Объемная штамповка

Виды объемной штамповки

Задумывались ли вы, как обычный металл превращается в точную деталь сложной формы? Всё начинается с объемной штамповки. Под действием силы и энергии оборудования металл переходит в пластическое состояние и заполняет форму полостей штампа, приобретая размеры изделия — поковки.

Различают четыре основных вида в зависимости от температуры исходного металла:

• ★ Холодная штамповка — стали без нагрева;
• ★ Полугорячая — с нагревом до 500–700 °С;
• ★ Горячая — с нагревом до ковочной температуры 1150–1200 °С;
• ★ Жидкая штамповка — с нагревом выше температуры линии ликвидус (расплавлением).

Холодной объемной штамповкой можно изготовить наиболее точные по форме и размерам поковки с чистой поверхностью. Но деформирование металла без нагрева требует высокой удельной силы и, соответственно, более мощного оборудования. Поэтому холодную штамповку применяют для мелких и средних поковок из стали и цветных металлов.

При нагреве сопротивление деформированию существенно снижается. Поэтому горячую и полугорячую объемную штамповку применяют для изготовления более крупных поковок.

В последнее десятилетие разработаны способы деформирования металлов в полутвердом состоянии с предварительно подготовленной глобулярной микроструктурой. Для этих способов — тиксоштамповка и реоштамповка — применяют традиционные гидравлические прессы с насосным приводом, а также разрабатывают специализированные гидроколенные прессы.

Кузнечно-штамповочное оборудование

Рынок современного оборудования для объемной штамповки представлен машинами статического действия (механические и гидравлические прессы), машинами ударного действия (винтовые прессы с фрикционным, прямым электрическим и гидравлическим приводом), а также пневматическими и гидравлическими молотам.

Кривошипные горячештамповочные прессы

КГШП предназначены для выполнения различных операций технологии горячей объемной штамповки заготовок из сортового металла в горячем и полугорячем состоянии. Это наиболее сложные, дорогие и высокопроизводительные типы кузнечно-штамповочного оборудования с относительно большим расходом энергии.

Наибольшие экономические преимущества применения КГШП достигаются в массовом и крупносерийном производства при штамповке в закрытых штампах.

По типу главного исполнительного механизма КГШП классифицируют на прессы с кривошипно-ползунным механизмом (с укороченным шатуном, со сдвоенным шатуном), кривошипно-клиновым, синусным механизмом. По расположению эксцентрикового вала разделяют на прессы с параллельным и перпендикулярным фронту валом.

При быстроходности 60–70 ход/мин начальная скорость деформирования — от 0,5 до 0,1 м/с, время контакта штампа с поковкой приблизительно 0,10–0,12 с.

Типовыми поковками для КГШП обычно являются различные объемные заготовки для автомобилестроения: шестерни, шатуны, коленчатые валы, а также фланцы трубопроводов. В автомобилестроении имеется тенденция штамповать на КГШП также поковки из алюминиевых сплавов.

Для нагрева заготовок под штамповку на КГШП обычно применяют индукционные нагреватели, обеспечивающие необходимую производительность, стабильность нагрева с минимальной окалиной. Загрузку заготовок на первую позицию штампа и перемещение по позициям осуществляют роботы-манипуляторы и различные подачи.

Опасность заклинивания при перегрузках кривошипно-ползунного механизма пресса вблизи крайнего нижнего положения ползуна характерна для всех кривошипных машин. Чтобы избежать заклинивания, необходима стабилизация деформирующей силы с помощью системы адаптивного ЧПУ. Если прессы не оборудованы такой системой, максимальная сила деформирования должна быть на 15–20% меньше номинальной силы пресса.

В прессах АМО ЗИЛ, National предусмотрены клиновые механизмы. Разрабатываются также механизмы с ЧПУ.

ЗАО «Тяжмехпресс» (г. Воронеж) предлагает гамму КГШП серии КБ80, КГ80, К80, К85, К04 силой 16–160 МН, оборудованных грейферной подачей и средствами механизации замены штампов.

Горизонтально-ковочные машины

ГКМ предназначены для горячей объемной штамповки-высадки из прутка за несколько (1–4) переходов преимущественно стержневых поковок в многоручьевых разъемных матрицах. Конструкции ГКМ оснащены главным (высадочным) кривошипно-ползунным и дополнительным (зажимным) кулачково-рычажным исполнительными механизмами.

При одновременном начале движения зажимной механизм опережает главный высадочный, зажимает заготовку и останавливается. Ползун главного механизма с закреплёнными пуансонами деформирует заготовку и совершает обратный ход.

Конструкции ГКМ подразделяют по типу привода на механические и гидравлические; по конструкции разъёма — на две основные группы: с вертикальным разъемом матриц (ВР) и горизонтальным разъемом матриц (ГР).

ОАО «Тяжпрессмаш» (г. Рязань) предлагает ГКМ серии В11 и ВВ11 силой 2,5 и 8 МН для высадки заготовок наибольшим диаметром 70 и 140 мм соответственно.

Система включения содержит фрикционные муфту и тормоз с электропневматическим управлением. Обеспечивает все необходимые режимы работы машины: пуск и останов в исходном положении, аварийный останов, работу на единичных и автоматических ходах, а также наладочный режим.

Холодноштамповочные автоматы

Холодноштамповочные автоматы предназначены для холодной объемной штамповки изделий в массовом и крупносерийном производстве. В автомобильной, тракторной и многих других отраслях холодная объёмная штамповка является одним из основных видов обработки металлов давлением. Экономия металла при этом способе достигает в ряде случаев 70–80%.

Принцип действия заключается в синхронизованном взаимодействии вспомогательных механизмов и главного рабочего механизма в соответствии с последовательностью операций для изготовление изделия из пруткового проката или штучных заготовок в холодном состоянии.

Основными производителями автоматов являются ОАО «Завод механических прессов» (г. Барнаул), АООТ «Азовский завод кузнечно-прессовых автоматов», фирма Hatebur (Швейцария) и др.

Однопозиционные автоматы

Однопозиционные одноударные автоматы предназначены для штамповки изделий с относительно небольшим рабочим ходом и достаточно простой формой. Массовый характер производства позволяет изготавливать специальные автоматы: шариковые и гвоздильные.

Наибольшее распространение получили автоматы с использованием в качестве заготовок непрерывного материала — проволоки, прутка. В структурной схеме таких автоматов предусматриваются механизм подачи непрерывного материала до упора, механизм отрезки мерной заготовки и переноса её на позицию штамповки.

Особенностью автоматов для штамповки шариков для подшипников является малая длина отрезаемой заготовки. Отношение длины к диаметру находится в пределах h/d = 1,8–2,1.

Многопозиционные автоматы

Многопозиционные автоматы предназначены для штамповки стержневых изделий и изделий типа гаек. Число рабочих позиций может достигать восьми.

Отличительные особенности:

• ☑️ Возможность выбора оптимальных степеней деформации за счёт рационального проектирования технологического процесса;
• ☑️ Равномерное повышение механических свойств материала в результате деформационного упрочнения;
• ☑️ Высокая точность штампуемых изделий;
• ☑️ Высокая производительность ввиду быстроходности;
• ☑️ Меньшая площадь по сравнению с суммарной площадью однопозиционных автоматами.

ОАО «Тяжпрессмаш» (г. Рязань) предлагает автоматы для холодной объемной штамповки серии АБ09 четырехпозиционные силой 5 МН и серии А09 пятипозиционные силой 5 и 8 МН.

Горячештамповочные автоматы

Автоматы для горячей объемной штамповки являются одним из прогрессивных видов кузнечно-штамповочного оборудования. Они широко применяются в серийном, крупносерийном и массовом производствах. Наиболее эффективным является использование этих автоматов в составе автоматизированных комплексов и автоматических линий, обеспечивающих выпуск от 4000 до 12 000 заготовок в час массой до 7,5 кг.

Горячая объемная штамповка позволяет обрабатывать все марки углеродистой и большинство марок легированной стали при сравнительно небольших технологических силах и малом расходе энергии.

Как правило, заготовки штампуются в закрытых штампах без облоя, имеют весьма малые штамповочные уклоны, низкие припуски на последующую механообработку (0,5–1,0 мм на сторону). В массовом производстве точность размеров достигает +/- 0,3 мм, экономия металла достигает 25% и более.

Изготовителем горячештамповочных автоматов в России является ОАО «Тяжпрессмаш» (г. Рязань). Из зарубежных производителей наиболее широко представлена компания Hatebur (Швейцария).

При работе на горячештамповочных автоматах рекомендуется применять индукционный нагрев, либо нагрев в электропечах сопротивления. Эти виды нагрева наиболее пригодны для высокопроизводительного и автоматизированного оборудования.

Современные автоматы оснащаются системами ЧПУ на базе программируемых логических контроллеров, которые обеспечивают основные технологические функции, контроль перемещения и позиционирования основных механизмов с точностью до 1° поворота коленчатого вала.

Полугорячая штамповка

Для полугорячей штамповки небольших по размерам деталей крупными сериями используют стандартные многопозиционные и однопозиционные автоматы для холодной объемной штамповки, оснащенные нагревательными устройствами и специальной системой охлаждения подающих роликов и штамповочного инструмента.

Автоматы могут работать как от бунта, так и от штучных заготовок. Наиболее эффективным является получение штучных заготовок в холодном состоянии непосредственно на этом же автомате. Отрезанные заготовки предварительно осаживаются, затем выдаются из автомата в нагревательное устройство, где осуществляется сплошной или частичный нагрев. После этого заготовки вновь поступают в автомат для окончательной штамповки.

Вывод простой: выбор оборудования для объемной штамповки зависит от типа изделия, серии производства и требуемой точности. Холодная штамповка экономит металл, горячая — позволяет работать с крупными поковками, полугорячая — компромисс между ними. Главное — правильно подобрать оборудование под конкретную задачу.