4.2.4 Холодная объемная штамповка
Холодной объемной штамповкой называется процесс штамповки в открытых и закрытых штампах без нагрева металла – это экономический высокопроизводительный процесс изготовления небольших точных деталей из сталей и цветных металлов. При холодной штамповке процесс изготовления деталей расчленяется на операции и переходы, выполняемые в специализированных штампах. Холодная штамповка сопровождается упрочнением, т.е. увеличением прочности металла и уменьшением его пластичности, затрудняющим деформирование в последующих операциях. Для устранения вредного влияния упрочнения применяют межоперационную термообработку (рекристаллизационный отжиг). Холодная штамповка позволяет получать детали высокой точности (до 9-11 квалитета точности), с поверхностью хорошего качества, почти не требующие в процессе изготовления обработки резанием. Отсутствие нагрева при холодной штамповке создаёт благоприятные предпосылки для механизации и автоматизации технологического процесса, что повышает производительность и улучшает условия труда.
Основными операциями холодной объемной штамповки являются: объемная формовка, выдавливание (прессование), калибровка, высадка, чеканка.
Детали с применением этих операций показаны на рисунке 9.
Рисунок 9 – детали, изготавливаемые холодной объемной штамповкой
Объемная формовка – операция, при которой деталь получают обжатием заготовки в открытом или закрытом штампе (рисунок 10 а).
Холодное выдавливание – изготовление сплошных и полых тонкостенных изделий из толстой заготовки выдавливание металла в зазор между пуансоном и матрицей (рисунок 10 б, в, г).
Холодная калибровка применяется для получения точных размеров и гладкой поверхности деталей, изготовленных горячей объемной штамповкой или другими методами.
Холодная высадка применяется для образования местных утолщений заготовки требуемой формы, например, при штамповке головок болтов, винтов.
Объёмная холодная штамповка осуществляется в штампах, аналогичных штампам объёмной горячей штамповки, обеспечивающих последовательное приближение формы заготовки к форме детали. Вследствие упрочнения процесс холодная штамповка обычно расчленяется на большее число операций и переходов, чем при горячей штамповке, а для увеличения пластичности и уменьшения сопротивления деформированию используют межоперационные отжиги.
При холодной объёмной штамповке в открытых штампах применяют промежуточную обрезку заусенца, что позволяет уменьшить усилие деформирования и повысить точность размеров штампуемых изделий. Удельные усилия деформирования при холодной объёмной штамповке достигают 3000 МН/м2 , что вынуждает использовать этот процесс только для изготовления деталей небольших размеров. Для уменьшения удельных усилий штамповки применяют смазку, облегчающую выдавливание с контактных поверхностей при высоких удельных усилиях (например, минеральные масла с наполнителями в виде графита, талька, дисульфида молибдена и т.п.).
Холодное выдавливание осуществляется по схемам деформирования, сходным с прессованием металлов. Используют прямое, обратное, боковое и комбинированное выдавливания, различающиеся направлением течения металла по сравнению с направлением смещения пуансона относительно матрицы. При комбинированном выдавливании в рабочем инструменте имеется несколько каналов, по которым металл вытекает из полости матрицы, причём могут одновременно иметь место элементы прямого, обратного или бокового выдавливания. Холодным выдавливанием получают сплошные и полые детали довольно сложной конфигурации. Схема всестороннего сжатия, при которой происходит холодное выдавливание, обеспечивает увеличение пластичности металла и позволяет получать без разрушения большое формоизменение заготовки. Упрочнение металла, возникающее при холодном выдавливании, ограничивает допустимое формоизменение и вынуждает в ряде случаев использовать межоперационные отжиги; кроме того, из-за больших удельных усилий деформирования допустимое формоизменение обычно ограничивается и прочностью инструмента. Для уменьшения удельных усилий деформирования подбирают рациональные форму и размеры инструмента, применяют различные смазки. Повышенная прочность инструмента достигается использованием высокопрочных инструментальных сталей, рациональной термообработкой пуансонов и матриц, бандажированием матриц и т.п. Из пластичных металлов и сплавов холодной штамповкой можно получать полые детали с толщиной стенки в десятые и даже сотые доли мм.
Рисунок 10 – Операции холодной объемной штамповки:
1 – пуансон; 2 – матрица; 3 – изделие; 4 – открытый штамп.