Штамповку осуществляют в штампах (инструмент) и в основном на прессах (машины). При штамповке металла заготовки деформируются, приобретая заданные формы.
Основными деформирующими (обрабатывающими) деталями штампа служат пуансон и матрица.
Штампом называют технологическую оснастку, с помощью которой заготовка в процессе ее обработки приобретает требуемые форму и размеры. Штамп состоит из двух сборных единиц – блока и пакета. Блок служит для крепления пакета и совмещения рабочих деталей штампа во время штамповки. Он состоит из верхней и нижней плит, направляющих колонок и втулок. За верхнюю плиту штамп крепится к ползуну пресса, а нижняя закрепляется на подштамповой плите, устанавливаемой на столе пресса. Колонки и втулки служат для точного направления верхней плиты относительно нижней в процессе их взаимодействия. В пакет собираются рабочие детали штампа и вспомогательные детали, которые служат для фиксации и крепления рабочих, а также для выполнения действий, сопровождающих операции или переходы. Пакет крепится в блоке штампа.
По технологическому признаку различают несколько видов штампов. Штампы простого действия применяют для выполнения одной или нескольких одинаковых технологических операций за один ход ползуна пресса в переделах одного шага штамповки. Эти штампы отличаются простотой конструкции и меньшей стоимостью. В штампах совмещенного действия выполняются одновременно две или несколько технологических операций (переходов) за один ход ползуна пресса в пределах одного шага штамповки. В штампах последовательного действия выполняется несколько технологических операций (переходов) за несколько ходов ползуна пресса и за несколько ходов ползуна пресса и за несколько шагов штамповки. Штампы совмещенного и последовательного действия более трудоемки в изготовлении и стоимость их больше, однако их использование позволяет изготовлять сложные изделия с более высокой производительностью.
По технологическому назначению штампы объединяют в группы, к которым относятся штампы для разделительных операций (вырубка, пробивка, отрезки) и штампы для формоизменяющих операций (вытяжки, гибки, формовки, чеканки, выдавливания и др.). При изготовлении сложных изделий применяют комбинированные штампы. Например, в одном штампе могут производиться вырубка и пробивка, пробивка и отрезка, вырубка и вытяжка, калибровка и чеканка и др. Применяют также штампы с направляющими плитами и без них.
Штампы для холодной объемной штамповки. Эти штампы отличаются повышенной прочностью основных деталей и высокой точностью их сопряжения. Более высокая прочность деталей штампов обусловлена тем, что холодная объемная штамповка сопровождается большим удельными условиями (до 2500 МПа), которые вызывают в деталях штампа высокие напряжения и приводят к более интенсивному износу рабочих поверхностей. Методами холодной объемной штамповки получают поковки высокой точности, что обусловлено высокой точностью сопряжения деталей штампа. Так, например, соосность пуансона и матрицы и минимальный радиальный зазор между ними обеспечивают получение при выдавливании поковки без заусенца и с минимальной разностенностью.
Матрицы изготовляют из сталей Х12М, Х12Ф1, Х4В7ФМ и ШХ15. Наибольшее распространение для изготовления пуансонов получили стали Х12М и Р6М5. Пуансоны и матрицы закаливают до твердости НRС 58-60. Наиболее износостойкими материалом для матриц являются твердые сплавы вольфрамовой группы – ВК15, ВК20С, ВК20КС и др. (ГОСТ 3882-74). Верхнюю и нижнюю плиты изготовляют из стали 40Л с твердостью НRС 28-32.
4. Пайка
Пайка — способ образования неподвижных соединений за счет смачивания твердых поверхностей более легкоплавким расплавленным металлом (припоем). При смачивании устанавливаются межатомные связи между соединяемыми деталями и припоем. С помощью пайки ведут сборку различных типов соединений: внахлест, встык, тавровые, телескопические. Паяное соединение состоит из трех зон: припой и две диффузионные зоны «припой — соединяемый металл». Для обеспечения смачивания припоем паяных поверхностей необходимо удаление жировых и окисных пленок механическим (стальными щетками, абразивной или ультразвуковой обработкой) или химическим (травление) путем.
Элементами паяного соединения являются: зазор между соединяемыми поверхностями; галтель — валик припоя вокруг паяного соединения, образуемый после пайки; паяный шов. Технологический процесс пайки включает в себя подготовку поверхностей, сборку деталей, укладку припоя (возможно, с нанесением флюса), пайку (местный или общий нагрев), обработку соединения после пайки (удаление лишнего припоя, флюса). Припой — чистый металл или сплав, вводимый в зазор между паяными поверхностями. Для низкотемпературной пайки обычно применяют припои на основе сплава «олово-свинец». Припои специального назначения имеют добавки: галлий, индий, кадмий, серебро, золото. Характеристика и назначение некоторых припоев приведены в табл. 1.
| Припой | Марка | Т.п. °С | Область применения |
| Низкотемпературная пайка | |||
| Оловянисто-свинцовый | ПОС40 | 220 | Радиаторы автомобилей |
| Оловянисто-свинцово-сурьмянистый | ПОССуЗО-2 | 250 | Электроарматура |
| Висмутовый | Сплав Вуда | 74 | Медь и ее сплавы |
| Галлиевый | Г15 ( | Паста для пайки алюминия и его сплавов | |
| Цинковый | пкц | 300 | Алюминий и его сплавы |
| Высокотемпературная пайка | |||
| Медный | М0-М4 | 1083 | Сталь, металлокерамика |
| Медно-цинковый | Л68 | 940 | Сталь |
| Жаропрочный | ВПр1 | 1 120 | Жаропрочные стали |
5. Виды пайки
В соответствии с технологическими особенностями процесса пайку классифицируют по следующим признакам:
- по характеру взаимодействия твердого и жидкого металлов при возникновении спая;
- по особенностям технологии образования паяного соединения;
- по способам нагрева.
По первому признаку выделяют пять видов спаев.
1. Бездиффузионный — в процессе пайки основной металл и жидкий припой вступают в физико-химическое взаимодействие, обусловленное разницей их свойств и энергетического состояния. При снижении температуры пайки и времени выдержки интенсивность взаимодействия уменьшается и появляется возможность образования химических связей при отсутствии диффузии в объеме взаимодействующих металлов.
2. Диффузионный - наблюдается растворение основного металла в припое и взаимная диффузия элементов входящих в состав припоя и основного металла. Используется для повышения температуры плавления припоя и выравнивания химического состава шва и основного металла.
3. Капиллярный — расплавленный припой затекает в зазор благодаря смачиванию стенок капилляра. Заполнение зазора зависит от величины поверхностного натяжения и плотности припоя.
4. Контактно-реактивный — жидкий припой образуется в результате взаимодействия с основным металлом (взаимной диффузии) введенных в зазор твердых металлических прокладок или покрытий, которые наносятся на контактируемые поверхности различными методами металлизации. При этом температура плавления припоя ниже температуры плавления металла прокладок.
5. Металлокерамический — осуществляется припоями наполнителями (порошками или волокнами) более тугоплавких, чем припои, металлов. Шов образуется в результате взаимодействия жидкой части припоя с основным металлом и наполнителем, что приводит к повышению температуры плавления и прочности металла шва. Такие припои обладают малой растекаемостью, и перед пайкой их закладывают в зазор между деталями.
Нагрев деталей при пайке может быть местным (в районе шва) и общим. По температурам плавления припои делятся на мягкие (Тп > 450 °С) и твердые (Тп = 450…900 °С). Местный нагрев может производиться пламенем газовой горелки, индукционным нагревом, паяльником. Общий нагрев производится в печах, пайкой погружением в ванну расплавленных солей, флюсов, припоя.
Взаимодействие между металлами при пайке может завершаться на разных стадиях развития процессов между основным металлом и припоем. В соответствии с этим будут меняться состав, структура спая и отдельных зон паяного соединения. Если процесс прекращается на стадии возникновения химических связей, когда можно пренебречь взаимной диффузией паяемого металла и расплава припоя, то образуется бездиффузионный спай. Последующая выдержка во времени создает условия для развития диффузионных процессов. Спай, который образуется в условиях протекания растворно-диффузионных процессов, называют растворно-диффузионным. Спаи, возникающие в результате контактного плавления (переход в жидкое состояние разнородных материалов при температуре ниже их точки плавления), относят к контактно-реакционным.
6. Классификация флюсов, припоев. Инструмент для проведения процесса соединения металлов
Флюсы для пайки
Следует отметить, что наряду с тщательной подготовкой поверхности детали в процессе пайки происходит окисление металла из-за нагрева поверхности, могут возникнуть окисные пленки в процессе длительного хранения деталей после обработки поверхности. Поэтому при пайке практически всегда применяют флюсы, которые предназначены для защиты металла от окисления кислородом из окружающей среды, очистки поверхностей от окисных пленок и улучшения смачиваемости металла припоем.
Флюс для пайки должен иметь меньший удельный вес и температуру плавления, чем припой, и в расплавленном виде хорошо смачивать металл. Эти свойства способствуют очистке поверхностей от окисных пленок до плавления припоя и вытеснению флюса по мере растекания припоя. В зависимости от свойств паяемых металлов и применяемых для них припоев флюсы можно разделить на три группы.