Горячая объемная штамповка: Горячая штамповка металла: технология и оборудование

Горячая объемная штамповка и холодная штамповка деталей из листового металла

Горячая объемная штамповка представляет собой процесс намеренного деформирования нагретой заготовки из разного рода металла для изменения ее размеров и конфигурации.

Причем, геометрические характеристики изделия при этом меняются в нескольких измерениях, а не в одной плоскости. Технология нашла применение во многих отраслях промышленности и имеет весьма обширные перспективы для дальнейшего развития и совершенствования.

Содержание

1. В каких областях промышленности технология нашла применение?
2. Разновидности объемной штамповки
3. Технологические схемы штамповки
4. В закрытых штампах
5. В открытых штампах, имеющих переменный зазор
6. Инструменты и оборудование
7. Подведем итог

В каких областях промышленности технология нашла применение?

Горячая объемная штамповка ‒ вид обработки металлозаготовок с помощью давления, который подразумевает использование специального инструмента, штампа, для формообразования поковки из разогретой заготовки.

Поверхности полостей и выступов отдельных частей штампа при этом ограничивают течение металла, поэтому в итоге операции происходит образование единственной замкнутой полости по конфигурации поковки. Такую полость называют ручьем.

Для данного вида обработки необходимы специальные штамповочные заготовки. Их изготавливают с применением проката профилей разных форм путем разрезания прутков на отдельные изделия кривошипными пресс-ножницами, механическими пилами, газовой резкой и т.п.

Горячая объемная штамповка.

Достоинства такой технологии при сравнении заключается в следующем:

• высокие показатели производительности;
• более высокая точность изготовления деталей: допуски при штамповании поковок в 3 раза меньше, нежели при ковке.

Основными недостатками технологии являются дороговизна инструмента и его узкая направленность: конкретный штамповочный станок подходит для создания поковки одной формы и размера.

Помимо этого, для осуществления объемной горячей штамповки поковок потребуется в несколько раз больше усилий деформирования, нежели для ковки аналогичных поковок.

На заметку! Крупными называют поковки с массой в несколько сот килограммов, но они используются в редких случаях. Еще реже можно встретить изделия с массой 2-3 тонны. Наиболее распространенные формы имеют массу от 20 до 30 кг.

Технология активно применяется на производственных предприятиях металлообрабатывающей промышленности, которые имеют дело с алюминиевыми сплавами, латунью.

С помощью горячей штамповки прессом изготовляются заготовки для деталей легковых автомобилей, тракторов и других видов сельскохозяйственных машин, самолетов, железнодорожных вагонов, станков и т.п.

С учетом тенденции к росту серийности в машиностроении штамповка в будущем приобретет еще большую популярность и развитие.

https://youtu.be/0-1fp3iKrT4

Разновидности объемной штамповки

Существуют разные виды объемной штамповки: и горячая. Первая технология менее распространена, нежели горячая, так как для нее не требуется очень мощное оборудование.

Помимо этого, стоит отметить склонность большинства сталей и сплавов поддаваться обработке именно в горячем состоянии. Поэтому именно горячий вид штамповки и ковки предпочтителен для множества предприятий металлургической отрасли, которые предполагают изготовление изделий из листов металла.

Но и свои достоинства у холодной технологии создания поковок из металла присутствуют:

• в процессе работы не происходит нагревание металла;
• металлическая поверхность не окисляется при контакте с кислородом;
• можно изготовить изделия с более точными параметрами;
• низкие показатели шероховатости металлической поверхности;
• низкий расход металла;
• низкая трудоемкость производства изделий.

Отметим! При холодной объемной штамповке изделиям не нужна финишная обработка.

Горячий метод штамповки поковок отличается:

• высокими показателями производительности;
• отменной однородностью и прочностью готовых поковок;
• возможностью получения поковки сложной формы;
• высокой автоматизации рабочих процессов.

Процесс горячей штамповки.

Различают разные способы горячей объемной штамповки, в зависимости от типа примененных штампов:

• открытая;
• закрытая;
• выдавливанием;
• прошивкой;
• в разъемных матрицах.

Именно  такая классификация считается основной, потому что тип использованного в работе штампа является определяющим фактором для характера течения металла при формообразовании поковки.

Благодаря использованию технологии обработки металлов данным методом можно изготовить разнообразные по геометрическим параметрам поковки:

1. Детали удлиненной формы: рычаги, шатуны. Для их производства потребуется штамповочный пресс.
   Исходную заготовку поддают протягиванию и обрабатывают плашмя. В конце работы деталь фасонируют при помощи ковки.
2. Дисковые детали квадратной, круглой формы и небольшой длины: ступицы, шестеренки, фланцы, крышки.
   Изготавливаются с помощью технологии осадки в торец заготовки. А их использование осуществляется с применением штамповочных переходов.

Путем штамповки крайне сложно изготовить абсолютно точные по размеру поковки, по этой причине существует такое понятие как допуски. Они учитывают недоштамповку изделия по высоте, износ ручья штампов, риск сдвига штампов в процессе использования и т.п.

Если допуски обуславливают чистоту поверхности и точность поковки, что удовлетворяет общим требованиям к конечным результатам работы, то в дальнейшем иных припусков не предполагают.

Если же предполагаемые заранее допуски или чистота поверхности металла на деле оказались неудовлетворительными, стоит рассмотреть возможность получения более точных параметров поковок путем калибровки, чеканки, улучшения качества самого процесса и нагрева.

Если же это решение не позволяет решить вопрос, то назначаются припуски для последующей обработке путем резки.

Технологические схемы штамповки

Станок горячей штамповки металла функционирует с применением специальных рабочих схем. С их помощью выполняется ковка и штамповка различных металлических изделий. Исходя из характеристик примененной рабочей схемы, можно определить будущие параметры готовой поковки.

Классифицировать такие схемы можно по типу задействованных в работе штампов:

В закрытых штампах

Штамповка заготовки.

Полость штампа в процессе деформации закрыта, поэтому зазор между подвижной и неподвижной зонами минимален. Особенности устройства штампа закрытого типа определяет вид штамповочного станка.

В большинстве случаев верхняя часть штампа характеризуются выступом, а нижняя – представляет собой полость. Также можно встретить обратную ситуацию.

Применение подобных изделий на практике должно осуществляться с тщательной подготовкой и четким контролем над идентичностью объемов поковки и заготовки.

Несоблюдение данных требований может привести к частичному заполнению углов полости металлом, если его будет недостаточно.

Также проблемы могут возникнуть с высотой поковки при работе горячим методом: если металла будет чрезмерно много, высота поковки получится больше, чем запланировано. Чтобы штамповка проходила по оптимальной схеме, важно отрезать заготовки с максимальной точностью.

В открытых штампах, имеющих переменный зазор

В него вытекает определенный объем металла, что позволяет заполнить рабочую полость поковки в полной мере. Помимо этого, облой заполнится излишками металла на конечной стадии работы, что снизит запрос к точности заготовок по весу.

Холодная и горячая штамповка с применением таких изделий осуществляется в четыре стадии: осадка заготовки, совмещение стеночек изделия с заготовкой, вытекание лишнего металла в канавку при обжатии, удаление избыточного металла из полости.

Достоинством штампов для горячей штамповки является возможность произвести любой вид поковок.

Закрытые штампы также характеризуются определенными преимуществами:

1. Более благоприятная структура поковок.
   В данном случае не происходит перерезания волокон в облой в точке вытекания металла. Они обтекают поковочный контур, что позволяет достигнуть уникальной точности поверхности деталей без каких-либо видов шлифовки;
2. Отсутствие облоя при такой схеме.
   Это позволяет значительным образом снизить расход металла.
3. Наличие возможности работать с малопластичными сплавами, характеризующимися высоким уровнем деформации под высоким напряжением неравномерного всестороннего сжатия.

Инструменты и оборудование

Штамповочное производство холодным и горячим методами требует наличия ряда инструментов и приспособлений. Применяемое для штамповки оборудование условно делится на основное и вспомогательное.

К первой группе инструментов причисляют штампы, разделяющиеся, в свою очередь, на ковочные для изготовления изделий и обрезные для ликвидации заусенцев после штамповки.

Все они предназначаются для создания исключительно заданной детали, но иногда можно встретить и варианты со съемными частями и блоками, которые позволяют выполнить переналадку.

Штамповочный инвентарь для горячей технологии производится из высококачественной легированной инструментальной стали, потому что на изделия в процессе эксплуатации оказывается высокое механическое давление и термическая нагрузка.

Но это довольно дорогой материал, поэтому для экономии денежных средств штампы производят со вставками из более дешевых металлов.

Холодная штамповка металла предполагает использование оборудования, работающего при высоких удельных нагрузках и обеспечивающего высокую точность форм и размеров изделий. Оно характеризуется высокой производительностью и увеличенным рабочим ходом, так как обладает высокой жесткостью конструкции.

Процесс получения объемных штампов.

Kо второй группе инструментов и приспособлений для осуществления штамповки относят:

• приспособления, позволяющие осуществить доставку и загрузку металла в печь, его подачу от печи к молоту и передачу заготовок от одного молота к последующему;
• инвентарь для подачи заготовок под штамповочный пресс с их последующим перекладыванием из одного ручья штампа в другой;
• инструменты для удаления поковки из штампов после изготовления;
• измерительные приборы и шаблоны для осуществления периодического контроля отштампованных поковок.

На заметку! В конструкции штампа необходимо иметь такие эксплуатационные параметры, чтобы она позволяла менять форму заготовки согласно конкретным требованиям, прочно фиксировалась на оборудовании, предоставляла возможность сохранить точность ее установки и комфортабельную транспортировку.

Для обработки деталей из металла методом горячей объемной штамповки потребуется следующее оборудование:

• молотовые штампы;
• горячештамповочные кривошипные прессы;
• горизонтально-ковочные агрегаты.

Самые распространенные варианты сегодня ‒ это паровоздушные молоты с двойным действием и простые приводные фрикционные молоты. Они работают за счет ударно-деформирующего воздействия на металлозаготовку.

Высококачественное перераспределение металла можно обеспечить при условии одновременного регулирования хода подвижных деталей и силы удара в сочетании с кантованием заготовки. Отметим, что молоты причисляются к категории довольно недорого штамповочного оборудования.

Также при горячем штамповании часто используются кривошипные прессы с жестким приводом, не позволяющим изменять направление ползуна.

Изготовленные с помощью прессов поковки отличаются большей точностью за счет жесткого хода. Это сводит к минимальной вероятности риск появления припусков на механическую обработку.

Недостаток такого оборудования заключается в необходимости проводить предварительную очистку заготовки от окалины, иначе она вжимается в тело поковки.

При соприкосновении разогретого металла со стеночками пресса происходит остывание заготовки из-за большого количества времени, потраченного на процесс деформации.

Подведем итог

Горячая и холодная штамповка – технологии, активно задействованные на предприятиях металлургической промышленности, в машино- и авиастроении и в иных производственных сферах при изготовлении разного типа деталей из стали и цветных металлов.

При этом горячая листовая штамповка встречается чаще, нежели холодная, так как позволяет работать практически со всеми металлами, и в том числе низкоплавкими.

Фильм Горячая объемная штамповка. (1972)

Рабочий переносит горячую заготовку под молот.

Молот сплющивает деталь.

В дальнейшем ее обрабатывают под прессом.

Горячие детали переносят на другой пресс.

Две половины штампа имеют полости, соответствующие форме поковки, между ними помещается заготовка, нагретая до заданной температуры.

Обе половины штампа смыкаются с усилием необходимым, чтобы вызвать пластическое течение металла в полость штампа.

Изменение формы заготовки при каждом ударе молота.

В результате получается требуемая поковка.

Мультфильм, поясняющий процесс поковки.

Излишек металла затекает в облойную канавку в месте разъема штампа.

Облой является тормозящим кольцом и способствует заполнению щтампа металлом, что является признаком открытой штамповки.

Показан процесс изготовления штампа.

Мультфильм, показывающий закрытую штамповку.

Облойная канавка отсутствует.

Вся заготовка превращается в поковку.

Такая штамповка позволяет экономить металл и время на дальнейшей обработке поковки.

В тоже время требуется более точная подготовка заготовки, большее деформирующее усилие чем при открытой штамповке.

Поковка простой формы одноручьевой штамповки.

Процесс поковки много ручьевой.

Для поковки шатуна потребовался пятиручьевой штамп.

Заготовительное отделение кузнечно-штамповочного цеха.

Нарезка на заготовки металлических прутков.

Работа прессножниц.

Высокоуглеродистые и легированные стали перед нарезкой нагреваются 400-700 градусов.

Нарезка прутков пилами, абразивными кругами.

Нагревание стальных заготовок в газовой пламенной печи перед штамповкой.

Окалина на заготовке.

Безокислительный нагрев заготовок в атмосфере инертных газов.

Нагрев заготовок в индукционных нагревателях.

Работа пресса.

Для штамповки применяются молоты, прессы, горизонтально-ковочные машины.

Штамповка молотом, в каждом ручье молот наносит несколько ударов.

Штамповка коленчатого вала, при использовании 2 ручьев.

Кривошипный горячештамповочный пресс.

Штамповка проходит за один штамповочный ход.

Штамповка выдавливанием.

Мультфильм, поясняющий этот вид штамповки.

Удаление поковки из штампа выдавливанием.

Что такое горячая ковка | ChinaSavvy

Горячая ковка влечет за собой нагрев заготовки примерно до 75% температуры ее плавления. Это позволяет снизить напряжение течения и энергию, необходимые для формирования металла, эффективно увеличивая скорость производства (или скорость деформации). Горячая ковка помогает облегчить форму металла, а также снижает вероятность его разрушения.

Железо вместе с его сплавами почти всегда подвергают горячей ковке по двум основным причинам:

1. Если деформационное упрочнение будет прогрессировать, с твердыми материалами (такими как сталь и железо) будет труднее работать, и
2. Более экономичным вариантом является горячая ковка металлов, таких как сталь, с последующей термообработкой, поскольку металлы, такие как сталь, можно упрочнить с помощью других процессов (и не обязательно только процессов холодной обработки).

В то время как другие материалы необходимо укреплять в процессе ковки, такие материалы, как большинство титановых и алюминиевых сплавов, можно подвергнуть горячей ковке, а затем закалить.

Средние температуры горячей штамповки включают:

• Алюминиевые (Al) сплавы — от 360° (680°F) до 520°C (968°F)
• Сплавы меди (Cu) — 700°C (1 292°F) — 800°C (1 472°F)
• Сталь – до 1 150°C (2 102°F)

В процессе горячей штамповки температура достигает температуры выше точки рекристаллизации формируемого металла. Будучи процессом, в котором металлы пластически деформируются выше их температуры рекристаллизации, эти высокие температуры необходимы, чтобы избежать деформационного упрочнения во время деформации.

Этот процесс обычно включает нагрев металла (до указанной выше точки его рекристаллизации), после чего он разбивается в матрицу – в зависимости от требований, эта матрица также может быть нагрета. Поскольку металл горячий, он легко «двигается» и позволяет производителям создавать более сложные формы, чем при холодной ковке.

Для суперсплавов (которые имеют низкую способность к штамповке) используются такие процессы, как изотермическая ковка, при которой деформация происходит в контролируемой атмосфере, чтобы избежать окисления.

Изотермическая ковка, также известная как горячая штамповка, представляет собой процесс горячей обработки, при котором заготовка поддерживается при максимально повышенной температуре на протяжении всего процесса формования.

Поддержание этой температуры осуществляется за счет нагрева штампа — это будет температура или немного ниже, чем повышенная температура заготовки. Силы, прилагаемые этой матрицей, формируют заготовку, и, поскольку матрица также имеет повышенную температуру, исключается охлаждение заготовки между рабочей поверхностью пресс-формы. Это, в свою очередь, приводит к улучшению характеристик текучести металла (заготовки).

Обратите внимание, что изотермическую ковку можно выполнять и в вакууме.

Плашки для горячей обработки

Штампы, используемые при горячей ковке, подвергаются жестким термическим циклам и механическим нагрузкам. Это, в свою очередь, влияет на срок службы штампа, так как штамп открыт для:

1. Грубый крекинг
2. Пластическая деформация
3. Термоусталостное растрескивание
4. Одежда

В зависимости от типа используемой операции ковки, материала и размера формируемой детали, и это лишь несколько примеров, штампы для ковки должны обладать следующими свойствами и характеристиками:

• Достаточная твердость, а также способность сохранять эту твердость при повышенных температурах.
• Достаточная прокаливаемость, а также сопротивление усталости.
• Хорошая пластичность и ударная вязкость во всех направлениях как при повышенных, так и при низких температурах.
• Повышенные уровни как твердости в горячем состоянии, так и прочности на растяжение в горячем состоянии.

Преимущества горячей штамповки

Горячая ковка, обычно используемая для изготовления деталей, имеющих значение в технических приложениях, также является рекомендуемым процессом деформации металлов с высокими коэффициентами формуемости.

К преимуществам горячей штамповки относятся:

• Повышенная пластичность.
• Из-за снижения предела текучести для работы с материалом требуется меньше энергии (или силы).
• При горячей штамповке и последующей деформации поры могут уменьшаться (в размерах) или полностью закрываться.
• Поскольку повышенные температуры увеличивают диффузию, можно, в свою очередь, уменьшить или устранить химическую неоднородность.
• В стали горячей штамповки деформируется слабый и пластичный ГЦК (гранецентрированный кубический) аустенит вместо прочного ОЦК (объемноцентрированного кубического) феррита, который деформируется при более низких температурах ковки.

Недостатки горячей штамповки

Горячая обработка, как и все процессы обработки металлов давлением, также имеет ряд недостатков. К этим недостаткам относятся:

• Результат менее точного допуска, вызванного короблением и тепловым сжатием. Это происходит в тех случаях, когда присутствует неравномерное охлаждение.
• Существует вероятность того, что зернистая структура металла может варьироваться.
• При горячей обработке также возможна нежелательная реакция между кованым металлом и окружающей атмосферой.

Вернуться на главную страницу: Ковка металлов

Дополнительная литература:

• Что такое холодная ковка
• Процессы ковки металлов
• Материалы, используемые в ковке металлов
• Допуски в ковке металлов
• Покрытия для кованых деталей

Холодная ковка против горячей ковки: плюсы и минусы

Холодная ковка — важный процесс, используемый для придания формы и упрочнения металлов. Чтобы лучше понять, как это работает, важно сначала понять, что такое ковка и что предлагает каждый тип ковки.

Что такое ковка?

Ковка — это производственный процесс, при котором цельная металлическая заготовка деформируется, а затем ей придается новая форма с помощью сжатия. В отличие от других методов придания формы металлу, ковка дает творцу больший контроль над конечным результатом, поскольку зерна металла деформируются, принимая новую форму. Это означает, что фальсификатор может решить, какие части нового металлического предмета будут самыми прочными. В результате кованая деталь прочнее той же детали, созданной путем литья или механической обработки.

Для выполнения ковки используются различные инструменты, в том числе более традиционные молот и наковальня, а также промышленное использование молотов, приводимых в действие электричеством, паром или гидравликой. Сегодня ковка в основном выполняется машинами на промышленном уровне и является всемирной отраслью.

Ковка производится «горячей», «теплой» или «холодной». винтовые прессы

Что такое холодная ковка?

Холодная ковка, также называемая холодной штамповкой, представляет собой процесс, который происходит при температуре, близкой к комнатной, а не при более высоких температурах, как при горячей и горячей ковке. Для этого заготовку помещают между двумя штампами и растирают штампы до тех пор, пока металл не примет их форму. Из-за трения, создаваемого процессом, температура кованого металла может подняться до 250°C или 482°F. Холодная ковка имеет свои преимущества и недостатки.

Преимущества холодной ковки

Поскольку этот процесс происходит без предварительного нагрева металла, он дает много преимуществ и часто используется в автомобильной промышленности. Например, он часто более экономичен, чем другие процессы, поскольку конечный продукт не требует особой отделки, если вообще требует ее. После этого также практически не остается лишнего материала, поскольку чистый вес исходного металла примерно равен весу готового продукта. Помимо отсутствия лишнего материала, штампы, используемые при холодной ковке, служат дольше, чем при горячей ковке, что означает меньшее количество замен.

Еще одним преимуществом является то, что, хотя пластичность металла снижается в процессе холодной ковки, в металле наблюдается значительное увеличение как предела текучести, так и прочности на растяжение. Поскольку металл не нагревается, зерна металла сохраняют свой размер и меняют направление, чтобы соответствовать изменению формы самой детали, что приводит к увеличению прочности.

Недостатки холодной ковки

Основным недостатком холодной ковки является то, что ее нельзя использовать для всех металлов, потому что некоторые типы с большей вероятностью треснут или сломаются в процессе. Например, в то время как некоторые стали могут быть кованы при комнатной температуре, типы стали с содержанием углерода 0,5% или выше не могут.

Другим недостатком является то, что холодная ковка позволяет создавать только определенные формы. Эти формы обычно более простые и производятся серийно. Если вы ищете нестандартную металлическую деталь, другой процесс, вероятно, лучше подойдет для достижения желаемого результата.

Чем отличается горячая штамповка?

Самая очевидная разница между холодной и горячей ковкой заключается в температуре. В отличие от холодной ковки, которая начинается при комнатной температуре или близкой к ней, горячая ковка происходит, когда металл нагревается выше температуры его рекристаллизации. Обычно это чрезвычайно высокая температура, например, сталь нагревают до 1150°С или 2202°F, а медные сплавы до 700-800°С или 1300-1470°F, что составляет около 75% температуры плавления. Эти высокие температуры необходимы для предотвращения деформационного упрочнения металла в процессе ковки. При этих температурах металл находится в пластичном состоянии, технически все еще твердом, но гораздо более податливом.

Горячая ковка обычно выполняется посредством процесса, называемого штамповкой, что означает, что нагретый металл помещается в пресс, а затем сжимается между матрицей и инструментом.

Преимущества горячей штамповки

Поскольку процесс ковки происходит при высоких температурах, пластичный металл пластичен и легко формуется. Во время горячей ковки можно создавать сложные формы и узоры, в отличие от холодной ковки, где это может быть чрезвычайно сложно. Если вы хотите изготовить металлические детали по индивидуальному заказу, горячая ковка — лучший вариант из-за ее ковкого состояния перед закалкой. Этот метод идеально подходит для создания объемных и сложных форм.

В отличие от холодной ковки, которая иногда требует дополнительной стадии нагревания металла снаружи для придания ему нужных свойств, поверхность металла, прокованная при высоких температурах, идеальна для большинства видов отделочных работ.

Горячая ковка также идеально подходит для металлов с высоким коэффициентом формуемости, поскольку целостность металла не нарушается при высокой температуре. Эти металлы можно легко деформировать, не видя в металле никаких дефектов, что делает их одновременно прочными и пластичными.

Недостатки горячей ковки

Недостатком горячей ковки по сравнению с холодной ковкой является то, что некоторые металлы могут деформироваться, если не внимательно следить за ними при нагревании, ковке и последующем охлаждении. Это означает менее точные допуски, чем у металла, кованого холодной штамповкой.

Горячая ковка также часто дороже холодной ковки из-за термической обработки, необходимой для начала процесса ковки, а также процесса охлаждения, предотвращающего коробление. Эту термообработку лучше всего проводить в автоматическом режиме, особенно в промышленных масштабах, что может привести к дополнительным первоначальным затратам на покупку инструментов.

В конечном счете, процесс, который вы выберете, зависит от необходимого вам продукта и типа металла, который вы будете использовать. Оба метода ковки могут быть эффективными способами укрепить ваши металлические заготовки и превратить их в конечный продукт, который вам нужен.

Для получения дополнительной информации о том, как GK может поддержать ваш процесс ковки, ознакомьтесь с нашим оборудованием или поговорите с нашими экспертами сегодня!

Корпорация General Kinematics, зарегистрированная в 1960 году, была основана для продажи, проектирования и изготовления на заказ инновационного вибрационного оборудования для обработки и обработки материалов. Сегодня компания является одним из крупнейших в мире поставщиков вибрационного технологического оборудования, имея более 200 мировых патентов, и вносит значительный вклад в разработку вибрационного оборудования и технические усовершенствования в области его применения. General Kinematics обслуживает клиентскую базу по всему миру через сеть независимых торговых представителей, специализирующихся на инженерных разработках, которые охватывают основные промышленные рынки США.