технологический процесс кузнечно-штамповочного производства (См. Кузнечно-штамповочное производство), заключающийся в изменении простейших объёмных заготовок (цилиндрической, призматической и др. формы) в более сложные изделия, форма которых соответствует полости специализированных инструментов - Штампов. О. ш. как процесс перераспределения металла заготовки происходит в результате пластической деформации (см. Обработка металлов давлением).

Основные операции О. ш.- осадка, высадка, протяжка, выдавливание, гибка, плющение, калибровка, образование выступов, утолщений, углублений, осуществляемые на кузнечно-прессовых машинах - Молотах, Прессах и машинах специального назначения. Из штампованных поковок после обработки резанием и термической обработки получают различные детали: шатуны, коленчатые валы, рычаги, зубчатые колёса, лопатки турбин, крепёжные детали, шары, ролики и кольца подшипников и др.

Различают холодную и горячую О. ш. Холодная штамповка осуществляется без нагрева. Исходный материал - калиброванные прутки, нарезаемые на мерные (штучные) заготовки, или проволока в бунтах. Масса получаемых изделий от нескольких г до неск. кг; точность по 3-2-му классам; шероховатость поверхности соответствует 7-10-му классам чистоты. Холодной О. ш. получают ответственные детали с высокими и стабильными механическими свойствами, что объясняется отсутствием рекристаллизации в металле и упрочнением. Т. к. заготовки не нагреваются, на поверхности поковок не происходит образования окалины, обезуглероживания, обесцинкования и т.п., что улучшает качество поковок в целом и сокращает припуски на дальнейшую обработку. В ряде случаев поковки не требуют дополнительной обработки, являясь готовыми деталями (коэффициент использования металла составляет 1). Однако для осуществления холодной О. ш. требуются значительные усилия - до 2500 Мн/м² (1 Мн = 100 тс) и более, что отрицательно влияет на стойкость штампов. Существенно снизить усилия (в 10-15 раз) позволяет нагрев заготовок, т. е. горячая О. ш.

Горячая штамповка осуществляется с нагревом до температуры 200-1300 °С в зависимости от состава сплава и условий обработки. Исходный материал - прокатные прутки, разделённые на мерные заготовки, равные по объёму будущей поковке (с учётом неизбежных отходов). Масса получаемых изделий от нескольких г до 6-8 т; точность размеров поковок зависит от их массы и конфигурации и может быть повышена последующей холодной калибровкой; шероховатость поверхности соответствует 3-7-му классам чистоты. Процесс горячей О. ш. аналогичен по физической сущности свободной ковке (См. Ковка), но осуществляется в штампах. Горячей О. ш. получают поковки, однородные по структуре, сравнительно высокой точности, сложной конфигурации, которой невозможно добиться при свободной ковке. Однако средний коэффициент использования металла при горячей О. ш. 0,5-0,6 (т. е. до 50-40\% металла идёт в отход), при холодной штамповке этот коэффициент значительно выше.

Штампы для О. ш. чаще всего состоят из 2 половин - верхней и нижней (рис. 1, слева) или из пуансона и матрицы (рис. 1, справа). Обычно при штамповке на молотах и вертикальных прессах нижняя часть штампа неподвижна, а верхняя подвижна. О. ш. выполняют в открытых штампах - с плоскостью разъёма, перпендикулярной направлению штамповки (см. рис. 1, слева), или в закрытых штампах - с плоскостью разъема по периметру поковки (см. рис. 1, справа). Открытый штамп отличается простотой устройства и универсальностью применения, но горячая штамповка в нём связана с образованием заусенца, который обеспечивает заполнение сложного рельефа полости штампа. Для размещения заусенца в штампе предусматривается специальная канавка. После штамповки заусенец обрезают в штампе на обрезном прессе. Отход металла при этом составляет 5-20\%, иногда достигает 50-80\%. В закрытых штампах, применяемых при горячей и холодной О. ш., заусенец либо весьма невелик (не более 1\%), либо совсем отсутствует, т.к. поковка формируется из всего объёма металла. Однако эти штампы менее универсальны, например в них нельзя получать поковки в форме шара. В тех случаях, когда нужно получить исходные заготовки достаточно высокой точности по объёму, применяют закрытые штампы с компенсаторами - дополнительными полостями, в которые вытекает избыточный металл заготовки. Компенсаторы располагаются в таком месте штампа, в которое металл поступает в последнюю очередь, чтобы предотвратить преждевременное и чрезмерное попадание металла в компенсатор. Однако этот способ неэкономичен, т.к. металл, поступающий в компенсатор, идёт в отход. Другим технологическим приёмом при горячей О. ш. является применение штамповочных уклонов, которые делают в полости штампов с целью облегчения выталкивания готовых изделий. Поковка получается искажённой формы, например вместо цилиндра - усечённый конус. Обычно в молотовых штампах уклоны 5-7°. Излишек металла на поковке (напуск) также является отходом. Для осуществления О. ш. с меньшим уклоном (1-2°) в штампах применяют выталкиватели: при штамповке на молотах - только нижние, на прессах - верхние и нижние.

Одним из рациональных решений является горячая О. ш. в разъёмных матрицах, т. е. в штампах с 2 или несколькими плоскостями разъёма, чаще всего на горизонтально-ковочных машинах. Матрицы этих штампов не имеют уклонов, в них можно штамповать даже поковки, расширяющиеся ко дну матрицы. В разъёмных матрицах можно также вести штамповку на гидровинтовых и кривошипных прессах. Поковки для одной и той же детали можно получить методами горячей О. ш. как на молоте, так и на прессе. В этих двух случаях заготовки будут внешне отличаться, иметь разные припуски (рис. 2).

О. ш. применяется как однопереходный процесс для получения простейших поковок и многопереходный - для деталей сложных форм. При многопереходной О. ш. производят подготовительной операции (т. н. фасонирование заготовок), а затем осуществляют окончательную штамповку. Многопереходную О. ш. производят с использованием средств механизации или на автоматах, на гидравлических прессах с усилием 750 Мн, молотах с массой падающих частей до 20-25 тс, кривошипных горячештамповочных прессах с усилием до 80 Мн, на автоматах для одно- и многопозиционной штамповки, на прессах холодного выдавливания, машинах для раскатки, ковочных вальцах и др. специализированном оборудовании. При штамповке на гидровинтовых прессах и высокоскоростных молотах можно получать поковки с тонкими сечениями. На многопозиционных холодно- и горячештамповочных автоматах осуществляется О. ш. изделий с наибольшими диаметрами: при холодной штамповке до 50 мм с производительностью до 500 шт./мин, при горячей - до 120 мм с производительностью до 70 шт./мин.

Штампы - точный, сложный и дорогой инструмент, поэтому применение О. ш. целесообразно главным образом в крупносерийном и массовом производствах.

Перспективы дальнейшего развития О. ш. определяются расширением применения штампов для горячей малоотходной штамповки и конструированием мощного оборудования для холодной штамповки, а также внедрением новых процессов деформации металлов с использованием явлений сверхпластичности, применением гидростатических методов и др.

Лит. см. при ст. Кузнечно-штамповочное производство.

Я. М. Охрименко, Г. А. Навроцкий.

Рис. 1. Условная схема штампа для объёмной штамповки: 1 - нижняя половина; 2 - верхняя половина; 3 - пуансон; 4 - матрица; 5 - выталкиватель.

Рис. 2. Поковка, левая часть которой получена на молоте, правая - на прессе: 1 - деталь (готовое изделие) после обработки; 2 - припуск на обработку на поковке, получаемой на прессе; 3 - припуск на поковке, штампуемой на молоте.

процесс обработки давлением листового или сортового металла, обычно осуществляемый без нагрева заготовки. При Х. ш. процесс изготовления деталей расчленяется на операции и переходы, выполняемые в специализированных штампах. Х. ш. 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). Х. ш. позволяет получать детали высокой точности, с поверхностью хорошего качества, почти не требующие в процессе изготовления обработки резанием. Отсутствие нагрева при Х. ш. создаёт благоприятные предпосылки для механизации и автоматизации технологического процесса, что повышает производительность и улучшает условия труда.

При Х. ш. листового металла (см. также Листовая штамповка) в разделительных операциях разрушение происходит при меньшем внедрении режущих кромок инструмента в заготовку, чем при горячей штамповке листового металла, а сопротивление срезу составляет примерно 0,8 предела прочности. В формоизменяющих операциях Х. ш. листового металла на допустимую степень деформации существенное влияние оказывает упрочнение. Увеличение допустимой степени деформации в операциях Х. ш. достигается созданием оптимальных условий деформирования (схема силового воздействия, конструкция штампа, рациональная конфигурация рабочего инструмента, скорость деформирования, смазка и т.п.). При листовой Х. ш. заготовка получает разные деформации в различных участках и соответственно различное упрочнение. Сочетание рационального распределения деформаций, зависящего от размеров и формы заготовки, а также типа применяемых операций и условий их осуществления, с термическими операциями (как для всей заготовки, так и для отдельных её частей) позволяет получать наилучшие эксплуатационные свойства деталей (жёсткость, прочность, износостойкость и т.п.) при наименьшей массе деталей (облегчённые конструкции).

Х. ш. сортового металла (см. также Объёмная штамповка) разделяется на штамповку в открытых штампах, холодное выдавливание, холодную высадку (См. Холодная высадка). Объёмная Х. ш. осуществляется в штампах, аналогичных штампам объёмной горячей штамповки, обеспечивающих последовательное приближение формы заготовки к форме детали. Вследствие упрочнения процесс Х. ш. 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, противостоящую выдавливанию 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 (См. Прессование 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 Х. ш. можно получать полые детали с толщиной стенки в десятые и даже сотые доли мм.

Наряду с традиционными методами Х. ш. всё более широкое применение получают беспрессовые виды штамповки (взрывная, электрогидравлическая, электромагнитная и т.д.).

Лит.: Романовский В. П., Справочник по холодной штамповке, 5 изд., Л., 1971.

Е. А. Попов.

группа технологических процессов, в результате которых изменяется форма металлической заготовки без нарушения её сплошности за счёт относительного смещения отдельных её частей, т. е. путём пластической деформации (См. Деформация). Основные виды О. м. д.: прокатка (см. Прокатное производство), прессование, Волочение, Ковка и Штамповка (см. Кузнечно-штамповочное производство). О. м. д. также применяется для улучшения качества поверхности.

Внедрение технологических процессов, основанных на О. м. д., по сравнению с др. видами металлообработки (литьё, обработка резанием) неуклонно расширяется, что объясняется уменьшением потерь металла, возможностью обеспечения высокого уровня механизации и автоматизации технологических процессов.

О. м. д. могут быть получены изделия с постоянным или периодически изменяющимся поперечным сечением (прокатка, волочение, прессование) и штучные изделия разнообразных форм (ковка, штамповка), соответствующие по форме и размерам готовым деталям или незначительно отличающиеся от них. Штучные изделия обычно подвергаются обработке резанием. Объём удаляемого при этом металла зависит от степени приближения формы и размеров поковки или штамповки к форме и размерам готовой детали. В ряде случаев О. м. д. получают изделия, не требующие обработки резанием (болты, винты, большинство изделий листовой штамповки).

О. м. д. может применяться не только для получения заготовок и деталей, но и как отделочная операция после обработки детали резанием (дорнование, обкатка роликами и шариками и т.п.) с целью уменьшения шероховатости поверхности, упрочнения поверхностных слоев детали и создания желательного распределения остаточных напряжений, при котором служебные свойства детали (например, сопротивление усталостному разрушению) улучшаются.

О. м. д. осуществляется воздействием на заготовку внешних сил. Источником деформирующей силы может быть мускульная энергия человека (при ручной ковке, выколотке) или энергия, создаваемая в специальных машинах - прокатных и волочильных станах, Прессах, Молотах и т.п. Деформирующие силы могут создаваться также действием ударной волны на заготовку, например при взрывной штамповке, или мощными магнитными полями. например при электромагнитной штамповке. Деформирующие силы передаются на заготовку инструментом, который обычно является твёрдым, испытывающим малые упругие деформации при пластической деформации заготовки; в некоторых случаях используются эластичные среды (например, при штамповке - резина, полиуретан) или жидкости (например, при гидростатическом прессовании).

Различают горячую и холодную О. м. д. Горячая О. м. д. характеризуется явлениями Возврата и рекристаллизации (См. Рекристаллизация), отсутствием упрочнения (Наклёпа); механического и физико-химического свойства металла изменяются сравнительно мало. Пластическая деформация не создаёт полосчатости (неравномерности) микроструктуры, но приводит к образованию полосчатости макроструктуры у литых заготовок (слитков) или к изменению направления волокон макроструктуры (прядей неметаллических включений) при О. м. д. заготовок, полученных прокаткой, прессованием и волочением. Полосчатость макроструктуры создаёт анизотропию (См. Анизотропия) механических свойств, при которой свойства материала вдоль волокон обычно лучше его свойств в поперечном направлении. При холодной О. м. д. процесс пластической деформации сопровождается упрочнением, которое изменяет механические и физико-химические характеристики металла, создаёт полосчатость микроструктуры и также изменяет направление волокон макроструктуры. При холодной О. м. д. возникает Текстура, создающая анизотропию не только механических, но и физико-химических свойств металла. Используя влияние О. м. д. на свойства металла, можно изготавливать детали с наилучшими свойствами при минимальной массе.

При О. м. д. изменение схемы напряжённого состояния в деформируемой заготовке позволяет влиять на изменение её формы. В условиях неравномерного всестороннего сжатия пластичность металла увеличивается тем больше, чем больше сжимающие напряжения. Рациональный выбор операций О. м. д. и условий деформирования (гидростатическое прессование, выдавливание с противодавлением, прокатка на планетарных станах и т.п.) не только позволяет увеличить допустимое изменение формы, но и применять О. м. д. для изготовления деталей из высокопрочных, труднодеформируемых сплавов.

Научной основой проектирования и управления технологическими процессами О. м. д. является теория О. м. д. - научная дисциплина, синтезирующая отдельные разделы физики металлов, и Пластичности теория. Основные задачи теории О. м. д.: разработка методов определения усилий и работы, затрачиваемой на деформацию, расчёт размеров и формы заготовки, характера изменения её формы, методов определения допустимого (без разрушения или появления др. дефектов) изменения формы заготовки, оценки изменения механических и физико-химических свойств металла в процессе его деформации и отыскание оптимальных условий деформации.

Лит.: Целиков А. И., Смирнов В. В., Прокатные станы, М., 1958; Охрименко Я. М., Технология кузнечно-штамповочного производства, М., 1966; Малов А. Н., Технология холодной штамповки, 4 изд., М., 1969; Сторожев М. В., Попов Е. А., Теория обработки металлов давлением, 3 изд., М., 1971.

Е. А. Попов.