Изготовление поковок и штамповок: особенности технологии

Область распространения операций горячей обработки давлением и её виды

Изготовление поковок и штамповок горячей деформацией определяется температурой, при которой деформируемый металл перестаёт упрочняться. Упрочнение проявляет себя как постоянно растущие значения предела пластичности. Как следствие, к металлу приходится прилагать всё большее усилие, что негативно сказывается на расходе энергии деформирующими машинами. При горячей обработке давлением возрастает подвижность зерен макроструктуры, а их перемещение становится более легким. Поэтому удельные усилия заметно снижаются, поэтому становится возможным формоизменять сталь с высокими степенями деформации, не опасаясь при этом разрушения заготовки. 

Ковка и штамповка – основные виды горячей обработки давлением. Соответственно производственное оборудование в первом случае называют ковочным, а во втором – ковочно-штамповочным.

Неконтролируемость теплового расширения металла при горячей обработке давлением в большинстве случаев не даёт возможности изготавливать изделия без допусков и припусков.  Поэтому поковки, штамповки – заготовки, которые далее подлежат механической доработке по контуру, сверлению отверстий, изготовлению пазов или галтельных канавок.

Таким образом, под ковкой и штамповкой понимают технологию горячей обработки металлов давлением, которую производят при температурах конца аустенитного превращения. Для низкоуглеродистых и нелегированных сталей – это диапазон температур 1050…12000С, а для высокоуглеродистых и легированных – 850…9500С.

Ковка металла

При ковке течение металла под действием деформирующего инструмента ничем не ограничивается, поскольку формоизменение происходит нажатием гладких бойков по поверхности заготовки. Усилие деформации при этом наименьшее, однако и возможности для точного деформирования металла минимальны: пластическое течение всегда происходит в направлении наименьшего сопротивления, т.е., в зазор между бойками. Поэтому ковка является чисто заготовительной операцией и выполняется в следующих случае:

• Для предварительного перераспределения металла в слитке или в катаной штучной заготовке;
• Для дробления зерен заготовки после её термообработки.

Основные операции ковки:

1. Осадка (уменьшение высоты заготовки при соответствующем увеличении ее диаметра).
2. Протяжка (увеличение длины заготовки при уменьшении ее высоты).
3. Прошивка закрытая и открытая – получение глухих или сквозных отверстий.
4. Кручение – винтообразное изменение продольной оси заготовки.
5. Рубка – разделение заготовки на несколько частей.

Ковку проводят на паровоздушных ковочных молотах, а для деформирования особо крупных поковок (например, коленчатых валов) используют парогидравлические ковочные прессы. Заготовку, прошедшую переходы ковки, называют поковкой.

Горячая штамповка

При горячей штамповке (она, кстати, бывает как объёмной, так и листовой: последняя применяется для трудно деформируемых сталей, которые поставляются как толстолистовой прокат толщиной более 15…20 мм) течение металла под действием рабочего усилия ограничивается формой полости рабочего инструмента – штампа. Иногда готовое изделие после такого формоизменения так и называют - «штамповка», но практически более распространён термин «поковка», поскольку изначально уже известно, ковкой или штамповкой обрабатывается металл.

Штамп представляет собой сложный инструмент, состоящий из двух половинок – подвижной и неподвижной. При этом подвижная часть штампа прикрепляется к ползуну пресса или к бабе паровоздушного штамповочного молота, а неподвижная размещается на столе горячештамповочного оборудования.

Наличие боковых стенок штампа повышает усилие деформирования из-за появления сил трения. Однако готовые штамповки отличаются значительно более высокой размерной точностью, поэтому допуски при этом намного меньше. Кроме того, наличие современного горячештамповочного оборудования – горячештамповочных автоматов, винтовых и кривошипных прессов – позволяет минимизировать также припуски на механическую обработку. Штампованная поковка в ряде случаев подлежит только очистке от окалины.

Таким образом, поковка, штамповка – отличия между ними заключаются в степени точности конечного изделия, и в его форме.

Последовательность проведения технологических процессов горячей штамповки:

1. Нагрев заготовки пламенными иди электрическими печами.
2. Собственно деформирование (основными схемами течения металла являются осадка и выдавливание).
3. Обрезка облоя – технологического остатка, наличие которого обеспечивает заполнение трудно заполняемых полостей штампа.
4. Правка-калибровка, в результате чего выравнивается продольная ось изделия, изогнутая возникшими при деформировании термическими напряжениями.

Итак, поковка, штамповка – разница между ними состоит в том, что поковка после деформирования всегда подвергается последующей обработке, в то время как штамповка уже имеет форму, приближающуюся к форме конечной детали.