Холодная объемная штамповка

Обычно под холодной штамповкой понимают штамповку без предварительного нагрева заготовки. Для металлов и сплавов, применяемых при штамповке, такой процесс деформирования соответствует условиям холодной деформации.

Холодная штамповка является одним из наиболее прогрессивных методов получения качественных заготовок в машиностроительной, приборостроительной, электротехнической и других отраслях промышленности. Она обеспечивает достаточно высокую точность и малую шероховатость поверхности заготовок при небольших отходах металла, а также малую трудоемкость и себестоимость изготовления. Производительность холодной штамповки в 2—3 раза выше, чем горячей, и в 10—15 раз выше по сравнению с обработкой резанием.

Возможность осуществления процессов холодной штамповки и качество готовых изделий во многом определяются качеством исходного материала. Большое значение имеет подготовка поверхности заготовок: удаление окалины, загрязнений и поверхностных дефектов. Заготовки обычно смазывают для снижения усилий штамповки, повышения стойкости инструмента, обеспечения качества поверхности и предотвращения образования трещин и других дефектов деталей.

В процессе холодной штамповки непрерывно меняются не только форма, но и структура металла и его физико-механические характеристики. Возникающий при этом наклеп металла в некоторых случаях ограничивает возможности формообразования, поэтому процессы холодной штамповки часто выполняют за несколько технологических переходов с постепенным приближением к окончательной форме и размерам готовых деталей и с промежуточным отжигом для восстановления пластических свойств металла.

Холодная объемная штамповка — высокоэффективный экономичный способ изготовления деталей, чаще всего тел вращения. Полученные детали, как правило, не требуют дальнейшей механической обработки и имеют высокие прочностные свойства.

Холодной объемной штамповкой обрабатываются сплавы, обладающие в холодном состоянии необходимой пластичностью. Поскольку сопротивление деформированию сплавов в холодном состоянии высокое, то этим видом штамповки изготавливают стальные детали диаметром до 70—80 мм, детали из медных и алюминиевых сплавов диаметром до 150—200 мм при толщине стенок деталей от 0,1 до 15 мм и длине до 1500 мм.

Объемную штамповку выполняют па прессах или специальных холодноштамповочных автоматах. Ее основными разновидностями являются выдавливание, высадка и объемная формовка.

Заготовками для выдавливания служат горячекатаные прутки. Иногда заготовки вырубают из листа. В этом случае требуются хорошее качество реза и устранение наклепа отжигом краев заготовки после вырубки, чтобы предотвратить разрывы кромок при выдавливании.

Выдавливанием получают детали преимущественно цилиндрической или близкой к ней формы, например корпуса автомобильных свечей зажигания, конденсаторных батарей, генераторов и т. п. Точность размеров и шероховатость поверхностей деталей соответствуют получаемым при обработке резанием.

При выдавливании металл деформируется в условиях неравномерного всестороннего сжатия и поэтому обладает повышенной пластичностью. Тепловой эффект при больших скоростях деформаций может повысить пластичность металла и снизить его сопротивление деформированию.

Для выдавливания требуются большие удельные усилия, так как в холодном состоянии металл обладает высоким сопротивлением деформированию (для алюминиевых сплавов 500—1200 МПа, для сталей 2000—3000 МПа). Стойкость пуансона и матриц для выдавливания обеспечивается применением для каждого типа металла оптимальных покрытий поверхности заготовок и смазок.

Высадка — это осадка части заготовки, т. е. образование местных утолщений требуемой формы, например головки болтов, винтов и заклепок. Можно высаживать утолщения, концентричные и эксцентричные относительно оси стержня, как на концевых, так и на средних участках заготовок. Заготовкой обычно служит холоднотянутый материал в виде проволоки или прутка диаметром 0,5— 50 мм из черных и цветных металлов. Высадкой изготавливают стандартные и специальные крепежные детали, а также колеса, детали массового производства, например кулачки и зубчатые колеса заодно с валом и т. п. При высадке за один удар отношение длины высаживаемой части заготовки к ее диаметру должно быть не более 2,5—2,8. Высадку выполняют на холодновысадочных автоматах различных конструкций. Производительность автоматов достигает 400 деталей в минуту.

Холодная формовка — это формообразование деталей вследствие заполнения металлом полости штампа. Производится в открытых штампах с вытеканием излишка металла в специальную полость с образованием заусенца и в закрытых штампах без образования заусенца. Конструкции штампов, применяемых для холодной формовки, подобны конструкциям штампов, используемым при горячей объемной штамповке.

Холодной формовкой изготавливают пространственные детали сложных форм, сплошные и с отверстиями. Детали обычно получают за несколько проходов, последовательно изменяющих форму заготовки, с промежуточным отжигом для снятия наклепа. При необходимости дальнейшей обработки резанием на заготовках предусматривают припуск для шлифования до 0,4 мм или для полирования до 0,05 мм.

Кроме прессов для холодной формовки применяют высокопроизводительные многопозиционные автоматы с большими технологи ч ес к и м и воз м ож! i остя м и.

Холодной объемной штамповкой получают готовые детали или близкие к ним заготовки, требующие минимальной обработки резанием. При холодной штамповке коэффициент использования металла достигает 95% вместо 30—40% при обработке резанием. Трудоемкость изготовления болтов на холодновысадочных автоматах в 200—400 раз меньше, чем на токарно-револьверных станках. При этом следует отметить, что при холодном деформировании формируется благоприятно ориентированная волокнистая структура металла, что придает деталям высокую усталостную прочность при динамических нагрузках.

Холодной объемной штамповкой получают детали из большой номенклатуры сталей и сплавов цветных металлов, детали симметричные и асимметричные, со шлицами, канавками, ступенчатыми полостями и других сложных форм. Масса деталей, штампуемых на автоматах, достигает 3,5 кг, а на прессах — 40 кг, диаметр поковок — до 200 мм.

Контрольные вопросы и задания

• 1. Каковы основные отличия горячей объемной штамповки от ковки?
• 2. Назовите оптимальные области применения объемной штамповки.
• 3. Сравните, но производительности, характеристикам металла заготовки, полученные литьем или объемной штамповкой.
• 4. Каковы особенности применения объемной штамповки в открытых и закрытых штампах?
• 5. Какую роль выполняет заусенец при штамповке в открытых штампах?
• 6. Детали каких видов и из каких материалов можно получать холодной объемной штамповкой?