Гаряче штампування (ГШ) являє собою операцію, при якій метал, розігрітий до заданого ступеня пластичності, заливають у спеціальну форму, називану штампом.
Штампування як затребувана промислова технологія Більше 20% металу, що виготовляється на підприємствах нашої країни, піддається штампуванню. Досить складно знайти будь-якої технічний механізм або виробничу машину, в якій би не використовувалися штамповані вироби. Деталі, одержувані за технологією ГШ, у сучасній літальної, залізничної, автомобільної техніки складають від 60 до 80% від загальної ваги літаків, локомотивів, транспортних засобів. Крім того, описувана методика незамінна для випуску різноманітних побутових предметів, метизів, залізних виробів, всіляких інструментів.
Ази технології гарячого штампування металу були відкриті Василем Пастуховим - зброярем з Тули. Він робив багато елементів зброї саме штампуванням, застосовуючи для цих цілей нескладні штампи і вертикальний гвинтовий прес. Розроблена Пастуховим методика була впроваджена на Тульському комбінаті в 1819 році. У наші дні ГШ є добре вивченим і "обкатування" процесом, який практично повністю замінив собою операції вільного кування.
До основних достоїнств описуваної гарячої технології відносять наступні її переваги: • отримання великої кількості ідентичних за геометричним параметрам і конфігурації (тобто взаємозамінних) поковок; • висока продуктивність і швидкість процесу; • гарантовано високі міцнісні показники вироблених виробів; • можливість випуску складних за формою деталей; • економічність операції, обумовлена малою витратою металу.
Стандартний штампувальний болтовисадочний агрегат за 60 хвилин своєї роботи видає більше 4000 високоякісних металовиробів. За той же самий час на металообробному автоматичному апараті з чотирма шпинделями можна отримати не більше 80 болтів, а на звичайному револьверному верстаті - максимум 20. При цьому штамповочная установка витратить в 20-25 разів менше металевої сировини на виготовлення метизної продукції, ніж зазначені агрегати.
Особливості молотів і кривошипних пресів У деяких штампувальних цехах зараз використовуються пароповітряні молоти, здатні функціонувати від повітря і від пари. Дане обладнання вважається застарілим. Щоб виготовити штамповану деталь на молотах, необхідно встановити громіздке обладнання, для фіксації якого облаштовують дуже складний і глибокий фундамент. Причому такий агрегат потрібно монтувати в досить високе виробничу будівлю. Показник корисної дії роботи на молотах знаходиться на рівні 2-3%. Виходить, що при штампуванні спалюється велика кількість вугілля, а віддача від процесу мінімальна. Крім того, на молотах можуть працювати виключно досвідчені і фізично сильні фахівці. При цьому навіть вони змушені докладати масу зусиль, щоб готові вироби відповідали вимогам, викладеним у техзавданні на виготовлення штампованих деталей. До достоїнств штампування на молотах можна віднести те, що вони дають можливість отримувати майже будь-які по конфігурації поковки на досить великій швидкості.
Непоганий заміною громіздким молотам стали ГКШП - кривошипні преси. Вони функціонують не вдарити (як це відбувається при виконанні робочих операцій на молотах), а тиском. Такі агрегати оснащуються електричним двигуном, який приводить в рух ГКШП допомогою системи валів, маховиків, шатунів, шестерень і муфт. Кривошипні установки штампують вироби за одну операцію, що збільшує їх продуктивність в 1,5-2 рази в порівнянні з виготовленням деталей на молотах.
До інших достоїнств ГКШП відносять: • мінімальні допуски і припуски на одержуваних виробах (не вимагається додатково виконувати механічну обробку штампованої продукції); • досить високий ККД їх функціонування; • безпеку здійснення робочих операцій.
Горизонтально-кувальні агрегати - гарантія ефективної штампування Найбільш продуктивними та економічно доцільними в експлуатації агрегатами для ГШ є горизонтально-кувальні машини (ГКР). Їх застосовують при виробництві всіляких деталей, які вимагають переходів від однієї технологічної операції до іншої (прошивка, висадка, відділення частини прутка-заготовки, видавлювання, пережим).
Виготовлення деталей на ГКР забезпечує: • відмінну якість продукції; • унікальну продуктивність і економічність ГШ; • високу точність одержуваних поковок; • відсутність дефектів (задирок та інших) на деталях.
ГКР можуть мати два варіанти площині роз'єму матриць - горизонтальну і вертикальну. Основною характеристикою таких агрегатів вважається величина зусилля (номінального) на повзуні верстата. Усі без винятку параметри сучасних вітчизняних ГКР встановлюються Держстандартом 7023-90. Стандартний горизонтально-кувальний агрегат працює по далі вказаною схемою: • в станину ГКР кріпиться матриця рухливого типу, до якої притискають заготовку; • починається рух повзуна установки і висадка пуансоном металу (струмки штампа заповнюються по конфігурації вироби, яке потрібно отримати в результаті штампувальної операції).
На ГКР зазвичай виготовляють деталі, які в середині або на торцях розташовують потовщеннями певних розмірів. Також на цих машинах виробляють широку номенклатуру виробів, відокремлюваних від вихідної заготовки за технологією прошивки отворів. До таких відносять фланці, гайки, кільця. Штампування поковок на ГКР характеризується технологічними операціями, які відрізняються від процедури ГШ на пресах і молотах. Молотові вироби мають більш високі припуски на механічну обробку, ніж деталі, одержувані на кувальних агрегатах. Крім того, поковки з горизонтальних установок вимагають менших витрат металу, у них немає облоя і штампувальних ухилів. Останні завжди присутні при штампуванні на молотах. При масовому і великосерійному випуску виробів одного типу із зазначених вище причин завжди слід використовувати ГКР.
Тонкощі виготовлення штампів Спеціальні струмкові форми для штампування експлуатуються при підвищених напругах і високих температурах. Природно, це стає причиною їх швидкого зносу за рахунок зниження початкової стійкості, під якою розуміють число поковок, проведені за допомогою штампа до того моменту, як він вийшов з ладу. Рівень стійкості форми для ГШ залежить від марки сталі, використовуваної для виготовлення штампа, якості його обробки і конструкції, складності струмків.
Сировиною для виробництва штампів зазвичай служать високолеговані сталі (5ХНТ, 5ХНВ). Форми з них довго не зношуються, оскільки володіють високою міцністю і проходять спеціальну обробку механічного типу на фрезерних, стругальних і токарних верстатах. Виготовляються штампи за досить складною схемою, що включає в себе виконання ряду трудомістких операцій: • виливки або кування - підготовка заготовки; • обробка на металорізальному обладнанні - збільшення міцнісних характеристик; • гарт (термообробка при певній температурі) і відпустку; • доведення.
Штампи для роботи на ГКМ і ГКШП, а також на молотах виконуються з двох частин, в кожній з яких є струмки. При зіткненні вони формують порожнину, ідентичну формі деталі, що виготовляється. Нижня частина штампа монтується в нерухомому механізмі преса або в спеціальному тримачі, верхня встановлюється в бабі штампувального агрегату. Складні вироби виробляються в многоручьевих формах. Якщо струмки в них роблять глибокими, потрібно виконувати їх обробку мазутом, який при випаровуванні в процесі штампувальної операції формує газову суміш.
Вона розширюється і робить процедуру виїмки готового виробу з струмка набагато більш простий і швидкою. Заготовки під ГШ нагрівають у різних видах печей - газових, вугільних, електричних і нафтових. При цьому завжди прагнуть до того, щоб на поверхні форм не відбувалося окислення (не з'являлася окалина). На деяких сучасних підприємствах штампувальні заготовки нагрівають на високочастотних агрегатах. Подібні установки виключають ймовірність пережога виробів, дозволяють повністю автоматизувати операцію нагріву і запобігають розвитку окислювальних процесів.
