поковки стальные штамповать

Когда говорят ?поковки стальные штамповать?, многие сразу представляют себе просто тяжелый молот и раскаленную болванку. Но на деле, если копнуть, это целая цепочка решений — от выбора марки стали до контроля после штамповки. Часто именно здесь, на этапе подготовки и оснастки, и кроются основные проблемы, которые потом вылезают в виде трещин или несоответствия чертежу. Сам видел, как пытались сэкономить на пресс-форме для кронштейна гидроподъемника, а потом полгода разбирались с деформациями.

Не просто удар, а управление металлом

Суть в том, чтобы не деформировать, а именно направлять поток металла. Вот, например, для ответственных узлов в той же сельхозтехнике — скажем, для пальцев или проушин гидроцилиндров — здесь штамповка предпочтительнее свободной ковки. Волокна структуры повторяют контур детали, что дает выигрыш в усталостной прочности. Но это если все сделано правильно. А ?правильно? начинается с нагрева. Перегрел заготовку — пошла окалина, пережог, структура поплыла. Недогрел — усилие на пресс возрастает в разы, да и внутренние напряжения такие, что потом трещина пойдет по самой неожиданной траектории.

Особенно критично с легированными сталями, которые сейчас все чаще идут в ход. Тот же 40Х или 30ХГСА. С ними история отдельная — тут и скорость охлаждения после штамповки важна, чтобы отпускные трещины не пошли. Помнится, на одном производстве партию рычагов для клапанного механизма чуть не забраковали из-за микротрещин. Вскрыли причину — печь для подогрева заготовок давала неравномерный температурный поле, по краям перегрев был. Пришлось перекладывать конвейер и настраивать горелки заново.

И еще момент — облой. Его образование — процесс естественный, металл же должен куда-то вытекать. Но вот его толщина и конфигурация — это уже показатель качества настройки штампа. Тонкий, равномерный облой — значит, зазор между матрицей и пуансоном выверен, усилие пресса оптимальное. Грубый, рваный — сразу ясно: или износ оснастки, или температура заготовки ?гуляет?. На штампованных поковках для тяжелонагруженных узлов, как опоры поворотного кулака, это прямо-таки лакмусовая бумажка. По облою часто и принимают решение — пускать партию в механическую обработку или отправлять на переплавку.

Оснастка: когда деталь рождается в чертеже

Штамп — это, по сути, негатив будущей детали. И его проектирование — это 70% успеха. Тут нельзя просто взять чертеж готовой поковки и сделать по нему матрицу. Нужно учитывать усадку при охлаждении (для каждой марки стали — свой коэффициент), углы штамповочных уклонов (чтобы вынуть поковку без разрушения), радиусы закруглений. Слишком малый радиус — концентратор напряжения, слишком большой — лишний объем металла и перегрузка пресса.

Работали как-то над поковкой корпуса гидравлического клапана для одного завода. Деталь сложная, с внутренними полостями. Первая же проба на ГКМ (горячештамповочном молоте) показала, что металл не заполняет весь ручей штампа в зоне тонкой перемычки. Пришлось возвращаться к расчетам, добавлять выступы-усилители в чертеж поковки — это технологические напуски, которые потом срежут на станке, но на этапе штамповки они направляют поток металла в нужное русло. Без них — брак.

Износ оснастки — отдельная головная боль. При серийном производстве, как, например, на том же предприятии АО Шаньдун Хунъюй Прецизионные Механизмы (сайт компании: https://www.sdhy.ru), где объемы в сотни тысяч штук, стойкость штампа — ключевой экономический фактор. Для массовых деталей, вроде кронштейнов или фланцев, штампы делают из износостойких сталей типа 5ХНМ, с последующей цементацией и шлифовкой рабочих поверхностей. Но даже они со временем ?садятся?. Контрольный замер поковок-первенцев и поковок из середины партии — обязательная практика. Упустишь — и вся механообработка пойдет вразнос из-за плавающих припусков.

От теории к цеху: где рождается реальность

В цеху все эти теоретические выкладки проверяются на прочность. Допустим, пришел новый заказ на стальные поковки для оси гидроцилиндра подъемника. Технологи расписали режимы, оснастку сделали. Первая опытная партия — вроде бы все хорошо. А при запуске в серию начинаются сбои. Пресс то работает в нормальном режиме, то вдруг требует повышенного усилия. Стали разбираться. Оказалось, поставщик металлопроката (пруток круглого сечения) немного, в пределах допуска, но изменил химический состав — снизил процент марганца. А это повлияло на пластичность в горячем состоянии. Пришлось корректировать температуру нагрева, поднимать на 20-30 градусов, чтобы компенсировать.

Или другой практический момент — охлаждение. После штамповки раскаленную поковку нельзя просто бросить в угол. Для многих деталей нужен медленный отжиг прямо в штампе или в изотермических ящиках, чтобы снять напряжения. А для других, наоборот, требуется ускоренное охлаждение для получения определенной структуры (закалка в масле прямо с пресса). Это все прописывается в ТУ, но в суматохе цеха иногда пренебрегают. Потом на механичке резец ?прыгает? на закаленной корке или, что хуже, деталь лопается при монтаже.

Контроль — это не только обмер конечной детали. Это и проверка заготовки-прутка на расслоения, и пирометрический контроль температуры в печи (а не ?на глазок?, увы, такое еще встречается), и визуальный осмотр первой поковки из новой партии на предмет заливов, недоштамповки. Мы, бывало, специально делали ?контрольный разрез? — распиливали одну поковку из партии, чтобы посмотреть макроструктуру, нет ли внутренних рыхлот или флокенов. Дорого, но для ответственных изделий необходимо.

Специфика для отрасли: пример из автокомпонентов

Вот возьмем конкретную сферу, где штамповать поковки — это хлеб насущный — производство компонентов для автомобилей и тракторов. Тут требования к геометрии, прочности и, что важно, к воспроизводимости — запредельные. Деталь должна вставать на конвейер сборки без подгона. Взять, к примеру, сайлент-блок или серьгу для крепления гидроподъемника. Кажется, простая деталь. Но если нарушить технологию штамповки, резиновая втулка в нем будет изнашиваться за месяц, а не за несколько лет.

Компания АО Шаньдун Хунъюй, которая, как указано на их сайте https://www.sdhy.ru, специализируется на гидравлике для тракторов и автокомпонентах, наверняка сталкивается с подобными вызовами ежедневно. При производстве полумиллиона гидроклапанов и цилиндров в год каждая поковка, идущая на их корпус или шток, должна быть предсказуемой. Здесь, думаю, упор делается на высокую степень автоматизации процесса штамповки — роботизированную подачу заготовок в печь и под пресс, чтобы минимизировать человеческий фактор в самом ?горячем? участке.

Еще один нюанс — чистота поверхности. Для многих деталей гидросистемы, где важна герметичность, последующая механическая обработка минимальна. Порой только обработка отверстий и фасок. Значит, поверхность, полученная прямо под прессом, должна быть максимально чистой, без глубоких окалин и задиров. Это достигается и контролем атмосферы в нагревательной печи, и применением специальных смазок для штампа, которые не горят, а создают разделительную пленку. Пробовали разные составы — на графитовой основе, с медным порошком. У каждого свои плюсы и минусы по цене и дыму в цеху.

Вместо заключения: мысль вслух

Так что, возвращаясь к исходному запросу ?поковки стальные штамповать?... Это не глагол, а скорее длинное предложение, в котором скрыты тонны металла, гигакалории энергии и куча инженерных решений. Идеальной технологии нет, всегда есть к чему стремиться — к большей точности, к большей стойкости инструмента, к меньшему угару металла в облой.

Сейчас, с развитием ЧПУ и моделирования, процесс стал более управляемым. Можно на компьютере заранее промоделировать поток металла, выявить проблемные зоны. Но ?железо? всегда вносит свои коррективы. Износ, колебания в химии стали, человеческая усталость в конце смены. Поэтому главный инструмент — все равно опыт и внимание. Умение взглянуть на только что вынутую из штампа, еще дымящуюся поковку и понять, нормальный ли у нее блеск, правильно ли лег облой. Этому в учебниках не научишь.

Для таких производителей, как упомянутое АО Шаньдун Хунъюй, чей профиль — прецизионные механизмы и большие серии, этот опыт, оцифрованный и формализованный в технологические карты, и есть главный актив. Потому что можно купить самый современный гидравлический пресс, но если не знаешь, как для конкретной стали 38ХА выставить скорость смыкания плит, чтобы избежать образования закалочных трещин, толку будет мало. Штамповка — это ремесло, которое стало высокотехнологичным, но не перестало быть ремеслом.