Горячая штамповка: технология и оборудование

О чем речь? Горячая штамповка – один из методов обработки металла давлением, позволяющий получить изделия сложных форм. Для этого подходят сталь, алюминий, латунь и ряд других материалов.

На что обратить внимание? Горячую штамповку классифицируют в зависимости от метода проведения (в открытом или закрытом штампе) и по виду оборудования (прессы, молоты, горизонтально-ковочные машины).

Технология горячей штамповки

Речь пойдет о процессе получения готовых изделий из металлических заготовок, нагретых до требуемой температуры. Обработка, в ходе которой применяются специальные штампы, происходит под действием высокого давления. При выполнении горячей штамповки температура повышается от простого нагрева до значений, при которых может производиться ковка.

Для того чтобы удерживать разогретый металл внутри штампа, его внутреннюю поверхность снабжают специальными выступами и углублениями. В результате формируются замкнутые полости (ручьи), имеющие конфигурацию, которая соответствует форме готовых деталей.

Заготовками для горячей объемной штамповки металла служат бруски, которые могут иметь различное сечение – квадратное, прямоугольное, круглое или периодическое. Также в производстве готовых изделий с применением данной технологии могут использоваться сплошные металлические прутки, на отдельном участке которых формируют поковки с необходимой геометрией, отделяемые затем с помощью резки.

Горячая штамповка, в ходе которой заготовки подвергаются предварительному нагреву, наиболее эффективна при крупносерийном или массовом выпуске готовых изделий. Если металлопродукция производится большими партиями, наиболее ярко проявляются преимущества ГОШ:

• снижение количества металлических отходов;
• увеличение производительности труда;
• возможность изготовления изделий с чрезвычайно сложной конфигурацией;
• готовые детали, которые изготавливаются с помощью метода горячей штамповки металла, отличают не только особая точность геометрических параметров, но и крайне высокое качество поверхности.

Технологически процесс горячей штамповки состоит из многочисленных этапов, на каждом из которых выполняются определенные операции. Обработка заготовок начинается загрузкой в рабочую зону и заканчивается, когда выгружаются готовые изделия.

Производство с применением ГОШ требует подготовки. В первую очередь необходимо разработать проект. Проектировщики и операторы выполняют следующие действия:

• выбирают технологию, которая будет применяться для изготовления изделий, в частности, вид штампов (открытый или закрытый ручей);
• разрабатывают подробные чертежи готового изделия;
• определяют количество операций, необходимых для выпуска готовой продукции;
• разрабатывают отдельные чертежи для каждого из этапов обработки (переходов);
• подбирают необходимое оборудование и формируют штампы с учетом требуемой мощности на каждом из этапов обработки заготовок;
• определяют оптимальные способы нагревания и температурный режим;
• определяют, какие операции необходимо выполнить при финишной обработке изделий, учитывая требования, предъявляемые к их качеству.

Проектирование и разработка технологического процесса завершаются расчетом его экономической эффективности и технических параметров.

Оборудование для горячей штамповки

Горячая объемная штамповка выполняется с помощью специальных молотов, кривошипных горячештамповочных прессов, горизонтально-ковочных машин, гидравлических или винтовых прессов, а также машин, используемых для специализированных процессов ГОШ. Каждый из этих видов оборудования обладает уникальными особенностями, которые обусловлены конструкцией и принципом действия.

Молоты

Горячую объемную штамповку выполняют в основном с помощью паровоздушных штамповочных молотов, масса рабочей части которых может составлять от 630 кг до 25 т.

Обработка выполняется несколькими ударами (от 3 до 5), после каждого процесс деформирования прерывается на время, необходимое, чтобы баба молота опять поднялась наверх. При этом происходит относительно быстрое остывание нижней части поковки, которая находится в постоянном контакте с металлом нижней части штампа. Течение процесса облегчает самопроизвольное удаление с поверхности изделий окалины, которая отваливается под ударами и выдувается сжатым воздухом.

Бесшаботные паровоздушные горячештамповочные молоты оснащаются подвижными нижними бабами, которые соединяются с верхними механически или с помощью гидравлики. Такое оборудование обеспечивает энергию удара до 1 мегаджоуля, обеспечивая обработку крупных заготовок главным образом в одноручьевых штампах (применение многоручьевых затрудняется подвижностью обеих половин механизма).

Кривошипные прессы горячей штамповки

Работа кривошипных горячештамповочных прессов с точки зрения кинематики происходит следующим образом. Крутящий момент от электрического двигателя передается клиновидными ремнями шкиву, посаженному на приемный (промежуточный) вал с закрепленным на нем малым зубчатым колесом, которое взаимодействует с большим.

Последнее свободно вращается на кривошипном валу, пока не задействуется фрикционная муфта, обеспечивающая сцепление. Вращение преобразуется в возвратно-поступательное движение с помощью шатунно-ползунного механизма.

Когда выключается муфта, кривошипный вал останавливается специальным тормозом. Для регулировки штамповочного пространства предусмотрено перемещение стола по наклонной траектории с помощью клина. Извлечение поковок из штампов облегчается выталкивателями, которыми оснащены стол и ползун (они срабатывают при подъеме последнего).

Штамповка изделий сложной конфигурации затрудняется плохим заполнением полостей, поэтому применяются штампы с большим количеством ручьев, чем при использовании молотов. Половины штамповочного механизма при смыкании оставляют зазор, равный толщине заусенца. По этой причине используются открытые полости.

Выталкиватели позволяют использовать прессы, развивающие усилие от 6,3 до 100 МН для штамповки выдавливанием и прошивкой.

Горизонтально-ковочные машины

Конструкция штампов, которые используются в горизонтально-ковочных машинах, включает в себя три элемента – неподвижную матрицу, подвижную матрицу и пуансон, которые могут размыкаться по двум плоскостям, расположенных под прямым углом одна к другой.

Нагретый участок заготовки заводится в неподвижную часть матрицы, пока пруток не упрется в специальный упор. После включения машины пруток прижимается подвижной частью матрицы к неподвижной. После того как ограничитель автоматически отводится в сторону, выступающая часть заготовки деформируется пуансоном, что заставляет металл заполнить полость в форме. Расположение формующей полости может быть различным, она может находиться как в матрице, так и в пуансоне (в отдельных случаях в обоих местах).

Штамповка металлических поковок с помощью горизонтально-ковочных машин выполняется высадкой, прошивкой или пробивкой.

Гидравлические прессы

Горячая штамповка с помощью гидравлических прессов – это процесс, во многом схожий с обработкой металла в ковочных прессах. Такое оборудование развивает усилие до 750 МН.

С помощью гидравлических прессов изготавливают диски, коленчатые валы, различные рычаги, кронштейны, полусферические днища, цилиндрические стаканы и т. д. Такое оборудование широко применяется в самолетостроении, где с его помощью производят крупногабаритные легкосплавные панели и рамы. В качестве заготовок используется металлопрокат (включая листовой) и поковки. Нагретые заготовки перед укладкой в штампы тщательно очищают от окалины.

Виды штампов для горячей штамповки

Разные типы заготовок и серийность выпуска требуют применения закрытых или открытых штампов.

Открытые штампы

При обработке заготовок в открытых штампах дополнительная полость между подвижной и неподвижной частями матрицы может быть разной величины в зависимости от веса поковки. Такой зазор необходим, чтобы в него перетекал металл, остающийся после заполнения формовочной полости во время пластического деформирования. Образующийся при этом облой (заусенец) обрезается в ходе последующей обработки.

Открытые штампы позволяют использовать заготовки разной массы.

Закрытые штампы

Отсутствие дополнительной полости между подвижной и неподвижной частями не оставляет места, куда мог бы перетекать металл при штамповке. Благодаря крайне малой (около 0,1 мм) величине зазора не образуются заусенцы.

Закрытые штампы отличаются от открытых тем, что заготовки должны по объему быть максимально близки к параметрам готовых изделий. В противном случае либо не происходит полного заполнения формовочной полости, либо деталь будет большей высоты, чем необходимо.

Главное преимущество закрытых штампов – высокий коэффициент использования материала за счет отсутствия заусенцев. При пластическом деформировании металла направление волокон ограничивается контуром матрицы и не происходит их пересечения при переходе в облой, что часто случается при обработке заготовок с помощью открытых механизмов.

Закрытые штампы широко применяются для обработки малопластичных материалов, так как в них развивается значительно большее сжимающее напряжение, чем в открытых.

Детали, получаемые горячей штамповкой

Метод штамповки широко применяется в промышленности для изготовления тонкостенных изделий, обшивки военных кораблей и космических аппаратов. Все типы оборудования для обработки металлических заготовок данным способом включают в себя матрицу и пуансон, от формы которых зависят размеры и конфигурация готовых изделий. Такие технологии отличаются высокой производительностью и простотой.

Однако перед обработкой металлических заготовок штамповкой конструкторы и технологи выполняют сложную работу по проектированию, цель которой достичь оптимального сочетания операций по деформированию и разделению, что позволит сократить процесс и уменьшить количество отходов.

Разделительные операции:

• резка – отсечение излишков металла с заготовок режущим инструментом;
• вырубка – отделение от листового металла заготовок с замкнутым контуром (треугольники, квадраты, круги и т. п.);
• пробивка – выполнение в металлических заготовках отверстий различной конфигурации.

В число формоизменяющих операций входят:

• гибка, позволяющая выполнять V- и U-образные, а также более сложные изгибы заготовок;
• вытяжка, которая позволяет изменять толщину листовых заготовок;
• отбортовка – создание бортов на краях готовых изделий;
• обжим – уменьшение площади поперечного сечения на концах заготовок;
• формовка – изменение формы заготовок с сохранением ее контуров.

При проектировании пользуются опытными образцами для проведения испытаний, позволяющих определить максимальные скорость и температуру обработки в зависимости от конкретного материала и изготовить пресс-формы, которые в дальнейшем будут использоваться в многочисленных операциях, составляющих части производственного цикла.

При штамповке для создания сжимающего напряжения могут применяться:

• твердая резина;
• жидкости (при штамповке металлические листы прижимаются к матрице под давлением жидкой среды);
• взрывы (металл заготовок вдавливается в матрицу взрывной волной).

Метод штамповки с помощью эластичных сред широко применяется для изготовления диафрагм, поперечных деталей каркаса самолетных крыльев, полупатрубков, пространственных элементов.

Почему следует обращаться именно к нам

Мы с уважением относимся ко всем клиентам и одинаково скрупулезно выполняем задания любого объема.

Наши производственные мощности позволяют обрабатывать различные материалы:

• цветные металлы;
• чугун;
• нержавеющую сталь.

При выполнении заказа наши специалисты применяют все известные способы механической обработки металла. Современное оборудование последнего поколения дает возможность добиваться максимального соответствия изначальным чертежам.

Для того чтобы приблизить заготовку к предъявленному заказчиком эскизу, наши специалисты используют универсальное оборудование, предназначенное для ювелирной заточки инструмента для особо сложных операций. В наших производственных цехах металл становится пластичным материалом, из которого можно выполнить любую заготовку.

Преимуществом обращения к нашим специалистам является соблюдение ими ГОСТа и всех технологических нормативов. На каждом этапе работы ведется жесткий контроль качества, поэтому мы гарантируем клиентам добросовестно выполненный продукт.

Благодаря опыту наших мастеров на выходе получается образцовое изделие, отвечающее самым взыскательным требованиям. При этом мы отталкиваемся от мощной материальной базы и ориентируемся на инновационные технологические наработки.

Мы работаем с заказчиками со всех регионов России. Если вы хотите сделать заказ на металлообработку, наши менеджеры готовы выслушать все условия. В случае необходимости клиенту предоставляется бесплатная профильная консультация.