Технологические особенности ковки и штамповки цветных высоколегированных и труднодеформируемых металлов и сплавов

Из цветных металлов в машиностроении наибольшее применение нашли алюминиевые, магниевые и медные сплавы. Большинство этих сплавов име­ет небольшие температурные интервалы обработки давлением. Поэтому их нагревают преимущественно в электропечах, позволяющих более точно вы­держивать режим нагрева.

Большинство сплавов цветных металлов плохо деформируются при вы­соких скоростях (на молотах), так как процессы разупрочнения у них проте­кают медленно. Поэтому, например, медные и почти все магниевые сплавы обрабатывают только на гидравлических прессах.

Отличительной особенностью высоколегированных и труднодеформи­руемых сплавов (в частности, жаропрочных) являются весьма узкий темпе­ратурный интервал ковки (100—200 °С вместо обычных 300—500 °С) и вы­сокая температура рекристаллизации, которая протекает очень медленно. Эти сплавы имеют низкую теплопроводность, что вызывает большие тепло­вые напряжения, которые становятся опасными даже в результате охлаж­дающего действия инструмента.

В связи с отмеченными особенностями ковку малопластичных и труд­нодеформируемых сплавов осуществляют при тщательном соблюдении ме­ханических и тепловых режимов. Для улучшения условий ковки (в частно­сти, для уменьшения неравномерности деформации) применяют смазку ин­струмента или обмазку слитков специальными покрытиями, уменьшающими теплоотдачу от металла, снижающими контактные силы трения. Применяют высокий подогрев бойков до 500—600 °С вместо 250—350 °С. Ковку целе­сообразнее проводить на гидравлических прессах, так как ввиду малой ско­рости деформирования на прессах разупрочняющие процессы (возврат и

рекристаллизация) успевают произойти полнее и упрочнение снимается. Для снижения растягивающих напряжений протяжку высоколегированных ста­лей целесообразно выполнять в подогретых бойках. Осадку в ряде случаев производят на подкладках из высокопластической стали.

20.9. 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 меняется 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 до 150—200 мм при толщине стенок де­талей от 0,1 до 15 мм и длине до 1500 мм.

Объемную штамповку выполняют на прессах или специальных холодно-штамповочных автоматах. Ее основными разновидностями являются выдав­ливание, высадка и объемная формовка.

Заготовками для выдавливания служат горячекатаные прутки нормаль­ной точности. Иногда заготовки вырубают из листа. В этом случае требуется хорошее каче-лво среза 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 снижать 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 из­готовляют 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 штампам, 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 технологическими воз­можностями.

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 холодновыса-дочньгх 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

1. Назовите основные операции ковки.

2. Чем отличается горячая объемная штамповка (ГОШ) от ковки?

3. В каких случаях при ГОШ необходимо применять многоручьевые штампы?

4. Какую роль выполняет заусенец при штамповке в открытых штампах?

5. Почему при штамповке в закрытых штампах необходимо иметь заготовки боль­шей точности по размерам?

6. Какие разновидности ГОШ вы знаете?

7. Назовите отделочные операции ГОШ.

8. Для деталей какого вида и из каких материалов применяется холодная объемная штамповка?