Содержание

Что такое штамповка металла

Как проводится штамповка металла?

Штамповка металла позволяет быстро и точно придать исходному листовому материалу форму готового изделия. Данный процесс заключается в деформации металла под действием направленного давления. При этом материал изменяет свою форму, сохраняя начальную толщину листа.

1 Основные виды штамповки металлов

Такой способ обработки применяется в мелком, среднем и большом объеме в производствах, специализирующихся на машино- и приборостроении. Штамповка изделий из металла применяется почти во всех отраслях, позволяя создавать любые детали (от стрелок часов до автомобильных дисков и элементов корпуса самолетов). Данная технология имеет очень долгую историю и даже сейчас активно развивается. Постоянно появляются новые методы, использующие силы разного происхождения, кроме гравитации. Деформирование происходит под действием гидравлического давления, электрического тока, магнитного поля и т. д. Далее мы рассмотрим вопросы, связанные с принципом действия штамповочных прессов, видами и методами деформации металла и использованием изделий, созданных таким способом в разных отраслях промышленности.

Деформация листового металла может осуществляться под действием высокого давления либо при комбинировании давления и температуры. Исходя из этого, все типы штамповки можно разделить на две большие группы:

Оба типа имеют свои преимущества и недостатки, которые разграничивают сферы их использования. Холодная штамповка осуществляется при температуре ниже точки плавления металла. Это позволяет избежать усадки при остывании, но накладывает ограничения на форму конечного изделия. Таким методом создают детали без большого количества рельефных элементов, например, детали корпуса автомобиля. Основные требования к используемому материалу при холодной штамповке — высокая пластичность и отсутствие хрупких деформаций. Метод подходит для низкоуглеродистых и легированных сталей, меди, латуни, сплавов алюминия и магния, титана. Поверхность изделий получается ровной, гладкой, размеры продукции с высокой точностью соответствуют заданным.

В зависимости от вида готовой продукции холодная штамповка может быть листовой и объемной. Листовая предназначена для создания таких элементов, как корпуса приборов, детали автомобильного кузова, различные пластины сложной геометрической формы. Заготовки сохраняют свою первоначальную толщину, изменяется только их геометрическая форма. При помощи объемной штамповки производят детали, к которым выдвигаются требования особой надежности и точных геометрических размеров: коленвалы автомобилей, шаровые опоры и т. п. В процессе таких деформаций происходят вдавливание одних структурных элементов поверхности и выдавливание других.

Преимущества листовой штамповки перед обычной резкой довольно значительные. Во-первых, такая поковка имеет большую производительность — до 40 тысяч деталей за смену. Во-вторых, таким способом можно создать изделие большой мощности при малой толщине материала, например, оборудовав конструкцию ребрами жесткости, что сделать практически невозможно при любом типе резки. Поверхность полученных деталей ровная, не требует шлифовки и грунтовки перед покраской. Все перечисленные преимущества позволили повсеместно внедрить методы штамповки во всех отраслях промышленности, особенно в автомобилестроении, авиации и электронном производстве.

Горячая штамповка, или ковка, требует предварительного нагрева самой заготовки либо заготовки и штамповочного молота. Данным методом создаются детали сложной геометрической формы, требующие дальнейшей механической обработки, поскольку на стыке пресс-форм остается часть материала. Поверхность изделий вследствие нагревания до высокой температуры покрывается пленкой окислов, которые удаляются на последующих этапах производства.

Данный метод штамповки производится посредством действия на горячую деталь, которая находится между подвижной и неподвижной частями пресса. В зависимости от зазора между частями штампа ковку делят на два вида:

  1. В открытых штампах. Такой способ предполагает наличие небольшого зазора между плоскостями пресса. В это пространство вытекают излишки металла — облой. Он перекрывает все свободное пространство, вследствие чего остальной материал вынужден занять свое место в пресс-форме. Такой метод дает возможность производить детали точных геометрических размеров, но требует последующих технологических операций по удалению облоя.
  2. Штамповка в закрытых штампах. Данный вид горячей ковки происходит посредством действия пресс-форм, между которыми не остается зазор. В результате получается закрытая полость, в которой формируется изделие. Заготовки для такой штамповки должны иметь точно рассчитанные размеры, форму и толщину. Одно из преимуществ закрытых штампов — практически полное отсутствие облоя, так что такое производство является более эффективным, хотя и требует тщательной подготовки исходного материала.

2 Альтернативные методы штамповки металла

Ковка и штамповка могут осуществляться не только давлением молотов и высокой температурой, но и посредством других сил.

Рассмотрим наиболее распространенные виды деформации металлов:

  1. В производстве деталей для самолетов и ракет широко используется штамповка взрывом (рис. 1). Технологический процесс формирования деталей производят в бассейне с водой, расположив заготовку на пресс-форму, над которой размещается заряд взрывчатого вещества. После детонации взрывная волна в комбинации со смесью газов высокого давления действует на заготовку, придавая ей нужную форму. Таким методом формируются сложные элементы для авиации и ракетостроения, взрывом патрубка для моторов приобретают плавные изгибы, так как в водной среде не происходит их разрыв.
  2. Магнитно-импульсная ковка и штамповка (рис. 2) осуществляются путем преобразования электрического тока и сопутствующего ему магнитного поля в механические деформации заготовки. Процесс осуществляется очень быстро — за десятые доли секунды.
  3. Электрогидравлическая штамповка (рис. 3) основана на действии высокого напряжения в среде жидкости. В результате замыкания контактов проводника возникают высокая температура и волна давления, что делает данный метод похожим на деформацию взрывом.
  4. Изотермическая штамповка является одним из альтернативных подвидов горячей ковки. Отличие заключается в том, что пресс-форма и заготовка разогреваются до температуры плавления металла, которая поддерживается на протяжении всего процесса. В результате такого действия пресса исключается риск возникновения трещин, связанных с перепадом температур. Внутри формы металл получает свойства пластичного материала и с высокой точностью заполняет все пустоты. Изделия получают точную форму и размеры, практически не нуждаются в дальнейшей обработке (рис. 4).
  5. Валковая штамповка (рис. 5) осуществляется посредством прокатывания заготовки на твердосплавных пресс-валах. После такой обработки деталь получает заданную форму, повышаются механические свойства вследствие возникновения направленности микроструктур металла.

3 Преимущества использования методов штамповки

Изготовление деталей при помощи высокого давления позволяет создавать детали практически любой формы, значительно уменьшая расход материала. По сравнению с резкой листовой материал под прессом не теряет механических свойств.

Штамповка довольно проста в применении как на больших предприятиях, так и в мелкосерийном производстве.

Данная высокоскоростная технологическая операция позволяет получать от 30 до 40 тысяч деталей в сутки. После завершения штамповки изделия нуждаются только в минимальной доработке: снятии облоя, шлифовке и полировке.

Универсальность применения метода обеспечивается возможностью быстрой замены пресс-форм, расположенных на молотах. Штамповка доказывает свою высокую результативность при внедрении на производствах разного типа (от точного приборостроения до создания автомобилей, самолетов и ракет).

Такие виды механического деформирования, как магнитная, взрывная и электрогидравлическая штамповки, позволяют создавать сплошные конструкции практически любого размера без швов.

4 Заключение по теме

Штамповка применяется уже очень давно, так как происходит от ковки металлов — процесса, развивающегося вместе с человечеством, без которого невозможно представить себе создание орудий труда, строительных инструментов и оружия.

Современные методы изготовления деталей требуют не только высокой точности, но и экономии материала. Тогда как при резке металла очень большая его часть уходит в стружку, штамповка с максимальной рациональностью расходует материал, придавая ему форму, практически не нуждающуюся в дальнейшей обработке.

Хотя прессы, используемые для штамповки, постоянно развиваются, увеличивая мощность и производительность, их технические характеристики иногда не позволяют создать детали очень больших размеров. В таком случае на помощь приходят альтернативные методы, которые используют гидравлические, взрывные и электромагнитные силы.

Внедрение на производство данных методов позволяет сократить расход материалов, увеличить точность и надежность изделий и ускорить технологические процессы производства.

Штамповка металла – технология, разновидности, оборудование, ГОСТ

Штамповка как технологический процесс обработки заготовок, изготовленных из металла, позволяет получить готовые изделия плоского или объемного типа, отличающиеся как своей формой, так и размерами. В качестве рабочего инструмента при выполнении штамповки может выступать штамп, закрепленный на прессе или оборудовании другого типа. В зависимости от условий выполнения штамповка металла бывает горячая и холодная. Эти два вида данной технологии предполагают использование различного оборудования и соблюдение определенных технологических норм.

Штамповка – пластическая деформация металла, изменяющая форму или размеры материала

Особенности технологии

Кроме разделения на горячую и холодную, штамповка изделий из металла подразделяется и на ряд других категорий в зависимости от ее назначения и технологических условий. Так, операции штамповки, в результате которых происходит отделение части металлической заготовки, называются разделительными. Сюда, в частности, относятся резка, рубка и пробивка деталей из металла.

Другой категорией таких операций, в результате которых штампуемый лист металла изменяет свою форму, являются формоизменяющие штамповочные операции, часто называемые формовкой. В результате их выполнения детали из металла могут подвергаться вытяжке, холодному выдавливанию, гибке и другим процедурам по обработке.

Схемы и разновидности выдавливания (прессования)

Как уже отмечалось выше, существуют такие виды штамповки, как холодная и горячая, которые, хотя и реализуются по одному принципу, предполагающему деформирование металла, имеют ряд значимых отличий. Штамповку деталей, предполагающую их предварительный нагрев до определенной температуры, применяют преимущественно на крупных производственных предприятиях.

Это связано прежде всего с достаточно высокой сложностью такой технологической операции, для качественного выполнения которой необходимо сделать предварительный расчет и точно соблюсти степень нагрева обрабатываемой заготовки. С помощью штамповки, выполняемой по горячей технологии, из листового металла различной толщины получают такие ответственные детали, как днища котлов и другие изделия в форме полусфер, корпусные и другие элементы, используемые в судостроении.

Характеристики и виды деталей, производимых на горячештамповочных прессах

Для нагрева деталей из металла перед их горячей штамповкой используется нагревательное оборудование, которое в состоянии обеспечить точный температурный режим. В этой функции, в частности, могут использоваться электрические, плазменные и другие нагревательные устройства. Перед началом выполнения горячей штамповки необходимо не только рассчитать нормы нагрева обрабатываемых деталей, но и разработать точный и подробный чертеж готового изделия, в котором будет учтена усадка остывающего металла.

Читать еще:  Углогиб своими руками

При выполнении холодной штамповки металлических деталей процесс формирования готового изделия протекает только за счет давления, оказываемого рабочими элементами пресса на заготовку. За счет того, что заготовки при штамповке по холодной технологии предварительно не нагреваются, они не подвержены усадке. Это позволяет изготавливать изделия законченного вида, которые не требуют дальнейшей механической доработки. Именно поэтому данная технология считается не только более удобным, но и экономически выгодным вариантом обработки.

Методом холодной штамповки обрабатывают листовой металл толщиной до 10 мм

Если квалифицированно подойти к вопросам проектирования размеров и формы заготовок и к последующему раскрою материала, то можно значительно уменьшить его расход, что особенно актуально для предприятий, выпускающих свою продукцию крупными сериями. В качестве материала, заготовки из которого успешно подвергаются штамповке, может выступать не только углеродистые или легированные стали, но также алюминиевый и медный сплавы. Более того, оснащенный соответствующим образом штамповочный пресс успешно используется для обработки заготовок из таких материалов, как резина, кожа, картон, полимерные сплавы.

Разделительное штампование, целью которого является отделение от обрабатываемой заготовки части металла, – это очень распространенная технологическая операция, используемая практически на каждом производственном предприятии. К таким операциям, которые выполняются посредством специального инструмента, установленного на штамповочный пресс, относятся резка, вырубка и пробивка.

На этом прессе установлены специальные плунжеры для пробивки отверстий в заготовке

В процессе резки металлические детали разделяются на отдельные части, причем такое разделение может осуществляться по прямой или кривой линии реза. Для выполнения резки могут использоваться различные устройства: дисковые и вибрационные станки, гильотинные ножницы и др. Резку чаще всего используют для того, чтобы раскроить металлические заготовки для их дальнейшей обработки.

Вырубка – это технологическая операция, в процессе которой из металлического листа получают детали, имеющие замкнутый контур. При помощи пробивки в заготовках из листового металла делают отверстия различной конфигурации. Каждая из таких технологических операций должна быть тщательно спланирована и подготовлена, чтобы в результате ее выполнения получилось качественное готовое изделие. В частности, должны быть точно рассчитаны геометрические параметры используемого инструмента.

Перфорированный металлический лист получается в результате вырубки отверстий на координатно-пробивном прессе

Технологическими операциями штамповки, в процессе которых осуществляется изменение начальной конфигурации металлических деталей, являются формовка, гибка, вытяжка, отбортовка и обжим. Гибка – это наиболее распространенная формоизменяющая операция, в процессе которой на поверхности металлической заготовки формируются участки с изгибом.

Вытяжка – это объемная штамповка, целью выполнения которой является получение из плоской металлической детали объемного изделия. Именно при помощи вытяжки металлический лист превращается в изделия цилиндрической, конической, полусферической или коробчатой конфигурации.

По контуру изделий из листового металла, а также вокруг отверстий, которые в них выполнены, часто необходимо сформировать бортик. С этой задачей успешно справляется отбортовка. Такой обработке, выполняемой посредством специального инструмента, подвергают и концы труб, на которые необходимо установить фланцы.

Отбортовка может выполнятся различными способами

При помощи обжима, в отличие от отбортовки, концы труб или края полостей в заготовках из листового металла не расширяют, а сужают. При выполнении такой операции, осуществляемой при помощи специальной конической матрицы, происходит наружное обжатие листового металла. Формовка, которая также является одной из разновидностей штамповки, предполагает изменение формы отдельных элементов штампованной детали, при этом наружный контур детали остается неизменным.

Объемная штамповка, которая может выполняться по различным технологиям, требует не только тщательных предварительных расчетов и разработки сложных чертежей, но и использования специально изготовленного оборудования, поэтому реализовать такую технологию в домашних условиях проблематично.

Инструменты и оборудование

Даже обработка мягких металлов, в частности штамповка алюминия, требует применения специального оборудования, в качестве которого могут выступать гильотинные ножницы, кривошипный или гидравлический пресс. Кроме того, необходимо умение производить расчеты расхода материала и разрабатывать технические чертежи. При этом следует учитывать требования, которые содержит соответствующий ГОСТ.

Штамповку, для выполнения которой не требуется предварительный нагрев обрабатываемой заготовки, выполняют преимущественно на гидравлических прессах, производство которых регулирует ГОСТ. Разнообразие серийных моделей этого оборудования позволяет подбирать станок для производства изделий различных конфигураций и габаритных размеров.

В мелком производстве часто используют эластичный метод штамповки, когда шаблон является металлическим элементом, а матрица – резиновым или пластиковым

Выбирая пресс для выполнения штамповки, в первую очередь следует ориентироваться задачи, для решения которых он необходим. Например, для выполнения таких технологических операций, как вырубка или пробивка, используют штамповочное оборудование простого действия, ползун и шайбы которого в процессе обработки совершают небольшой ход. Для того чтобы выполнить вытяжку, требуется оборудование двойного действия, ползун и шайбы которого в процессе обработки совершают значительно больший ход.

Кривошипный пресс КД-238 относится к категории простого оборудования. Предназначен для холодной штамповки: гибки, пробивки, вырубки и неглубокой вытяжки

По своей конструкции, как указывает ГОСТ, оборудование для выполнения штамповки делится на несколько типов, а именно:

  • однокривошипное;
  • двухкривошипное;
  • четырехкривошипное.

На прессах двух последних категорий устанавливают ползуны более крупных размеров. Однако вне зависимости от конструктивного исполнения каждый штамповочный пресс оснащается матрицей. Основное движение, за счет которого и выполняется обработка заготовки на штамповочном прессе, совершает ползун, нижняя часть которого соединена с подвижной частью штампа. Для сообщения такого движения ползуну пресса приводной электродвигатель связывается с ним посредством таких элементов кинематической цепи, как:

  • клиноременная передача;
  • пусковая муфта;
  • шайбы;
  • кривошипный вал;
  • шатун, при помощи которого можно регулировать величину рабочего хода ползуна.

Схема гидравлического пресса

Для запуска ползуна, который совершает возвратно-поступательное движение по направлению к рабочему столу пресса, используется ножная пресс-педаль, напрямую связанная с пусковой муфтой.

Несколько другим принципом работы отличается четырехшатунный пресс, рабочие органы которого создают усилие с центром, приходящимся на середину четырехугольника, образуемого четырьмя шатунами. Благодаря тому, что усилие, создаваемое таким прессом, приходится не на центр ползуна, это устройство успешно используется для того, чтобы изготавливать изделия даже очень сложной конфигурации. Прессы данной категории, в частности, применяют для того, чтобы изготовить асимметричные изделия, отличающиеся значительными габаритами.

Промышленные четырехшатунные прессы могут развивать усилие в сотни тонн

Чтобы изготовить изделия более сложной конфигурации, используют прессовое оборудование пневматического типа, конструктивная особенность которого заключается в том, что оно может быть оснащено двумя или даже тремя ползунами. В прессе двойного действия применяются одновременно два ползуна, один из которых (внешний) обеспечивает фиксацию заготовки, а второй (внутренний) выполняет вытяжку поверхности обрабатываемого металлического листа. Первым в работе такого пресса, конструктивные параметры которого также регламентирует ГОСТ, участвует внешний ползун, фиксирующий заготовку при достижении самой нижней точки. После того как внутренний ползун выполнит свою работу по вытяжке листового металла, внешний рабочий орган поднимается и освобождает заготовку.

Для штамповки тонколистового металла используются преимущественно специальные фрикционные прессы, технические параметры которых также устанавливает ГОСТ. Чтобы обрабатывать более толстый листовой металл, лучше всего применять гидравлическое штамповочное оборудование, которое оснащено более надежными шайбами и другими конструктивными элементами.

Штамповка металла любой толщины должна производится с высокой точностью

Отдельную категорию составляет оборудование, при помощи которого выполняется штамповка взрывом. На таких устройствах, в которых энергия управляемого взрыва преобразуется в усилие, оказываемое на металл, обработке подвергают металлические заготовки значительной толщины. Работа такого оборудования, считающегося инновационным, даже на видео выглядит очень эффектно.

Чтобы получаемый сгиб и общая конфигурация готового изделия из металла отличались высоким качеством, в последнее время стали активно использовать прессы, оснащенные встроенными вибрационными ножницами. Использование такого оборудования с более короткими ножками позволяет изготавливать изделия практически любой конфигурации.

Таким образом, выполнение штамповки листового металла требует наличия не только специализированного оборудования, но и соответствующих навыков и знаний, поэтому реализовать такую технологию в домашних условиях достаточно сложно.

Виды штамповки металла

Если на производстве требуется большое количество металлических изделий или заготовок одинакового образца, целесообразно использовать метод штамповки. Штамповка металла осуществляется из листового материала, который особым образом деформируют до нужной формы давлением. Штамповка изделий из металла используется издревле: много веков назад таким способом наши предки делали украшения, оружие и предметы быта. Тогда это делалось вручную и с гораздо меньшей скоростью, сейчас же процесс автоматизирован, и производство одной детали занимает значительно меньше времени.

История возникновения процесса

Механизация процесса началась в 1850-е гг. Тогда к процессу штамповки металла начали подключать станки, что значительно ускорило процесс производства и повысило качество изделий.

А в ΧΧ веке произошёл новый подъём в области изготовления металлических деталей методом штамповки, что дало начало эре автомобилестроения. С помощью этого метода стали создаваться кузова машин и некоторые детали механизмов.

С 1930-х гг. штамповка деталей из листового металла стала применяться на заводах по производству летательных аппаратов и плавательных судов. А уже через 20 лет её внедрили в отрасль ракетостроения.

Метод штамповки металла стал популярен из-за ряда причин:

  • процесс производства механизирован и автоматизирован при помощи роторно-конвейерных линий, что позволяет максимально ускорить производство;
  • возможно изготовления деталей любой формы и параметров, которые могут быть как заготовкой, так и готовым изделием;
  • существует высокая точность изготавливаемых деталей, позволяющая заменять их друг на друга без доработки инструментом или на оборудовании;
  • возможно изготовление лёгких изделий высокой прочности.

Штамповка металлических деталей применяется и для массивных изделий, которые используются в качестве заготовок при строительстве автомобилей, судов, летательных аппаратов, и для маленьких лёгких деталей вроде часовых стрелок. Своей популярности штамповка обязана высокой скорости производства таких изделий и почти безграничным возможностям производства неразборных деталей любых размеров, что так важно при строительстве судов и поездов.

Технология штамповки

Для изготовления деталей методом штамповки используют металлический лист, тонкую стальную ленту или полосу.

Чаще всего детали изготавливают методом холодной штамповки листового металла. При этом виде производства деталей, металл приобретает дополнительную прочность, что увеличивает срок службы изделия.

Горячую штамповку используют тогда, когда оборудование не может выдать мощность, нужную для деформации в нужную форму холодного металла. Или при выполнении изделия из непластичного металла. Листы для изготовления деталей горячим методом берутся толщиной менее 5 мм.

Дальнейший выбор технологии производства зависит от того, каким образом нужно воздействовать на металл, то есть технология изменения формы изделия отличается от той, что используют для разделения. В результате разделительных операций от детали отделяется часть.

Это можно делать по кривой или по прямой линии или по контуру. Металл отделяется путём сдвига частей заготовки в разные стороны. Для разделения применяется несколько операций, при которых используется пресс со специальным инструментарием.

Читать еще:  Удаление ржавчины с металла в домашних условиях

Виды разделительных операций:

  • Отрезка – части металлической заготовки разделяются по фигурной линии или по прямой. Пресс для этого вида операций называют ножницами. С помощью этой операции производят готовые к эксплуатации детали и заготовки, которые затем дорабатываются иными способами.
  • Надрезка – операция по неполному отрезанию части заготовки под давлением с сохранением целостности детали.
  • Обрезка – убирается небольшая деталь заготовки, при этом часть металла идёт в отходы.
  • Пробивка – в листе металла формируются отверстия различной формы. Часть металлической основы будет считаться отходами и подлежать удалению.
  • Вырубка – формирует из заготовки изделие, контур которого замкнут.
  • Зачистка – позволяет убрать неровные края и придать изделию аккуратный вид, выровняв его грани.
  • Проколка (просечка) – в изделии делается углубление конусообразным инструментом.

Формоизменяющая штамповка деталей также имеет несколько видов. Операции этого типа используют для изменения формы и размера заготовки из листа металла, не разрушая материала.

Виды формоизменяющих операций:

  • Отбортовка отверстий – формирование вокруг отверстий заготовки бортиков нужной формы и размера.
  • Отбортовка контура – формирование по контуру изделия бортиков нужной формы и размера. Обычно этот метод применяют для обработки концов труб для фиксации фланцев.
  • Вытяжка – объёмная штамповка, в результате которой из плоского листа металла получаются пространственные изделия, полые внутри. Таким способом изготавливают детали полусферической, коробчатой, конической, цилиндрической и других форм. Вытяжка может быть последовательной, с плоским прижимом в плоской матрице или с крюком.
  • Обжим – сужение торцов деталей из листа металла, полых внутри с помощью конической матрицы. Конец детали вставляется с большой силой в воронку матрицы.
  • Гибка – металлическим заготовкам придают нужный по конструкции изгиб. Различают несколько типов гибки, в зависимости от конечной формы изделия: V-образная или одно угловая, U-образная или двух угловая, много угловая, трубная и криволинейная.
  • Формовка – при неизменном контуре изделия, изменяются размеры и форма его участков. Видов формовки несколько: она может быть с предварительным набором, а может выполняться цилиндрическим пуансоном с плоским концом.

Особенности холодной штамповки

Холодная листовая штамповка подойдёт не только для изделий из легированных и углеродистых сталей, но и для алюминия, меди и сплавов этих металлов. При этом методе выбор штампуемых материалов может выходить за рамки металлов. Штампы для этого вида можно применять для изготовления деталей из картона, кожи, полимерных сплавов и резины.

Изделия, для изготовления которых применялась холодная штамповка металла, отличаются высокой прочностью, точностью параметров и форм, а также качеством поверхности.

В некоторых случая чистота поверхности соответствует 8 классу. Обычно чистота поверхности детали имеет от 2 до 6 класса, что является средним показателем. Но здесь нужно учитывать скорость производства, которая находится на самом высоком уровне.

Но одновременно с этим, при обработке металла методом холодной штамповки снижается пластичность материала. Из-за увеличения прочности металл становится хрупким, что относится к неоспоримым минусам этого вида обработки металла.

Для предотвращения этих негативных моментов между операциями, которые выполняются в ходе холодной штамповки, заготовка подвергается термической обработке. Это называется рекристаллизационный отжиг.

Готовые изделия, сделанные по этой технологии, сочетают в себе повышенную прочность штампованного холодным методом изделия и пластичность, которую металл имел до обработки.

Для выбора используемого пресса и проектирования штампов, нужно знать и учесть большое количество свойств сырья, из которого будет изготавливаться продукция. Иначе может пострадать качество изделий или само оборудование.

Для выполнения операций штамповки для каждого вида изделия изготавливается индивидуальный штамп по нужным параметрам. Это делается в несколько шагов:

  • Составляется эскиз штампа нужной конфигурации.
  • Изучается схема раскроя материала и проверяется в специализированной программе на компьютере.
  • Если программа или человек выявили несоответствие эскиза с реальными требованиями, эскиз редактируется.
  • Разработка проверяется на соответствие размеров.
  • На эскизе обозначаются точные размеры и расположение отверстий на рабочей стороне штампа.

На подготовительном этапе штамповки учитывается:

  • Электропроводность и магнитная проводимость используемого материала.
  • Прочность к механическим воздействиям и твёрдость металла.
  • Ударная вязкость используемого металла.
  • Вес заготовки.
  • Износостойкость металла и его устойчивость к коррозии, что влияет на срок службы штампованного изделия.
  • Теплостойкость и теплопроводность обрабатываемого металла.

Оборудование

Штамповка листового металла производится с помощью пресса и штампа. Пресс применяется для создания давления, то есть самого процесса штамповки, а штамп придаёт изделию нужную форму. Штамп выполнен из инструментальных сталей и состоит из пуансона и матрицы.

Процесс деформации происходит при помощи пуансона и матрицы в момент их сближения. Движимой является верхняя половина штампа, зафиксированная на прессе, а именно на его ползуне.

Нижняя половина остаётся недвижимой и находится на рабочей поверхности оборудования. Если штампуется не сталь, а материал мягкий, то рабочие части штампа могут быть сделаны из полимерных сплавов или дерева.

При изготовлении штамповкой единичного изделия особо крупного размера обычно применяется не пресс, а особое приспособление из чугунной или бетонной матрицы и контейнера с жидкостью (обычно водой). Лист металла располагают на матрице, а над ним жидкий пуансон.

Для создания давления в жидкости, нужное для деформации металла по нужной форме, в контейнере подрывают заряд на основе пороха или сообщают воде электрический разряд достаточной мощности.

Для резки по листовому металлу применяют не пресс, а ножницы. Они бывают нескольких видов:

  • с параллельными ножами;
  • дисковые;
  • гильотинные;
  • вибрационные.

Чаще всего используют ножницы вибрационного типа.

Для качественного изготовления изделий нужно внимательно выбирать пресс для каждого вида операции и обрабатываемого материала. Существует несколько видов прессов:

  • Молот (максимальная скорость до 20 м/с).
  • Гидравлический пресс (максимальная скорость до 0,3 м/с);
  • Кривошипная машина (максимальная скорость до 0,5 м/с);
  • Машина ротационного типа (максимальная скорость 8 м/с);
  • Импульсная штамповочная машина (максимальная скорость до 300 м/с).

Для большинства видов операций подходят кривошипные машины. Они могут иметь от одного до четырёх кривошипных механизмов. Принцип работы кривошипной механизмы можно описать по схеме:

  • На кривошипный вал передаёт движение приводной электрический двигатель через кинематическую цепочку, которая состоит из фрикционной муфты и клиноременной передачи.
  • Шатун с регулируемой длиной приводит в движение ползун кривошипного механизма.
  • Ножная педаль через муфту запускает рабочий ход пресса.

Оборудование для штамповки сложных по конфигурации изделий может иметь несколько ползунов.

Виды и способы современной штамповки металла

Штамповка металла: особенности технологии. Альтернативные методы пластичной деформации металла. Холодная и горячая листовая и объемная штамповка. Технологические операции холодной штамповки. Используемое оборудование прессы и автоматические линии.

Штамповка металла – это технологическая операция, которая представляет собой контролируемый процесс изменения формы и размеров заготовки под действием давления. Процесс отличается высокой производительностью, а потому широко используется в различных отраслях промышленности.

Технология имеет богатую историю, однако ее механизация началась в 50-х годах XIX века: к процессу стали подключать станки, что увеличило производительность и повысило качество изделий. Современное штамповочное оборудование позволяет изготавливать различные детали: от мелких элементов часового механизма до составных частей летательных аппаратов.

В серийном производстве активно применяется листовая штамповка. С помощью данной технологии обрабатывают металл, пластик и другие материалы. Процесс отличается высокой производительностью, стабильностью и точностью.

Холодная штамповка считается наиболее прогрессивным методом обработки давлением. Как следует из названия, это производственные операции без предварительного нагрева заготовки. Такой подход позволяет повысить прочность и чистоту поверхности изделия.

Виды штамповочных технологий

За время своего существования появилось немало методов штамповки. Массовое производство требует особого подхода, где на первое место ставится скорость и качество изготовления изделий. Ручная штамповка сейчас используется исключительно в частном порядке, для создания единичных экземпляров.

Прежде чем рассматривать способы обработки давлением, рассмотрим прочие виды штамповки:

  1. Магнитно-импульсная. Для изменения формы деталей используются кратковременные импульсы электрического тока.
  2. Изотермическая штамповка деталей. Используется для деформирования легированных и жаропрочных сортов стали. Особенность изотермического процесса заключается в том, что контактную форму нагревают до температуры деформации заготовки. В качестве рабочего оборудования используют гидравлические прессы.
  3. Штамповка взрывом. Разновидность импульсного способа. Активно используется в сфере производства летательных аппаратов. Принцип работы основан на передаче воздействия взрывной волны через воздух или воду. В результате заготовка деформируется, приобретая очертания используемой матрицы.

Помимо производственных функций, энергию взрыва используют в качестве привода подвижных частей оборудования. Метод был разработан в Харьковском авиационном институте в 1949 году.

Технологический процесс, при котором изделие получают путем давления на расплавленный металл, называют жидкой штамповкой. Ввиду высокой стоимости матриц и пунсонов метод целесообразно использовать только в массовом производстве.

Листовая штамповка

Процесс обработки заготовок делят на две категории, которые отличаются рабочей температурой:

  1. Холодная штамповка. Данный метод считают наиболее эффективным. Его применяют для изготовления кузовных деталей транспорта. Грамотная разделка помогает рационально использовать основной материал. Наилучших показателей можно добиться, используя углеродистые и легированные стали, а также листовую медь и алюминий.
  2. Горячая штамповка. Как следует из названия, данный метод подразумевает предварительный нагрев заготовки. Для этого используют пламенные или электрические печи. Технологические операции данного метода абсолютно не отличаются от холодного способа производства. Единственный нюанс заключается в толщине листового металла: данный показатель не должен превышать 5 мм. С помощью данного метода производят элементы корпуса в судостроительной промышленности.

Объемная штамповка

Горячая штамповка характеризуется повышенной температурой, при которой протекает процесс. Степень нагрева зависит от используемых материалов. В отличие от штамповки жидкого металла агрегатное состояние заготовки остается неизменным.

Рассмотрим особенности каждого процесса.

Технология горячей объемной штамповки (ГОШ)

Горячую объемную деформацию деталей выполняют под воздействием температуры и давления на заготовку. Для получения необходимой формы материал нагревают и помещают в закрытые штампы. Между используемыми пресс-формами отсутствует зазор. Таким образом, готовое изделие формируется в закрытой полости, которая называется ручьем или гравюрой. Подход характеризуется низким процентом облоя, однако требует внимания на стадии заготовок.

Готовые изделия отличаются точностью размеров и качеством поверхности.

  1. Определяется тип штампа.
  2. Разрабатывается подробный чертеж.
  3. Технологи рассчитывают количество переходов от заготовки до готового изделия.
  4. Для каждого промежуточного этапа готовят индивидуальный чертеж.
  5. Подбирают пресс-формы для переходов.
  6. Определяют параметры и способ нагрева заготовки.
  7. Исходя из требований к детали определяют необходимые финишные процедуры.

По завершении разработки проекта экономисты рассчитывают себестоимость выполнения работ.

По сравнению с горячей ковкой ГОШ обладает гораздо большей производительностью и точностью работ. Требования к подготовке оператора оборудования не отличаются строгостью: среднее время обучения специалиста составляет 6 месяцев. К недостаткам относят ограничение по массе конечного изделия и высокую стоимость штамповочного оборудования.

Метод холодной объемной штамповки

Основным недостатком технологии считают чрезмерные усилия, которые необходимо прилагать для получения готового изделия. По сравнению с ГОШ этот показатель выше в 10–15 раз. Высокие механические нагрузки негативно влияют на продолжительность эксплуатации штампов.

Читать еще:  Электромагнит своими руками расчет на 12 вольт

Суть и назначение холодной штамповки листового металла

Холодная штамповка – самая популярная технология изготовления различных деталей из металла и полимеров. Универсальность метода заключается в том, что он позволяет производить конструкции любой величины: от кухонных принадлежностей до элементов крупных судов.

Холодную листовую пластичную деформацию ценят за следующие преимущества:

  1. Безграничные возможности для механизации и автоматизации процесса.
  2. Низкая себестоимость производства.
  3. Высокий коэффициент использования материала.
  4. При изготовлении тонкостенных элементов не снижается прочность конструкции.
  5. Отсутствует необходимость в финишной обработке готовой продукции.

Высокое качество и технологичность имеют обратную сторону: для наладки оборудования требуются квалифицированные специалисты. Кроме того, проектирование процесса является трудоемкой операцией.

Операции холодной штамповки

  1. Резка. Операция подразумевает разделку материала по прямой или сложной линии. В качестве рабочего оборудования используют различные типы ножниц или гильотин. Резку можно выполнять как на начальной, так и на финишной стадии производства.
  2. Пробивка. Получение отверстия произвольной формы.
  3. Вырубка. Разделка конструкции по замкнутому контуру. При этом отделенная часть является деталью, а не отходом, как при пробивке.
  4. Отбортовка. Операция создания бортика по наружному или внутреннему контуру. Чаще всего процедуру проводят на торцевой части труб, в местах установки фланцев.
  5. Вытяжка. Преобразования плоского изделия в полую объемную деталь. Процесс может сопровождаться изменением толщины стенок.
  6. Обжим. Уменьшение размеров торцевой части путем обжатия в конической матрице.
  7. Гибка. Придание изогнутой конфигурации плоским деталям. Наиболее распространенной является V- и U-образная гибка.
  8. Формовка. Изменение локальной формы детали с сохранением размеров наружного контура.

Классификация оборудования для штамповки

Штамповочное производство и оборудование для него регламентированы требованиями межгосударственных стандартов. Кроме того, ГОСТ устанавливает предельно допустимый расход материалов и утверждает правила разработки проектов.

Рассмотрим оборудование, которое применяется на производственных предприятиях.

Кривошипно-шатунные прессы

Принцип действия оборудования основан на преобразовании кривошипно-шатунным механизмом крутящего момента в возвратно-поступательное движение ползуна.

Подобное оборудование относят к механизмам простого типа. Они могут быть двойного или тройного действия.

Гидравлические прессы

Радиально-ковочные прессы

Представляют собой формовочный пресс для изготовления деталей цилиндрической конфигурации. В комплектацию станка входит индукционная печь для предварительного нагрева болванок.

Оборудование используется для получения поковок квадратного, круглого или прямоугольного сечения.

Электромагнитные прессы

Продукт современных технологий. В качестве движущей силы используется энергия электромагнитного поля, которая давит на сердечник с проволочной обмоткой. В процессе перемещения он воздействует на исполнительную часть станка.

Автоматические штамповочные линии

Современные станкостроительные предприятия предлагают широкий выбор автоматических штамповочных линий и комплексов для решения различных задач. Станки представляют собой высокотехнологичное оборудование, изготовленное под руководством квалифицированных инженеров-технологов.

Современные комплексы оснащают системами ЧПУ с центральным сенсорным дисплеем, что сводит функции оператора к минимуму.

Штамповка металла – востребованная технология, которая позволяет производить детали с высокими эксплуатационными характеристиками. Как вы считаете, могут ли полуавтоматические станки конкурировать с числовым программным управлением или такое оборудование является устаревшим? Поделитесь вашим мнением в блоке комментариев.

Какие виды штамповки применяются для обработки деталей из листового металла

Штамповка деталей из листового металла позволяет формировать изделия разной конфигурации в течение небольшого отрезка времени. В качестве исходного материала используется полоса или лента. Разнообразная технология раскроя позволяет получать за 1 удар пресса от 1 до нескольких деталей.

Существуют автоматические линии, которые работают без участия человека. В оборудование устанавливается штамп последовательно действия. Подача ленты осуществляется на 1 шаг в течение определенного отрезка времени. Быстроходные прессы совершают более 100 ударов в минуту, и готовые изделия с такой же скоростью поступают в контейнер.

Что собой представляет листовая штамповка

В процессе листовой штамповки идет подача плоской листовой стали в пространство штампа. За один удар пресса можно получить не каждую конфигурацию детали. Существуют сложные изделия, которые формируются за несколько операций. В каждом случае разрабатывается своя технология. Для этого изготавливаются разные штампы. Часто операции совмещаются. Для этого существуют штампы последовательного или совмещенного действия.

В первом случае деталь получается за несколько шагов и на выходе выпадает готовое изделие. В оснастке совмещенного действия несколько операций формируется за один удар. Готовая деталь падает в провальное окно плиты пресса, а отходы остаются на поверхности.

При штамповке простых металлических изделий в работе используются стандартные нормы. Если же идет формоизменение оцинкованного листа, наблюдается повышенный износ рабочего инструмента. Связано это с наличием на поверхности листа цинкового наклепа. Чтобы предотвратить его оседание на рабочем инструменте, при штамповке используется эмульсия. Это значительно увеличивает стойкость штампа.

При проектировании штампов для алюминиевых полос между пуансоном и матрицей закладываются уменьшенные зазоры. Связано это с мягкостью цветного металла.

Изготовление штампов для холодной штамповки металла

Штампы для листовой штамповки представляют собой кубик, состоящий из 2 половинок. Центрирование обеих частей идет через колонки и втулки. Изготовление оснастки состоит из нескольких этапов:

  • Разрабатывается проект. Подготавливаются чертежи со всеми размерами.
  • Начинается изготовление деталей штампа. Многие размеры на чертеже имеют жесткий допуск, который нужно выдержать до 0,01 мм. Такую точность можно получить только на координатных станках: расточном и шлифовальном. Особенно это касается рабочего инструмента: пуансона и матрицы.
  • Некоторые изделия, изготовленные из конструкционной и инструментальной стали, подвергаются термической обработке.
  • Затем закаленные детали шлифуются. Наивысшую чистоту поверхности имеют режущие части рабочего инструмента. Шлифовка ведется до получения 10 класса шероховатости поверхности или по новому обозначению 0,16√. Все плоские части деталей: верхних и нижних плит, пуансонодержателя, прокладок, направляющих планок и съемника шлифуются до 8 класса. Согласно новому обозначению — 1,25√.

Некоторые штампованные детали получаются на оснастке, которая изготавливается по новейшей технологии. Согласно новым разработкам в них отсутствуют колонки и втулки. Обе половинки штампа ничем не связаны. К новинке относится встроенный в пуансонодержатель ловитель с фаской 15 мм, сделанной под углом 15 градусов. В матрице существует отверстие, куда ловитель входит по скользящей посадке в конце хода пресса. Это происходит до того, как рабочий инструмент не коснется металла. В итоге совершается совмещение обеих половинок и получается качественная деталь.

Технология штамповки

Штамповка листовая представляет собой формоизменения металла. При проектировании штампов ведется расчет усилий по операциям. Часто мощности пресса хватает для получения готового изделия в холодном состоянии. Обычно толщина листа, подающегося в пространство штампа, составляет не более 1 мм.

Если пластичность металла невысокая, то для такого материала необходим подогрев.

Холодная штамповка

В холодном состоянии проводится штамповка листового металла из стали 08 кп, алюминия и неметаллических изделий.

Выполняются следующие операции:

  • Резка. Проводится она на специальных гильотинных ножницах. Материал разрезается на мерные заготовки для последующей штамповки.
  • Вырубка или пробивка. Относится к разделительным операциям. Для этого специально изготавливаются вырубные и пробивные штампы.
  • Гибка. Бывает V- образная и П-образная. При совершении таких операций важно учесть пружинение металла. Для этого заготовка гнется на больший угол. Тогда в свободном состоянии она получается нужного размера.
  • Отбортовка. Заранее изготовленное отверстие отбортовывается пуансоном большего размера. Важно выдержать правильный зазор между ним и матрицей, который должен равняться толщине металла.
  • Вытяжка. Идет вытягивание круглой заготовки в стакан. Если требуется большая высота, то достигается она за несколько переходов. Для этого изготавливают разные штампы.

Горячая штамповка

Обычно используется при штамповке листа металла толщиной 3–5 мм. Применяется в том случае, когда усилия пресса не хватает для формирования деталей. Таким же способом получается объемная штамповка изделий.

Процесс горячей штамповки принципиально не отличается от холодной. Особенность заключается в том, что предварительно металл подогревается до температуры 1200 градусов. Для этого применяются специальные печи, которые устанавливаются рядом с прессовым оборудованием.

Существуют автоматические линии, работающие без участия человека. На первом этапе идет разогрев заготовки, которая дальше самостоятельно передвигается по конвейеру.

Альтернативные и прогрессивные способы штамповки листового металла

Штамповка изделий листового металла может проходить не только традиционными методами. Существует ряд способов обработки материала, когда отсутствует стандартный инструмент:

  • Формоизменение метала резиной. Для этого пуансон и матрица изготавливаются из резины. Несмотря на мягкие рабочие части, удается совершить: гибку, вытяжку, вырубку и пробивку. К преимуществам такого способа относится невысокая цена рабочего инструмента.
  • Использование жидкости. Принцип основан на том, что матрица изготавливается из обычного металла. В ней формируется необходимый ручей. Под давлением жидкости ведется заполнение ручья металлом. Его форма соответствует размерам изделия.
  • Взрывом. В данном случае, толкающей силой является взрыв, который направляет металл в форму. Применяется для работы с крупногабаритными изделиями, для получения деталей сложной конфигурации.
  • Магнитно-импульсный вариант. Принцип основан на создании магнитного поля вокруг заготовки. В итоге такое же поле формируется в самой детали. В результате возникает толкающая сила, которая направляет металл в нужное направление.

Станки и пресса для штамповки

Оборудование для горячей и холодной штамповки имеет много разновидностей:

  • Фрикционные прессы. Передача движения происходит за счет трения, возникающего между маховиком и дисками. Такое оборудование используется для листовой штамповки как в горячем, так и в холодном состоянии.
  • Кривошипные пресса. Основу составляет кривошипно-шатунный механизм. Работающий электродвигатель передает движение на ползун, закрепленный в направляющих. Он совершает возвратно-поступательные движения. Здесь же встроенный маховик обеспечивает необходимую инерцию. Оборудование не отличается сложностью, легко настраивается и обслуживается. Применяется в холодной штамповке как для небольших, так и для кузовных деталей. Имеет встроенную регулировку частоту ударов. Поэтому, при необходимости, скорость работы меняется. К недостаткам способа относится жесткость удара рабочего инструмента о поверхность заготовки.
  • Гидравлические пресса. Основная движущая сила создается жидкостью. Учитывая то, что она несжимаема, идет ее давление на поршень. Дальше оно передается на ползун. К положительным качествам оборудования относится мягкость и большая величина хода. Это сказывается на длительности эксплуатации штампов. Рабочий инструмент не испытывает перегрузок и реже подвергается переточке. К недостаткам относится низкая скорость движения ползуна.
  • Станки вальцевого типа. В качестве рабочего инструмента применяются вальцы. Заготовка пропускается сквозь них и приобретает необходимую форму.

Процесс листовой штамповки относится к операциям, в процессе которых за небольшой промежуток времени получается большое количество деталей. Как правило, это не окончательная продукция. В дальнейшем она подвергается другим видам обработки.

Подписывайтесь на канал, ставьте лайки, делайте репосты, а мы будем размещать для Вас полезную информацию о металлах!
Так же Вы можете посетить наш информационный сайт все о металлах .

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector