление в штампе, обеспечивает заполнение угловых элементов ручья, и при этом реализуется возможность регулирования заполнения штампа.

Формоизменение металла и диаграмма усилия по стадиям при штамповке в открытых штампах
Рис. 8.5. Формоизменение металла и диаграмма усилия по стадиям при штамповке в открытых штампах: а, б, в, – соответственно, 1-3 стадии; г – график изменения усилия по стадиям

При открытой штамповке выделяют три основные стадии течения металла (рис. 8.5): свободную осадку (рис. 8.5, а); заполнение штампа (рис. 8.5, б) и выдавливание облоя (рис. 8.5, в). На практике существует и четвертая (нежелательная) стадия, когда ручьи штампа заполнены, но поковка не оформлена по высоте. Стадии изменения усилия штамповки представлены на рис. 8.5, г.

Усилие штамповки при выборе кривошипного горячештамповочного пресса для круглых в плане поковок можно рассчитать по формуле

формула

где ?т— предел текучести металла при температуре штамповки, МПа; b3, h3 – ширина и толщина мостика облоя, мм; , F3, Fп – площадь проекции мостика облоя и поковки на плоскость разъема, мм2; Dп – диаметр поковки, мм (для поковок, близких по форме к круглым и квадратным в плане, принимают Dп = 1 ,13 vFп ).

Массу падающих частей штамповочного молота (7 (кг) для круглых в плане поковок можно найти по формуле

формула

Так как при закрытой штамповке не предусматривается образование облоя, а реализуются только 2 стадии формоизменения (осадка и заполнение штампа), то усилие при всех других одинаковых параметрах всегда меньше усилия штамповки в открытых штампах.

Усилие деформации для круглых в плане поковок можно рассчитать по формуле

формула

Течение металла при штамповке выдавливанием (см. рис. 8.4, а) осуществляется в три стадии: осадка до момента соприкосновения с боковыми стенками оси полости штампа; заполнение основной полости штампа; формирование поковки в полости выдавливания.

Усилие штамповки выдавливанием для схемы прямого выдавливания можно определить по формуле

 

формула

где D, L, F, ? – диаметр, высота, площадь поперечного сечения, угол наклона боковых стенок корпусной части поковки; d, l, f – диаметр, высота, площадь поперечного сечения стержневой части поковки.

Если поперечное сечение поковки отличается от круга, то вместо диаметров D и d необходимо использовать приведенные диаметры D =1,13vF,  d = 1,13vf.

Оборудование и инструмент для горячей объемной штамповки

Большинство штампованных поковок производят на универсальных паровоздушных штамповочных молотах, кривошипных горячештамповочных прессах (КГШП) и горизонтально-ковочных машинах (ГКМ). Кроме того, наиболее крупные изделия штампуют на гидравлических прессах усилием до 750 МН. Оборудование для серийной штамповки обычно объединяют в гибкие производственные модули, оснащенные роботами- манипуляторами и управляемые ЭВМ.

Штамповочные молоты являются машинами ударного действия, в которых энергия привода в момент удара верхней половины штампа и связанных с ней бабы молота и штока с поршнем (падающие части молота) о заготовку преобразуется в полезную энергию деформирования металла. В паровоздушном штамповочном молоте (рис. 8.6) должны точно совпадать верхняя и нижняя части штампа.

Паровоздушный штамповочный молот
Рис. 8.6. Паровоздушный штамповочный молот: 1 – шабот; 2 – стойки станины; 3 – баба; 4 – шток; 5 – рабочий цилиндр; 6 – золотниковая коробка; 7—9 – устройства для смазки узлов

Поэтому стойки станины 2 крепятся непосредственно к шаботу 1, и баба молота 3 движется по длинным направляющим, закрепленным на стойках. Соотношение масс шабота и падающих частей т составляет 20-30, а число ударов в минуту 90-110. Энергоноситель – сжатый пар, поступает в рабочий цилиндр 5 и распределяется с помощью золотниковой коробки 6, в зависимости от выполняемых действий: подъем бабы, рабочий ход и т. д. Смазка узлов молота осуществляется с помощью устройств 7—9. Штамповочные молоты благодаря своей универсальности, простоте конструкции и меньшей стоимости по сравнению с другими видами оборудования удобны для использования во всех видах производства, но, вследствие сотрясения зданий и возникающих при работе вибраций, постепенно вытесняются КЛИП. В штамповочных паровоздушных молотах масса подвижных частей может составлять от 630 кг до 25 т, однако наиболее широко применяют молоты, в которых этот параметр имеет значение от 630 кг до 10 т.

Кривошипные горячештамповочные прессы
Рис. 8.7. Кривошипные горячештамповочные прессы: а – общий вид; б – кинематическая схема: 1 – станина; 2 – ресивер; 3 – электродвигатель; 4 – стяжные болты; 5 – нижний выталкиватель; 6 – тормоз; 7 – тормоз маховика; 8 – маховик; 9 – клиноременная передача; 10 — промежуточный вал; 11 – зубчатая передача; главный кривошипный вал; 13 — шатун; 14 — пневматическая фрикционная муфта; 15 – ползун; 16 – стол с клиновым устройством

В цехах крупносерийного производства вместо молотов предпочтительнее использовать кривошипные горячештамповочные прессы (КГШП). Это оборудование (рис. 8.7) делят на три группы:

  • легкие прессы, имеющие номинальное усилие 6,3—16 МН, предназначенные для изготовления поковок массой до 2 кг;
  • средние прессы с номинальным усилием 20-50 МН – для поковок массой до 40 кг;
  • тяжелые прессы номинальным усилием 63—160 МН, используемые для поковок массой более 50 кг.

В конструкцию типового пресса входит (рис. 8.7, а) массивная станина 7, стянутая болтами 4, сверху на станине закреплен электродвигатель 3 и ресивер 2, служащий для накопления сжатого воздуха. Под рабочим столом пресса располагается нижний выталкиватель пресса 5.

Принцип работы пресса заключается в следующем (рис. 8.7, Вращение от электродвигателя М через клиноременную передачу 9 передается маховику 8, который закреплен на промежуточном валу С противоположной стороны этого вала располагается зубчатая передача 11. Передача вращающего момента с вала 10на главный кривошипный вал вляется пневматической фрикционной муфтой 14. Вращаясь, кривошипный вал через шатун 13 приводит в возвратно-поступательное движение ползун пресса 15, на котором закреплена верхняя половина штампа. Нижняя половина штампа крепится к рабочему столу пресса 16, оснащенному клиновым устройством. Для остановки вращения кривошипного вала в крайнем верхнем положении, а также в аварийной ситуации служит тормоз 6. Кроме того, тормоз установлен на маховике 8. Движение ползуна подчинено определенному закону: каждому углу поворота кривошипного вала соответствуют определенная скорость и положение ползуна по высоте. Следовательно, ползун пресса имеет постоянное значение хода и фиксированные нижнее и верхнее положение. Поэтому штамповку в каждом ручье обычно производят только за один ход ползуна (штамповочному молоту требуется несколько ударов), а размеры изделия по высоте получаются более точными, чем при штамповке на молотах. Для удаления поковок из штампов прессы оснащают выталкивателями.

Штамповка на механических прессах имеет и другие преимущества, которые снижают стоимость изделий. Так, на кривошипных прессах широко используют менее дорогостоящие составные штампы. Производительность таких прессов на 30-50 % выше производительности молотов, так как деформирование в одном ручье штампа идет за один ход ползуна, облегчается автоматизация и улучшаются условия труда рабочих. Безударный характер работы кривошипных прессов позволяет устанавливать их в зданиях облегченного типа.

Гидравлические штамповочные прессы по принципу действия не отличаются от ковочных, но имеют меньшую длину хода траверсы, повышенную жесткость и более высокое максимальное усилие (до 750 МН). Этот вид прессов дороже и тихоходнее кривошипных прессов и применяется для штамповки особо крупных поковок, поковок из малопластичных сплавов и для операций, требующих большого хода инструмента. К типовым поковкам, получаемым с помощью этого оборудования, относятся крупные рычаги, фланцы, диски, зубчатые колеса, гребные винты, панели с ребрами жесткости и другие корпусные детали летательных аппаратов с большой площадью в плане, кольца, бандажи и т. д.

Прессы оборудуют выталкивателем, вертикальной и боковыми прошивными системами. Например, у пресса усилием 650 МН пять рабочих цилиндров и шесть ступеней усилия, два боковых прошивных механизма усилием 70 МН каждый и один вертикальный усилием 134 МН. Гидравлические прессы оснащены средствами механизации и электронной системой управления.

Схема гидравлического штамповочного пресса
Рис. 8.8 Схема гидравлического штамповочного пресса: 1 – верхний рабочий цилиндр: 2 – верхняя поперечина; 3 – верхний плунжер; 4 – правая втулка плунжера; 5 – колонна; 6 – плунжер возвратного цилиндра; 7 – рабочий стол; 8 – возвратный цилиндр; 9 – нижняя поперечина; 10 – нижний плунжер; 11 – нижний цилиндр; 12 – гайка; 13 – нижний рабочий цилиндр; 14 — рама; 15 – колонна; 16 – верхняя поперечина; 17 – левая втулка плунжера

Конструктивная схема одной из конструкций гидравлического штамповочного пресса со станиной типа тандем представлена на рис. 8.8. Станина пресса представляет собой неподвижную раму, которая состоит из верхней 2 и нижней 9 поперечин, связанных колоннами 15 и стянутых гайками 17. Подвижная рама также состоит из верхней и нижней 14 поперечин, которые соединены колоннами 5 и стянуты гайками 12. На верхней поперечине 2 неподвижной рамы и нижней поперечине 14 подвижной установлены рабочие цилиндры 7 и 13 с плунжерами и жестко соединенными с поперечинами 9 и 16. Прямой ход подвижной рамы пресса происходит под действием жидкости высокого давления, подаваемой в рабочие цилиндры 7 и 13 (направление движения обеспечивают втулки плунжеров 4 и 17); возвратный идет под действием давления жидкости, находящейся в цилиндрах 5, плунжеры 6 которых упираются в поперечину 16.

Принцип действия пресса состоит в следующем. После укладки заготовки в штамп, расположенный на столе 7, подают жидкость в рабочие цилиндры 7 и 13. Рама 14 движется вниз, совершая холостой, а после соприкосновения с заготовкой рабочий ход. Обратный холостой ход происходит при подаче жидкости высокого давления в цилиндры 8.

Конструкция станины типа тандем позволила значительно сократить габаритные размеры отдельных элементов пресса, уменьшить металлоемкость без снижения жесткости, улучшить его устойчивость (центр тяжести расположен вблизи опор).

Горизонтально-ковочная машина (ГКМ) представляет собой горизонтальный механический пресс, который предназначен для горячей объемной штамповки (высадки из прутка) в основном поковок в виде стержней с использованием многоручьевых разъемных матриц. В конструкцию ГКМ входят главный кривошипно-ползунный механизм, производящий высадку, и дополнительный кулачково-рычажный механизм, служащий для зажимания заготовки.

Главными особенностями ГКМ являются: наличие разъема штампов в двух взаимно перпендикулярных плоскостях; передвижение главного высадочного ползуна в горизонтальной плоскости, что позволяет штамповать детали сложной конфигурации и производить местную деформацию заготовок большой длины.

Первый разъем штампов ГКМ (рис. 8.9) находится между пуансоном 7, закрепленном в ползуне, и матрицами 4 (подвижной) и 3 (неподвижной).

Схема штамповки на ГКМ
Рис. 8.9. Схема штамповки на ГКМ: а – исходное положение; б – начало деформирования; в – окончание деформирования: 1 – пуансон, 2 – упор, 3 – неподвижная матрица, 4 – подвижная матрица

В исходном положении (рис. 8.9, а) пруток диаметром с1 вставляют в полукольцевую выемку неподвижной матрицы 3 и проталкивают до упора 2. Таким образом, в рабочей полости остается пруток длиной lв, который может деформироваться. После этого ГКМ включают на рабочий ход, и части машины и штампов приводятся последовательно в положения, показанные на рис. 8.9, б, в. В момент начала деформации – (высадка прутка длиной lв) часть прутка длиной lзаж зажата между матрицами и что предотвращает возможное осевое проталкивание прутка. При этом упор 2 отодвигается в сторону, освобождая путь деформирующему пуансону 1. После окончания процесса деформирования часть прутка lв уже подверглась высадке и заполнила полость между матрицами с образованием фланца (рис. 8.9, в). После этого совершается обратный ход пуансона 1
и разведение матриц 3и 4 висходное положение ки пруток с фланцем легко вынимается из разъема между матрицами и и из машины.

На ГКМ можно также проводить штамповку в несколько переходов, выполняя последующие операции в других ручьях, оси которых в многоручьевых штампах ГКМ располагаются одна над другой. В современных машинах перемещение прутка с поковкой по ручьям матрицы совершается автоматически с помощью манипулятора.

Конструкции ГКМ по типу привода делятся на механические и гидравлические. Машины могут иметь вертикальный или горизонтальный разъем матриц. Большинство ГКМ изготавливают с вертикальным разъемом матриц.

Основные преимущества горизонтально-ковочных машин:

  • отсутствие облоя (за исключением отдельных деталей сложной конфигурации), что исключает применение обрезных прессов и штампов;
  • отсутствие штамповочных уклонов, кроме внутренних полостей поковок, образуемых пуансонами с небольшими уклонами и при наличии буртов;
  • возможность назначения меньших припусков на механическую обработку и более жестких допусков по сравнению с применяемыми в работе на молотах, что обеспечивает значительную экономию металла;
  • получение хорошей макроструктуры с направлением волокон, наиболее благоприятно ориентированных относительно действующих усилий при работе детали, включая отсутствие перерезывания волокон;
  • возможность замены рабочих вставок наиболее изнашиваемых частей штампов, что снижает их стоимость;
  • удобство сочетания ГКМ в процессах комбинированной штамповки с молотом, прессом, ковочными вальцами и гибочной машиной;
  • возможность производить штамповку из мерных заготовок и от прутка.

Основной инструмент – штампы для горячей объемной штамповки, работают в очень тяжелых условиях, подвергаясь многократному воздействию высоких напряжений и температур. Интенсивное течение горячего металла по поверхности штампа вызывает истирание ручья, а также способствует дополнительному нагреву инструмента. В течение каждого цикла штамповки штамп испытывает резкие колебания температуры, что приводит к образованию на поверхности ручья разгарных трещин. Таким образом, штамповые стали должны отличаться высокими механическими свойствами и сочетать прочность с ударной вязкостью, износостойкостью, разгаростойкостью и пластичностью, сохраняя эти свойства при температурах 300-600 °С. Эти стали должны хорошо прокаливаться при термической обработке и обрабатываться на металлорежущих станках. Марку стали подбирают в зависимости от конкретных условий работы штампа и его конструкции. Желательно также, чтобы штамповал сталь не содержала дефицитных элементов и была относительно дешевой.

Марки и химический состав сталей для штампов, их твердость после отжига или закалки должны соответствовать ГОСТ 5950-2000. Для изготовления молотовых и прессовых штампов получили распространение стали 5ХНМ, 5ХНВ и 5ХГМ. Полноценным заменителем дефицитных хромоникелевых сталей 5ХНВ и 5ХНМ служит безникелевая сталь 4ХМФС. Для высадочных штампов широко применяют стали марок 7X3 и 8X3.

При штамповке трудноформируемых сплавов для изготовления штампов применяют высоколегированные стали 4ХЗВМФ, 4Х5В2ФС, 4Х5МФС, 4Х4ВМФС, 5ХЗВЗМФС и др. Эти же стали рекомендуется применять для изготовления деталей штампов, испытывающих высокую нагрузку при высадке и выдавливании на ГКМ, ГКШП, горячевысадочных автоматах.

Инструмент для горячей объемной штамповки, как правило, изготовляют из кованых заготовок. Исходную заготовку выбирают с таким расчетом, чтобы при ковке был гарантирован не менее чем трехкратный уков. Это устраняет дефекты металлургического происхождения, а также обеспечивает мелкозернистую и однородную структуры и высокие механические характеристики металла. Изготовление штампов проводится по одному из вариантов: полная механическая обработка – термообработка – доводка; термообработка – полная механическая обработка; предварительная механическая обработка – термообработка – окончательная механическая обработка.

Термическая обработка различных штамповых сталей состоит из закалки и отпуска, при этом их подвергают термообработке при разных температурах в зависимости от марки.

В России и за рубежом все шире применяют литые штампы с ручьем, основным преимуществом которых является более низкая по сравнению с другими штампами трудоемкость изготовления в результате резкого снижения объема механической обработки; в ряде случаев литые штампы также являются более стойкими. Для их изготовления используют в основном стали, по составу подобные сталям для кованых штампов, а также специальные высокопрочные стали и сплавы и некоторые марки легированного чугуна.

Основы технологии горячей объемной штамповки

Штамповка на молотах

Поковки, штампуемые на молотах, разделяют на группы и подгруппы по следующим признакам:

  • по способу штамповки: плашмя или осадкой в торец;
  • по форме поковки и соотношению ее основных размеров;
  • по форме поперечных сечений поковки, обусловливающей характер формоизменения при заполнении полостей штамповочного ручья и необходимость применения заготовительно-предварительных ручьев;
  • по формам главной оси поковки и линии разъема, предопределяющим применение особых заготовительных ручьев или необходимость уравновешивания сдвигающих усилий при штамповке.

В зависимости от выбранного способа штамповки, в значительной степени определяющего характер технологического процесса, различают две группы молотовых поковок.

В группу I входят удлиненные и изогнутые поковки, штампуемые перпендикулярно оси заготовки (штамповка плашмя).Для этих поковок характерна значительная величина отношения их длины к средней ширине в плане, а деформация заготовки в штамповочных ручьях протекает в основном по двум осям – в направлении высоты и ширины поковки, в направлении же главной оси (длины поковки) деформация весьма незначительна;

Группа II — это круглые и квадратные поковки или поковки, близкие к ним по форме в плане, и поковки с отростками. Эти поковки штампуются вдоль оси заготовки (штамповка осадкой в торец), а деформация в штамповочных ручьях протекает осаживанием (высадкой),