Основы теории технологических процессов листовой, объемной штамповки, ковки

Для холодной листовой штамповки листовые металлы с помощью ножниц предварительно разрезают на заготовки необходимых размеров. Основными типами ножниц (рис. 1.1) являются: ножницы с параллельными ножами (рис. 1.1а); ножницы с наклонными ножами (рис. 1.1б); дисковые (рис. 1.1в); вибрационные (рис. 1.1г). Первый тип ножниц используется для резки узких и толстых полос и неметаллов. Ножницы с наклонными ножами (гильотинные) - для резки металлических листов. Для резки рулонного металла и обрезки кромок лент применяют дисковые ножницы. Вибрационные ножницы для получения штучных заготовок криволинейной формы.

В процессе резки (рис. 1.2) заготовка, толщиной S₀, подвергается воздействию верхнего и нижнего ножей, при этом на заготовку действует сила P. Под действием момента, образованного парой сил, заготовка начинает поворачиваться и давит на боковую поверхность ножей, вследствие чего возникает сила бокового давления Т. Верхний нож, внедряясь в заготовку на величину h, вызывает появление скалывающих трещин, направленных под углом 0° к вертикальной плоскости. При правильно выбранной величине зазора z=(0,05-0,10)S₀ скалывающие трещины со стороны верхнего и нижнего ножей совпадают, образуя поверхность разделения. Величину внедрения ножей можно определить по формуле h=yS₀, где у=F₀/F_m - величина относительного сужения, найденная из опытов на растяжение; F₀, F_m - соответственно, начальная площадь и площадь поперечного сечения образца в момент образования шейки. Глубина внедрения h до появления трещин колеблется от 0,1 до 0,5 толщины заготовки, увеличиваясь с увеличением пластичности металла.

При резке выделяют три основные стадии процесса: упругих деформаций, пластических деформаций и скалывания. Продолжительность стадий зависит от пластичности штампуемого металла, состояния поверхности инструмента и скорости деформации. В соответствии с этими стадиями происходит изменение силы деформации Р (рис. 1.3а) по длине пути Н: на первой стадии - медленное нарастание силы (смятие и образование очага деформации); на второй - значительный рост (сдвиговая деформация) до максимального значения; на третьей - быстрое падение силы вследствие скола. Анализируя соответствующие графики для различных типов ножниц (рис. 1.3б), можно отметить, что сила резки на ножницах с параллельными ножами (кривая 1) значительно выше, чем сила резки на гильотинных ножницах (кривая 2).

В табл. 1.1 приведены формулы для расчета энергосиловых параметров (силы P, работы деформации A и крутящего момента M) при резке металла на различных типах ножниц. Здесь к = 1,0...1,3 - коэффициент, учитывающий условия резки, X - коэффициент, зависящий от рода и толщины металла, X = 0,3-0,75.

Основными операциями резания металла штампами являются вырубка и пробивка. Данные процессы можно представить в виде отделения одной части заготовки от другой по замкнутому контуру с помощью пуансона и матрицы (рис. 1.5а). При вырубке часть заготовки, которая остается на матрице, является отходом, а при пробивке та же часть заготовки является деталью.

Так же, как и при резке ножницами, процесс резки состоит из трех стадий: упругой, пластической и скалывания. При этом последовательно происходит упругий изгиб с вдавливанием по кольцевому пояску со стороны матрицы и пуансона, возникновение изгибающего момента (выпучивание) и образование трещин со стороны матрицы и пуансона.

Особенностью напряженно-деформированного состояния является различие схем напряженно-деформированного состояния в различных частях деформируемой заготовки (рис. 1.5б). Непосредственно под режущей кромкой пуансона создается напряженное состояние объемного сжатия, а над режущей кромкой матрицы - напряженное состояние с напряжениями радиального растяжения. Первое более благоприятно для пластического течения металла, а второе - менее благоприятно и способствует возникновению микротрещин в зоне резания. В центральной части заготовки схема напряженного состояния плоская и отсутствуют осевые сжимающие напряжения.

Большое влияние на деформацию металла и энергосиловые параметры оказывает выбор зазора z. При оптимальном зазоре z=(5 -10%)S₀ поверхности сдвига и трещины со стороны пуансона совпадают с соответствующими трещинами со стороны матрицы. При малом зазоре и большой толщине металла от несовпадения трещин образуется кольцевая перемычка, которая перерезается с возникновением новых скалывающих трещин, и на детали образуется надрыв и двойной срез с протянутым заусенцем.

В случае очень большого зазора на поверхности образуются рваные заусенцы от затягивания и обрыва металла в зазоре. Полное сила деформации при вырубке (пробивке) может быть рассчитано по формуле

P=k·L_A·S₀·σ_ср+Q

где L_A - периметр контура детали; Q - сила прижима.

Сила пресса берется больше рассчитанного с учетом силы для проталкивания Р_пр детали через матрицу и силы снятия Р_сн полосы с пуансона.

Гибка - это технологическая операция листовой штамповки, в результате которой из плоской заготовки при помощи штампов получают изогнутую пространственную деталь. Различают одноугловую, двухугловую, многоугловую гибку, закатку и завивку (рис. 1.6).

При одноугловой гибке слои металла внутри угла изгиба (со стороны пуансона) сжимаются и укорачиваются в продольном и растягиваются в поперечном направлении (рис. 1.7).

Наружные слои (со стороны матрицы) растягиваются и удлиняются в продольном и сжимаются в поперечном направлениях. Между удлиненными и укороченными слоями находится нейтральный слой (н.с.), представляющий условную криволинейную поверхность, разделяющую слои сжатых и растянутых волокон. Радиус нейтрального слоя можно определить по формуле

ρ_i=k_α(R_i+r_B)/2

где k_α - коэффициент утонения.

Последовательность процесса одноугловой гибки показана на рис. 1.8 и включает 3 стадии: упругого изгиба; упруго - пластического изгиба; калибровки. При этом происходит постепенное уменьшение радиуса кривизны и плеча изгиба (L₁,L₂,L_K).

Немаловажными величинами, определяющими возможность осуществления листовой гибки, являются минимально допустимые радиусы гибки. Они должны соответствовать пластическим свойствам металла и не допускать образования трещин.

Вытяжка - это технологическая операция ЛШ, заключающаяся в превращении плоской или полой заготовки в открытое сверху полое изделие замкнутого контура. По геометрической форме получаемых деталей выделяют вытяжку изделий осесимметричной, коробчатой и сложной несимметричной формы. Кроме того, различают вытяжку с прижимом и без прижима, а также с утонением и без утонения стенок.

Схема вытяжки без прижима приведена на рис. 1.15. Пуансон, воздействуя на центральную часть заготовки (рис. 1.15а), вызывает ее прогиб за счет создания изгибающего момента со стороны матрицы и пуансона. Дальнейшее опускание пуансона приводит к появлению радиальных растягивающих напряжений, достаточных для перевода фланцевой части заготовки в пластическое состояние. С этого момента начинается втягивание заготовки в матрицу с образованием боковых поверхностей вытягиваемого изделия при одновременном уменьшении диаметра заготовки. Действие радиальных растягивающих напряжений σ_ρ приводит к тому, что во фланце в тангенциальном (широтном) направлении возникают сжимающие напряжения σ_θ. Совместное действие этих напряжений обеспечивает втягивание фланца в отверстие матрицы и получение изделия (рис. 1.15б).

За одну операцию вытяжки можно получить одну неглубокую деталь, т.к. при больших степенях вытяжки в опасных зонах (переход от фланца к стенке и от стенки к дну) величина радиальных растягивающих напряжений от может превышать максимальную σ_ρmax , что приведет к отрыву фланца или дна от стенки детали.

Напряженно-деформированное состояние в исследуемых сечениях в случае вытяжки с прижимом представлено на рис. 1.16.

Сечение 1. Фланцевая часть находится под воздействием тангенциальных и осевых сжимающих напряжений и радиального растягивающего, то есть реализуется объемная схема напряженного и деформированного состояния. Без прижима осевые напряжения σ_z равны нулю.

Под воздействием такой схемы напряженно-деформированного состояния с наличием максимальной величины тангенциальных напряжений сжатия (σ_θmax) возможна потеря устойчивости фланцевой части заготовки и образование гофр (складок). Для предотвращения этого явления используется прижим или складкодержатель, при применении которого осевая деформация ε_z значительно уменьшается и стремится к нулю, что обеспечивает снижение складкообразования вследствие уменьшения толщины фланцевой части.

Сечение 2. В данном сечении перехода от фланца к цилиндрической части изделия реализуется сложная деформация, вызванная пространственным изгибом, наибольшим радиальным растяжением и незначительным тангенциальным сжатием. Действующие в этом сечении радиальные растягивающие напряжения являются максимальными и могут привести к отрыву фланцевой части заготовки, особенно при большой величине силы прижима Q.

Сечение 3. В стенке (цилиндрической части) полого изделия реализуется линейно-напряженное и плоско-деформированное состояние.

Сечение 4. Часть данного закругления изделия является наиболее опасным с точки зрения возникновения трещин сечением. Это вызвано действием объемной схемы напряжений двухосного растяжения и одноосного сжатия, под действием которых происходит значительное утонение стенок в этой части заготовки. Для предотвращения отрыва дна от стенок, что является следствием действия такой схемы н.д.с., необходимо, чтобы величина радиальных растягивающих напряжений не превышала σ_θmax.

Сечение 5. Дно изделия находится в плоско-напряженном и объемно- деформированном состоянии. На первом переходе вытяжки толщина металла практически не изменяется, а на последующих операциях дно значительно утоняется.

Таким образом, при вытяжке возникает разноименная схема напряженного и деформированного состояния. Следствием этого является различная толщина стенок изделия, что может привести к трем основным причинам брака при вытяжке: складкообразованию на фланцевой части заготовки, для предотвращения чего необходимо применять прижим; отрыву фланца от стенки заготовки; отрыву дна от стенки заготовки.

Для устранения последних двух видов брака необходимо назначать величину вытяжки по переходам с учетом минимально допустимых коэффициентов вытяжки. В противном случае величина растягивающих напряжений σ_ρ. превысит максимальную σ_ρmax и произойдет отрыв, причем чем выше сила прижима Q, тем более вероятен отрыв фланцевой части изделия.

Сила вытяжки

Для расчета силы вытяжки рекомендуется пользоваться обобщенной формулой:

Р=L·S·σ_ρmax·k

где L - периметр детали; S - толщина; к - коэффициент, учитывающий форму детали; σ_ρmax - максимальное радиальное напряжение.

Так как для всех случаев трудно учесть особенности процесса вытяжки изделий различной геометрической формы, предлагается на основе производственных и экспериментальных данных для определения силы использовать различные эмпирические коэффициенты. Например, для цилиндрических деталей с широким фланцем обобщенная формула запишется в виде

Р= π d·S·σ·k

где σ - предел прочности металла.

При расчете силы вытяжки высоких квадратных коробок на начальных операциях рекомендуется пользоваться последней формулой, а на последней операции следующей зависимостью:

P=(4B-1,72r_K)·S·σ·k_b

где В и r_K - соответственно, ширина и радиус углового закругления коробки; к_в - коэффициент.

К основным операциям листовой формовки, изменяющим форму заготовки за счет местных деформаций, относятся рельефная формовка (формовка ребер жесткости и местных выступов), отбортовка, обжим и раздача.

Рельефная формовка - это операция листовой штамповки, которая служит для получения выпукло-вогнутого рельефа за счет местных локальных деформаций растяжений. Таким способом получают рисунки, ребра жесткости, которые увеличивают общую жесткость детали на 100-200 %, снижают пружинение (повышение точности), позволяют уменьшить требуемую толщину металла.

Процесс состоит из двух последовательных стадий (рис. 1.21) деформации кольцевого участка шириной R₂-R₁ с пластической деформацией дна выпуклости (рис. 1.21) и стадии пластической деформации смежного кольцевого участка шириной R₃-R₂.

При дальнейшем опускании пуансона происходит растяжение металла в зазоре между пуансоном и матрицей и образование разрыва.

Сила для формовки ребер жесткости можно рассчитать по формуле:

P=L·S·σ·k_P

где k_P - коэффициент, зависящий от ширины и глубины ребра.

Отбортовка - это операция получения горловины в плоской или пространственной заготовке за счет растяжения в тангенциальном направлении путем вдавливания в отверстие матрицы части заготовки с предварительно полученным отверстием. Различают два вида операции: отбортовку отверстий (внутреннюю) и отбортовку наружного контура (внешнюю).

Схема процесса отбортовки отверстий представлена на рис. 1.22. Отбортовка отверстий наиболее широко используется в штамповочном производстве. Ее применяют взамен операции вытяжки с последующей вырубкой дна и при изготовлении деталей с большим фланцем, когда вытяжка затруднительна и требует нескольких переходов.

При величине зазора между матрицей и пуансоном z более 1 отбортовку называют без утонения стенок, а при z менее 1 - с утонением стенок. Последняя применяется для штамповки деталей, имеющих отверстия с высокими цилиндрическими стенками и ее особенностью является большая устойчивость процесса деформации и отсутствие разрывов и трещин. Это объясняется более благоприятной схемой напряженного состояния с наличием значительных сжимающих напряжений.

Процесс деформации при отбортовке без утонения стенок характеризуется удлинением в тангенциальном направлении и уменьшением толщины материала.

В ходе формоизменения диаметральные размеры кольцевых элементов заготовки (рис. 1.22, б) увеличиваются, смещаются относительно пуансона и последовательно выходят в зазор между матрицей и пуансоном, формируя образующуюся горловину (борт). Элементы заготовки выходят на скругленную кромку пуансона, претерпевая изгиб, а затем, при сходе с нее - спрямление (рис. 1.22 б).

Часто при отбортовке на поверхности борта наблюдается образование кольцевой волны. Это объясняется тем, что силы, действующие на контактной поверхности по пуансону, и силы от действия напряжений σ_ρ, образуют момент, стремящийся отогнуть сформированный участок борта и увеличить его диаметр. Наиболее эффективным способом устранения этого дефекта является увеличение радиуса скругления кромки пуансона. Например, при отбортовке сферическим пуансоном такой дефект исключается.

Обжим (обжимка) - это операция листовой формовки, предназначенная для уменьшения поперечных размеров краевой части полых цилиндрических деталей (рис. 1.25). Применяется для изготовления деталей типа горловин и патронных гильз и проводится, как правило, с применением смазок.

В качестве разновидностей операции можно выделить обжим трубчатых сечений (редуцирование на ротационно-обжимных машинах) и обжим полых деталей, производимый вертикальным давлением на механических прессах.

При обжиме в конической матрице (рис. 1.25а) заготовка заталкивается в воронкообразную рабочую полость за счет перемещения траверсы пресса. Поперечные размеры кольцевых элементов заготовки уменьшаются, а толщина стенок - увеличивается. Аналогичным образом происходит формоизменение металла в матрице с криволинейной образующей (рис. 1.25б).

При формоизменение металла при обжиме в конической матрице, можно выделить четыре стадии деформирования: подгибку, деформацию на коническом участке матрицы за счет сил трения, свободный изгиб, спрямление элементов заготовки. В качестве особенностей напряженно-деформированного состояния можно отметить, что схема напряженно-деформированного состояния близка к плоской с действием двух сжимающих напряжений в радиальном σ_ρ и тангенциальном σ_θ направлениях. Максимальные сжимающие напряжения σ_ρmax, создаваемые в стенках заготовки силам заталкивания, действуют в недеформированной части, поэтому формоизменение ограничивается возможностью потери устойчивости в этой части заготовки с образованием кольцевой волны (складки).

Для предотвращения указанных выше дефектов необходим правильный выбор коэффициента деформации при обжиме (m_об=d/D) и его сопоставление с предельным m_об. Расчетный коэффициент при этом не должен превышать минимально-допустимый, который зависит от рода материала, относительной толщины, условий трения на контакте заготовки с инструментом и угла конусности матрицы. Рекомендуемые значения m_об. приведены в табл. 1.2 для различных сплавов.

Таблица 1.2

Сила обжима можно определить по формуле:

Р=π D·S₀·σ·k_об

где k_об - коэффициент, зависящий от коэффициента обжима.

Раздача (растяжка) - это операция листовой формовки, предназначенная для увеличения краевой части полой цилиндрической заготовки (рис. 1.26).

К разновидностям данной операции относятся раздача коническим пуансоном, раздача резиновым пуансоном и раздача с помощью жидкости (гидравлическая).

Схема раздачи коническим пуансоном показана на рис. 1.26а. При этом в процессе формоизменения металла реализуются следующие стадии: упругое сжатие заготовки; свободный изгиб на входе в очаг деформации и пластическая деформация краевой части заготовки; контактное деформирование на коническом участке; свободный изгиб на выходе из очага деформации и формирование участка нового диаметра.

На рис. 1.26б показан график постадийного изменения силы раздачи в зависимости от перемещения пуансона.

Степень деформации оценивается коэффициентом раздачи

m_р=d/D

На величину утонения оказывает влияние схема напряженно- деформированного состояния. При этом радиальные напряжения σ_ρ по мере удаления от края заготовки возрастают и, являясь сжимающими, способствуют уменьшению утонения. А тангенциальные напряжения являются растягивающими и приводят к утонению. Первые при малых коэффициентах раздачи могут привести к потере устойчивости с образованием поперечных круговых волн в недеформированной части заготовки. Вторые при тех же условиях ведут к разрывам с образованием трещин в продольном направлении. В связи с этим необходимо не только правильно назначать коэффициенты раздачи по переходам, но и выбирать угол конусности пуансона в оптимальной области a = 15° - 25°.

Сила раздачи рассчитывается по формуле:

Р=π d·S·σ·k_р

где k_р - коэффициент, зависящий от коэффициента раздачи.

Технологические процессы ковки состоят из ряда простых или сложных элементов: нагрев заготовки, формоизменяющие операции, отделочные операции, термообработка.

К основным операциям ковки относятся осадка (рис. 2.1), протяжка (рис. 2.2) и прошивка (рис. 2.3).

Осадка (рис. 2.1а) - одна из наиболее распространенных операций ковки. Она имеет следующие разновидности: осадку кольцевыми плитами (рис. 2.1б), применяемую при обработке заготовок больших размеров; высадку (рис. 2.1в), представляющую собой осадку на части длины заготовки и обкатку по диаметру (рис. 2.1г), использующуюся для устранения бочкообразования после осадки.

Протяжка плоскими бойками (рис. 2.2а) может видоизменяться за счет варьирования формы инструмента и назначения поковки. Так, разновидностями протяжки являются протяжка вырезными (рис. 2.2б), комбинированными (рис. 2.2в) бойками, раскатка на оправке (рис. 2.2г), при которой увеличивают внутренний и внешний диаметр заготовки за счет уменьшения толщины ее стенки, и протяжка на оправке (рис. 2.2д), применяемая для увеличения длины толстостенных заготовок.

При использовании операции прошивки получают поковки с отверстием, причем в качестве разновидностей операции выделяют открытую (рис. 2.3а) и закрытую (рис. 2.3б) прошивку.

Получение поковок разнообразной формы и размеров требует применения и других операций ковки (рис. 2.4). Такими являются кузнечная гибка (рис. 2.4а), скручивание (рис. 2.4б), рубка (рис. 2.4в), передача (рис. 2.4г).

К отделочным операциям ковки относят обрезку, правку, проглаживание и др. Так как базовыми элементами теории ковки являются анализ вышеперечисленных операций с позиций изменения формы очага деформации и силовой (энергетической) загрузки оборудования, приведем краткий анализ формоизменения и энергосиловых параметров для основных операций ковки.

Разновидности процесса осадки

Осадка - это кузнечная операция, предназначенная для увеличения поперечного сечения заготовки за счет уменьшения ее высоты. Применяется, как основная операция (формоизменяющая) для получения поковок заданной формы и размеров, как дополнительная операция для увеличения общей степени деформации при ликвидации литой структуры, анизотропии свойств и обеспечения соответствующего расположения волокон в будущей детали и как вспомогательная операция для определения реологических характеристик металлов и сплавов.

В качестве показателей деформации при осадке используются (рис. 2.5) относи тельная степень деформации ε_h=100·%(H₀-H₁)/H₀, абсолютная - ΔH=H₀-H₁ и коэффициент укова по высоте У= H₀/H₁

При анализе формоизменения металла при осадке в связи с различным его характером условно выделяют осадку высоких (H₀/D₀ больше 1) и низких (H₀/D₀ меньше 1) заготовок. Во избежание потери устойчивости и появления продольного изгиба, осадке в цеховых условиях подвергаются заготовки с отношением H₀/D₀ меньше 2,5.

Протяжка и ее разновидности

Протяжка - это кузнечная операция, в процессе которой производится удлинение заготовки или ее части за счет уменьшения площади поперечного сечения. Протяжку применяют как формоизменяющую операцию для получения поковок заданных форм и размеров и как вспомогательную для устранения внутренних пустот и улучшения механических свойств металла за счет разрушения литой структуры.

Протяжка в общем случае осуществляется путем последовательных обжимов заготовки (рис. 2.14) с кантовкой ее после каждого обжима. Два обжима с кантовкой называются «переходом». Для анализа данного процесса используются следующие показатели деформации: абсолютное обжатие ΔH=H₀-H₁; относительные деформации, соответственно, по высоте, ширине и длине

ε_h=(H₀-H₁)/H₀
ε_b=(B₀-B₁)/B₀
ε_L=(L₁-a)/a

При построении технологического цикла протяжки необходимо учитывать, что на каждом обжиме должно выполняться условие H₀/B₀ менее 2-2,5, а выбор подачи и ширины бойков не должен приводить к вытеканию металла за боек и неконтролируемому формоизменению.

На рис. 2.15 представлены различные способы протяжки, применяемые при обработке металла в кузнечных цехах.

Способ протяжки по винтовой линии (рис. 2.15а), при котором после каждого обжатия следует кантовка в одну и ту же сторону, применяется для ковки твердых инструментальных сталей и уменьшает внутренние напряжения. Второй способ протяжки проводится с кантовкой в обе стороны (рис. 2.15б), при этом после каждого перехода следует подача, кантовка и очередной переход. Способ протяжки с кантовкой после прохода на всю длину (рис. 2.15в) применяется для мелких и средних по массе заготовок из углеродистых и легированных сталей.

Прошивка - это кузнечная операция, при помощи которой в заготовках получают глухие или сквозные полости. При использовании различных видов прошивки формоизменение металла существенно отличается.

Открытая прошивка (см. рис. 2.3а) применяется при D/d более 2, закрытая - при D/d менее 2. Особенностями формоизменения при открытой прошивке являются следующие: боковая поверхность свободна, исходная форма изменяется, при этом высота Н уменьшается, диаметр D неравномерно увеличивается, реализуется утяжка в месте входа прошивня, нижние края заготовки отстают от бойка.

При закрытой прошивке (рис. 2.3б) боковая поверхность ограничена матрицей и происходит увеличение высоты заготовки Н до величины Н1. Формоизменение металла идет по трем стадиям. На первой стадии при свободной прошивке осуществляется осадка и радиальная раздача заготовки. При этом под пуансоном реализуется схема напряженного состояния - трехосное неравномерное сжатие, а в кольцевой зоне участвуют тангенциальные растягивающие напряжения. На второй стадии поверхность заготовки контактирует с боковыми стенками инструмента и матрица заполняется металлом. Тангенциальные растягивающие напряжения в этот момент сменяются сжимающими (от действия реактивных сил боковых поверхностей матрицы). Третья стадия характеризуется обратным выдавливанием металла, при этом формирование стенок изделия осуществляется в зазоре между матрицей и пуансоном.

На рис. 3.1 представлена схемы штамповки в открытых штампах. Верхняя половина штампа 1 перемещается под действием силы Р и давит на торцевые поверхности заготовки 5. Металл при этом деформируется в ручьях 6 штампа, образованного верхней 1 и нижней 2 половинами, и, заполняя его, вытекает в заусенечную канавку 3. Сформированная таким образом поковка 4 имеет по периметру заусенец (облой) 7. Для извлечения поковки из штампа служат штамповочные уклоны а, величина которых составляет 5°-10°.

Открытая штамповка характеризуется следующими факторами:

1. Объем металла непостоянен. Следовательно, имеется часть металла, которая удаляется в отход. При этом должно соблюдаться условие
   V_ЗАГ=V_П+V_З
   где V_ЗАГ, V_П, V_З - соответственно, объемы заготовки, поковки и заусенца.
2. Направление вытеснения металла перпендикулярно направлению движения штампа.
3. Заусенец (облой) создает противодавление, которое, увеличивая гидростатическое давление в штампе, обеспечивает заполнение угловых элементов ручья, при этом реализуется возможность регулирования заполнения штампа.

При открытой штамповке выделяют три основные стадии течения металла (рис. 3.2): свободную осадку (рис. 3.2, а); заполнение штампа (рис. 3.2б) и выдавливание заусенца (рис. 3.2в). На практике существует и четвертая (нежелательная) стадия, когда ручьи штампа заполнены, но поковка не выполнена по высоте. Постадийное изменение силы штамповки представлено на рис. 3.2г.

Основной недостаток штамповки в открытых штампах - это большие потери металла на заусенец, которые зависят от массы и формы поковок и могут достигать 30 % и более. Кроме того, волокна металла при удалении облоя оказываются перерезанными, что существенно снижает качество поковок

Штамповку в закрытых штампах (безоблойную штамповку) применяют для получения поковок несложной формы с небольшой разницей в размерах сечений. Заготовка 5 диаметром D₀ и высотой Н₀ (рис. 3.4) помещается в штамп, основными частями которого являются пуансон 1, матрица 2 и выталкиватель 3. При перемещении пуансона происходит последовательное осаживание заготовки и заполнение полости штампа с образованием поковки заданных размеров и формы. При этом инструмент не обеспечивает свободного удаления цилиндрической поковки 4 из ручья штампа. Для удаления поковки из полости штампа применяют штамповочные уклоны а и выталкиватель 3. Для горизонтально-ковочных машин штамп может быть выполнен разъемным и состоять из трех частей (пуансон и разъемная матрица).

Практически некоторая часть металла затекает в зазоры между разъемными частями закрытого штампа, образуя незначительный заусенец. Объем последнего зависит от колебаний объема заготовки и износа штампа. Большой объем заготовки из-за отсутствия возможности фиксировать момент заполнения ручьев (окончание процесса штамповки) приводит к распору штампа, что отрицательно сказывается на его долговечности. Поэтому основным соотношением, принятым для технологических расчетов при штамповке в закрытых штампах, является V_ЗАГ=V_П.

Штамповка в закрытых штампах характеризуется значительной экономией металла, отсутствием дополнительной операции обрезки облоя, благоприятной схемой всестороннего сжатия, меньшей величиной уклонов (α=1°—3°), чем при открытой штамповке. Особенно эффективна схема штамповки в закрытых штампах для малопластичных сплавов, так как боковой подпор стенок полости штампа значительно повышает гидростатическое давление, в результате чего пластичность металла возрастает. Кроме того, макроструктура поковок характеризуется тем, что волокна металла получают очертания контура поковки и не перерезаны.

Основным недостатком способа штамповки в закрытых штампах являются его неуниверсальность. Например, круглый контур поковки при штамповке в закрытых ручьях неприемлем из-за нетехнологичности конструкции инструмента, что характеризуется низкой стойкостью кромок штампа. Существенно снижают область применения закрытых штампов ограниченность рациональных форм штампуемых поковок и необходимость точной дозировки металла, кроме того, точность поковки по высоте ниже, чем при штамповке в открытом штампе.

Во избежание перегрузки штампов и оборудования при нарушении условия равенства объемов заготовки и поковки применяют компенсаторы. Это специальный приемник излишков металла, расположенный в месте наиболее трудного заполнения металлом штампа, в который выдавливается лишний металл после оформления поковки. В отдельных случаях компенсатор выполняет те же функции, что и заусенечная канавка, при этом металл тормозится при выходе из полости штампа, обеспечивая заполнение всех его углов, и в то же время излишки металла поступают в компенсатор, не создавая перегрузки инструмента и оборудования.

Так как при закрытой штамповке не предусматривается заусенец и реализуются только 2 стадии формоизменения (осадка и заполнение штампа), то сила при всех других одинаковых параметрах всегда меньше силы штамповки в открытых штампах.