Горячая штамповка это

Что такое горячая объемная штамповка металла

Горячая объемная штамповка является одним из основных видов обработки металлов давлением, который занимает особое место в производственных процессах. Метод основан на принципе пластической деформации нагретой заготовки в замкнутой полости штампа, что обеспечивает получение поковок с заданной геометрией.

Сущность процесса заключается в том, что металлическая заготовка нагревается до температуры, при которой существенно снижается сопротивление деформированию и повышается пластичность материала. После этого разогретый металл помещается в штамп, где под действием высокого давления принимает форму внутренней полости инструмента.

Течение металла при горячей штамповке ограничивается поверхностями полостей и выступов, изготовленных в отдельных частях штампа. В конечный момент обработки эти части образуют единую замкнутую полость, которая называется ручьем штампа и полностью соответствует конфигурации требуемой поковки.

Основные характеристики метода

В качестве исходного материала для горячей штамповки применяют металлический прокат различных профилей: круглого, квадратного, прямоугольного или периодического сечения. Прутки разрезают на мерные заготовки перед обработкой, хотя в некоторых случаях поковки отделяют от прутка непосредственно на штамповочной машине.

Технология горячей штамповки наиболее эффективна при крупносерийном и массовом производстве. Современная промышленность использует этот метод для изготовления широкого спектра деталей: от небольших метизов массой несколько граммов до крупных поковок весом в десятки килограммов.

Температурные режимы горячей штамповки

Выбор правильного температурного режима является критически важным фактором успешной горячей штамповки. Температура нагрева заготовки должна обеспечивать оптимальную пластичность металла при сохранении его структурной целостности.

Температурные диапазоны для различных материалов

Диапазон температур при горячей штамповке составляет от 200 до 1300 градусов Цельсия, в зависимости от типа обрабатываемого материала и конкретных технологических требований. Для стальных заготовок наиболее часто применяется температура нагрева в диапазоне от 900 до 1200 градусов, что соответствует ковочному интервалу углеродистых и низколегированных сталей.

При нагреве необходимо избегать перегрева и пережога металла. Верхний предел температуры ограничивается на 100-150 градусов ниже точки плавления материала, а нижний предел определяется температурой рекристаллизации. Несоблюдение температурного режима приводит к ухудшению механических свойств поковки и может вызвать образование дефектов.

Оборудование для горячей объемной штамповки

Выбор штамповочного оборудования определяется типом производимых поковок, масштабом производства и требуемой точностью изготовления. Современная промышленность использует несколько основных видов машин для горячей штамповки, каждый из которых имеет свои преимущества и область применения.

Штамповочные молоты

Паровоздушные штамповочные молоты являются наиболее распространенным типом оборудования для горячей штамповки. Масса падающих частей таких молотов варьируется от 630 килограммов до 25 тонн. Принцип работы основан на ударном воздействии подвижной части молота на заготовку, находящуюся в штампе.

Преимущества молотов включают универсальность применения, возможность штамповки поковок любой конфигурации, высокую скорость обработки и самопроизвольное удаление окалины при ударах. Недостатком является необходимость значительных штамповочных уклонов для извлечения поковки из ручья — наружные уклоны достигают семи градусов, внутренние — до десяти градусов.

Кривошипные горячештамповочные прессы

Кривошипные горячештамповочные прессы обеспечивают деформирование заготовки за счет постепенного нарастающего давления, а не ударного воздействия. Усилие таких прессов составляет от 6 до 110 мегаНьютон, что позволяет обрабатывать широкий спектр поковок.

Основные преимущества прессов перед молотами заключаются в следующем. Благодаря постоянству хода ползуна достигается значительно более высокая точность размеров поковок, особенно по высоте. Штамповочные уклоны уменьшаются в несколько раз по сравнению с молотовой штамповкой. Наличие выталкивателей обеспечивает автоматическое извлечение поковки из штампа.

Производительность кривошипных прессов в полтора-три раза выше молотов, поскольку обработка в одном ручье осуществляется за один ход ползуна. К недостаткам относится необходимость тщательной очистки заготовок от окалины и сложность выполнения подготовительных операций протяжки и подкатки.

Горизонтально-ковочные машины

Горизонтально-ковочные машины представляют собой специализированное оборудование для штамповки поковок с вытянутой осью. Метод отличается высокой производительностью и экономичностью за счет минимальных припусков на механическую обработку.

На горизонтально-ковочных машинах изготавливают разнообразные детали: кольца, оси, валы, тяги, кронштейны, фланцы, болты и другие изделия повышенной точности. Усилие современных машин достигает 12500 тонн, что позволяет обрабатывать заготовки диаметром до 250 миллиметров и массой до семи килограммов.

Гидравлические прессы

Гидравлические штамповочные прессы применяют для изготовления крупногабаритных поковок, которые невозможно получить на другом оборудовании. Усилие таких прессов составляет от 12,5 до 750 мегаНьютон. Они незаменимы при штамповке деталей, требующих большого рабочего хода, например при глубокой прошивке.

Типы штампов и методы штамповки

Конструкция штампа определяет характер течения металла при деформировании и оказывает решающее влияние на качество готовой поковки. Существуют две основные схемы штамповки, различающиеся по типу применяемого инструмента.

Штамповка в открытых штампах

При штамповке в открытых штампах между подвижной и неподвижной частями инструмента предусмотрен переменный зазор, через который в процессе деформирования вытекает часть металла. Этот излишек материала образует облой, который постепенно заполняет зазор и создает противодавление, заставляющее остальной металл полностью заполнить полость штампа.

Наличие облоя позволяет не предъявлять жестких требований к точности дозировки металла по массе. В конечный момент деформирования в облой выжимаются все излишки материала, что обеспечивает качественное заполнение сложных участков ручья. После штамповки облой удаляется на обрезном прессе в специальном обрезном штампе.

Штамповка в закрытых штампах

Закрытые штампы характеризуются постоянным минимальным зазором между частями инструмента, образование облоя в котором не предусмотрено. При такой схеме штамповки необходимо строго соблюдать равенство объемов заготовки и поковки. Недостаток металла приводит к незаполнению углов полости штампа, а избыток — к превышению размера поковки по высоте.

Преимущества безоблойной штамповки включают снижение расхода металла на единицу продукции, уменьшение энергозатрат на последующую обрезку, более благоприятное расположение волокон в поковке. Недостатками являются необходимость точной дозировки заготовок, ограниченность применяемых форм поковок и более низкая точность по высоте по сравнению с облойной штамповкой.

Детали и поковки, получаемые горячей штамповкой

Номенклатура деталей, изготавливаемых методом горячей объемной штамповки, чрезвычайно разнообразна. Технология позволяет получать изделия массой от нескольких граммов до 250 килограммов с габаритными размерами до 2500 миллиметров.

Основные группы штампованных деталей

• Стержневые детали: валы различного назначения, оси, шатуны, рычаги, тяги. Эти поковки характеризуются вытянутой формой и изготавливаются методом протяжки с последующей штамповкой в чистовом ручье.
• Дисковые детали: шестерни, фланцы, ступицы, крышки круглой или квадратной конфигурации с относительно небольшой длиной. Производятся методом осадки с последующим формообразованием.
• Корпусные детали: кронштейны, вилки, рычаги сложной пространственной формы. Требуют применения многоручьевых штампов с несколькими переходами.
• Детали с отверстиями: втулки, кольца, фланцы с центральным отверстием. Изготавливаются методом прошивки или пробивки на специализированном оборудовании.
• Крепежные изделия: болты, винты, заклепки различных типоразмеров. Производятся на горизонтально-ковочных машинах методом высадки.

Отрасли применения штампованных поковок

Детали, получаемые горячей штамповкой, находят применение практически во всех отраслях машиностроения. В автомобилестроении штампованные поковки составляют от 60 до 80 процентов от общего веса транспортного средства. К ним относятся коленчатые валы, шатуны, рычаги подвески, элементы рулевого управления, детали трансмиссии.

В авиационной промышленности горячая штамповка применяется для изготовления силовых элементов планера, деталей шасси, компонентов двигателей. Использование титановых и жаропрочных сплавов требует применения специального оборудования и тщательного контроля температурных режимов.

Железнодорожная техника использует крупногабаритные штампованные детали: оси колесных пар, боковины тележек, детали автосцепных устройств. Для их производства применяются мощные гидравлические прессы и крупные молоты.

В энергетическом машиностроении штамповкой изготавливают роторы турбин, диски компрессоров, валы генераторов. Эти детали работают в условиях высоких температур и нагрузок, что предъявляет особые требования к качеству металла и точности изготовления.

Точность и качество поковок при горячей штамповке

Точность размеров штампованных поковок регламентируется государственными стандартами и зависит от многих факторов: типа оборудования, конструкции штампа, свойств обрабатываемого материала, квалификации персонала.

Классы точности и допуски

Стандарты устанавливают пять классов точности поковок, получаемых горячей объемной штамповкой. Наивысший класс точности Т1 применяется для функциональных поверхностей, не подвергающихся последующей механической обработке. Допуски на размеры для этого класса минимальны и обеспечивают возможность сборки без дополнительной доработки.

Допуски при штамповке учитывают несколько факторов: недоштамповку по высоте, износ ручьев штампа, возможный сдвиг половин штампа, усадку металла при охлаждении. Величина допусков зависит от размеров поковки, типа оборудования и сложности конфигурации.

Преимущество горячей штамповки перед ковкой заключается в том, что допуски при штамповании в три-четыре раза меньше, чем при свободной ковке. Это существенно сокращает объем последующей механической обработки и повышает коэффициент использования металла.

Припуски на механическую обработку

Припуски на обработку резанием назначаются на те поверхности поковки, которые должны иметь высокую точность размеров и качество поверхности. Величина припусков составляет от одного до пяти миллиметров в зависимости от размеров детали и требований чертежа.

Современная тенденция заключается в минимизации припусков за счет повышения точности штамповки. Применение калибровки — дополнительного деформирования поковки в холодном или нагретом состоянии — позволяет достичь припусков до 0,05 миллиметра и полностью исключить механическую обработку отдельных поверхностей.

Преимущества и недостатки метода горячей штамповки

Горячая объемная штамповка занимает ведущее место среди методов обработки металлов давлением благодаря комплексу технологических и экономических преимуществ.

Основные преимущества технологии

• Высокая производительность: автоматизированные линии горячей штамповки позволяют производить сотни и тысячи деталей в смену, что в десятки раз превышает производительность ковки.
• Точность изготовления: допуски и припуски при штамповке значительно меньше, чем при ковке, что снижает трудоемкость последующей обработки.
• Сложная геометрия: метод позволяет получать детали такой конфигурации, которую невозможно изготовить свободной ковкой.
• Стабильность качества: использование штампа обеспечивает полную идентичность всех изготавливаемых поковок в партии.
• Улучшенные механические свойства: направленное течение металла формирует благоприятную структуру и расположение волокон.
• Экономия материала: коэффициент использования металла при штамповке выше, чем при механической обработке из проката.

Ограничения метода

К недостаткам горячей штамповки относится высокая стоимость штампов, изготавливаемых из специальных инструментальных сталей. Каждый штамп предназначен для производства поковок только одного типоразмера, в отличие от универсального инструмента свободной ковки.

Экономическая целесообразность применения метода достигается при крупносерийном и массовом производстве, когда стоимость штампа распределяется на большое количество деталей. Для единичного и мелкосерийного производства предпочтительнее использовать свободную ковку или другие методы обработки.

Часто задаваемые вопросы о горячей штамповке