Холодная штамповка металла


Холодная штамповка металла: технология, виды, оборудование

Холодная штамповка (ХШ) считается наиболее передовой методикой обработки металлов давлением. Ее квалифицированное применение позволяет получать изделия различных форм и размеров. Что важно, изделия, изготовленные по данной технологии, отличаются точностью своих геометрических параметров и высоким качеством сформированной поверхности, поэтому не нуждаются в дальнейшей доработке. Процесс выполнения холодной штамповки можно легко автоматизировать, что дает возможность изготавливать продукцию с его помощью с высокой производительностью.

Эти детали были изготовлены методом холодной штамповки

Тонкости технологии

Штамповка, или штампование, как часто называют такую технологическую операцию, – это процесс, при котором заготовка из металла под воздействием давления подвергается пластической деформации. В результате такого воздействия, для оказания которого используется специальное оборудование, из заготовки формируется готовое изделие требуемых размеров и формы. Деформирование металлической заготовки может выполняться с ее предварительным нагревом, тогда такой процесс называется горячей штамповкой. Если же никакого предварительного термического воздействия на заготовку не оказывается, тогда выполняется холодная штамповка металла.

Классификация основных операций штамповки

При выполнении холодной штамповки металла используется специальная технологическая оснастка. При этом металл, из которого сделана заготовка, подвергается дополнительному упрочнению. Между тем при выполнении холодной штамповки металла ухудшается его пластичность. Повышение прочности заготовки при выполнении холодной штамповки приводит к увеличению хрупкости металла, что является достаточно негативным фактором. Чтобы избежать этого, между технологическими операциями, из которых состоит штамповка деталей в холодном состоянии, выполняют термическую обработку заготовки – рекристаллизационный отжиг. В готовых изделиях, которые в процессе производства были подвергнуты такой термической обработке, оптимально сочетаются параметры прочности и пластичности.

Виды холодной штамповки

Для того чтобы изменить изначальные геометрические параметры металлического листа в нескольких направлениях, применяется холодная объемная штамповка. Чтобы не увеличить сопротивление металла и, соответственно, не снизить его текучесть, такую технологическую операцию выполняют при температуре, которая не превышает ковочную.

Вырубка шайб – простейший пример холодной штамповки

Используя данную технологию, которая требует применения специального оборудования, изготавливают изделия повышенной точности, без таких дефектов, как горячие трещины, царапины, заусенцы и риски, участки, подвергнутые усадке металла. Однако из-за того, что штамповочный пресс, используемый для выполнения объемной ХШ, вынужден преодолевать огромное сопротивление ненагретого металла, получить с его помощью детали сложной конфигурации проблематично. В таких случаях лучше использовать не холодную, а горячую штамповку.

Еще одним видом обработки металла давлением, при выполнении которой заготовки не подвергаются предварительному нагреву, является холодная листовая штамповка. При выполнении обработки по данному методу в качестве заготовок могут выступать лист, лента или полоса, изготовленные из металла. Толщина стенок обрабатываемой детали при использовании такой технологии практически не изменяется, а получить пространственные изделия можно только из пластичных металлов.

Этапы изготовления штампов

Большую роль в обеспечении требуемого качества готового изделия играет проектирование штампов для холодной штамповки, за счет которых и происходит формирование детали с требуемыми геометрическими параметрами. Выполняться рабочие чертежи таких рабочих инструментов, устанавливаемых на штамповочных прессах, могут как в двух-, так и в трехмерном формате. Для решения этой задачи требуются соответствующие знания и навыки.

Разработка чертежа и последующее изготовление штампа, используемого для холодной штамповки, выполняются в несколько этапов:

  • составление эскиза будущего штампа;
  • изучение схемы, по которой будет выполняться раскрой материала, проверка такой схемы посредством специальной компьютерной программы;
  • редактирование эскиза, если в том есть необходимость;
  • окончательная проверка размеров разработанного штампа;
  • обозначение положения и точных размеров отверстий, которые будут выполнены на рабочей поверхности штампа.

При разработке штампов часто приходится выбирать между качеством будущей детали и экономичностью производства

Разрабатывая штампы для холодной штамповки, необходимо разбить чертеж готового изделия на отдельные части и внимательно изучить их. После того как такая процедура будет выполнена, осуществляют производство штампов. При этом необходимо уделить особое внимание требованиям, которые предъявляются к параметрам готового изделия. Для каждого этапа технологического процесса холодной штамповки разрабатывается маршрутная карта, в которой учитываются как время выполнения отдельных операций, так и характеристики поковок на отдельных этапах обработки.

Большая часть штампов изготавливается из углеродистой или легированной стали, но иногда используются и сплавы алюминия и меди

В таком вопросе, как выполнение холодной штамповки металлической заготовки, значение имеют очень многие параметры, к которым, в частности, относятся последовательность выполнения технологических операций, распределение материала в полости рабочего инструмента, используемое оборудование и режимы обработки.

К процессу изготовления штампов для холодной штамповки также предъявляются серьезные требования, поскольку именно от точности данного инструмента зависит качество формируемого изделия.

Штамповка деталей, при которой в качестве заготовки используется листовой металл, может включать в себя целый перечень механических операций. Такими операциями, в частности, являются резка, вырубка, выдавливание, гибка, холодная высадка, формовка, обжим и вытяжка. При этом резка, вырубка и ряд других технологических операций относятся к разделительным операциям, а холодная высадка, формовка, гибка и др. – к формоизменяющим.

Типы разделительных операций листовой штамповки

Типы формоизменяющих операций листовой штамповки

После штамповки изделие может быть подвергнуто и ряду вспомогательных операций, к которым относятся отжиг и травление. При помощи таких операций готовому изделию придаются требуемые механические характеристики. Чтобы повысить износостойкость изделий, полученных методом холодной штамповки, на их поверхность наносят различные защитные покрытия.

Если заготовку из листового металла необходимо подвергнуть объемной штамповке, то такая операция может выполняться по двум технологическим схемам.

Первая из них состоит из трех операций:

  1. предварительной термической обработки заготовки (это необходимо для того, чтобы снизить прочность металла);
  2. подготовки поверхности заготовки к выполнению штамповки;
  3. непосредственно самой штамповки.

При выполнении холодной штамповки по второй технологической схеме к трем вышеуказанным этапам добавляется еще один – предварительная подготовка мерных заготовок, из которых и будут формироваться готовые изделия.

Особенности и технология холодной штамповки деталей из листового металла

Холодная штамповка деталей из листового металла представляет собой процесс обработки при помощи специального оборудования. Такой способ металлообработки производится под высоким давлением, что дает возможность изготавливать детали любой конфигурации.

Немного истории

О холодной обработке металла было известно еще очень много столетий тому назад, но на то время она не имела такого широкомасштабного производства. В основном ее применяли для изготовления домашней утвари, различных украшений и оружия.

Но благодаря техническому прогрессу такой вид металлообработки, начиная со второй половины XIX века, встал на новый уровень. В результате совершенствования начали изготавливаться новые детали и элементы для промышленности, что, в свою очередь, способствовало стремительному развитию данной отрасли.

Уже в начале XX столетия изготовление штампов для холодной штамповки металла сыграли большую роль в таких отраслях, как автомобилестроение, авиа- и судостроение, а в 50-х годах этого же столетия их стали применять и в ракетостроении.

Изготовление различных деталей путем холодной штамповки – это процесс, что позволяет увеличить прочность изделия, уменьшая его пластичность, тем самым не давая ему возможность в последующем деформироваться под воздействием внешних факторов. В результате заготовки приобретают высокую прочность. Кроме этого, применяемая технология позволяет делать детали высокого качества и точности, при этом существенно экономя затраты на производство.

Холодная штамповка металла (ХШ) представляет собой соответствующие действия, в ходе которых из предоставленного материала изготавливаются изделия нужной формы путем высокого давления, что в результате дает возможность сделать необходимую конфигурацию.

Суть такого процесса заключается в том, что листовые заготовки помещаются на специальное оборудование, которое состоит из неподвижной и подвижной части, что в результате сближения производят деформацию.

Что касается листового металла, из которого делаются заготовки, то в промышленности применяются различные сплавы и виды стали, что без затруднений поддаются деформированию, это, к примеру, такие, как:

  1. Углеродистая сталь.
  2. Легированная сталь.
  3. Медь.
  4. Латунь (с содержанием более 60% меди).
  5. Титан.
  6. Алюминий.

В качестве заготовки используется прокатный лист, полосы и ленты, что имеют толщину металла от 0,2 до 4 мм и хорошо поддаются деформированию.

В зависимости от типа изготавливаемых деталей в промышленном производстве выделяют несколько видов штамповочных машин. Это такие, как:

  • механический молот;
  • прессы, представленные гидравлическими и кривошипными модификациями;
  • кузнечно- штамповочные автоматы;
  • горизонтально-ковочные машины.

Учитывая, что производство в основном ведется в больших масштабах, то практически все оборудование, автоматизированное. Также применяется и обычный пресс, который полностью контролируется оператором. Но такой вид ХШ применяется в изготовлении небольших партий и не может конкурировать с промышленными аналогами относительно скорости проводимых работ. Хотя это никоим образом не влияет на качество готового изделия.

Кроме этого, стоит отметить, что конструкции прессов можно разделить на:

  1. Однокривошипные.
  2. Двухкривошиные.
  3. Четырехкривошмпные.
  4. В случае если листовой металл имеет небольшую толщину, то применяется фрикционный пресс.
  5. Что касается гидравлического штамповочного оборудования, то оно применяется для крупного производства заготовок, что изготавливаются из более толстого металлического листа.

С этого следует, что делать это в домашних условиях не целесообразно и маловероятно, поскольку потребуется для этого специальное оборудование. К тому же осуществление готового изделия на заказ будет намного выгодней, а также качество предоставляемых услуг будет намного выше.

Принцип работы

Пресс ХШ состоит из механизма, который повергает его в работу и устройство, что выполняет непосредственно сам процесс штампования.

Кривошипный пресс. Что касается работающего механизма, то это кривошипный вал, который вращается при помощи электропривода. В результате вращения маховика происходит цепочная передача вращения на кривошипный механизм.

Совершая возвратно-поступательное действие, имеющийся ползун кривошипа повергает в работу непосредственно само устройство. В ходе такого воздействия возникает соответствующее высокое давление, что позволяет осуществлять пластичную деформацию такого металла.

Гидравлический пресс. Принцип работы такого устройства заключается в том, что формирования происходит в ходе придавливания материала с помощью жидкости, что находится в специальных резервуарах, соединенные специальными трубопроводами. В ходе создания давления в одном цилиндре происходит давление на другой, что, в свою очередь, передается на ползун, приводя его в действие. В результате таких усилий продавливается заготовка.

Относительно самого штампа, то он заключает в себя две основные рабочие части, это матрица и пуансон.

Матрица располагается в нижней части оборудования и является неподвижной, а вот пуансон, его движущая часть, что в ходе деформирования прижимается к матрице, на которой располагается соответствующий материал. Таким способом осуществляется формирование на металлической поверхности.

Прогрессивные способы штамповки листового металла

В силу того, что прогресс не стоит на месте, все чаще в производство внедряются инновационные технологии, что существенно упрощают процесс холодной штамповки листового металла. Среди них можно выделить такие, как:

  • Штамповка резиной. Такой вид формирования подразумевает собой применение резины в качестве матрицы или пуансона. Зачастую ее используют, когда необходимо изготовить заготовки, что имеет толщину металла не более 2-х миллиметров.
  • Штамповка жидкостью. В данном случае формирование происходит за счет, создаваемого давления жидкости. Его в основном применяют для производства деталей с вытянутыми полыми элементами.
  • Штамповка взрывом. Этот способ подразумевает собой применение взрывчатых веществ, что в ходе работы образовывают высокое давление, а в результате заготовка становится соответствующей формы. Используется, когда необходимо сделать более сложную форму или же штампованные изделия большого размера.
  • Электрогидравлическая штамповка. Формирование происходит в результате возникновения ударной волны, когда используется заряд высокого напряжения, подведенный к жидкости.

Такие методы обработки применяются в зависимости от вида деталей и соответственно изготавливаются на предназначенных для этого машинах. Но для производства более крупных деталей из металла, имеющий большую толщину используется еще один вид формирования – горячая штамповка.

В зависимости от предназначения штамповка представлена многообразными видами операций, это:

  1. Разделительные – формирование таким способом осуществляется путем отъединения одной части заготовки от другой при помощи операций в виде резки, пробивки, надрезки, просечки, вырубки и зачистки.
  2. Формообразующие – в этом случае формирование изделий происходит с наибольшими его изменениями, при этом сохраняя целостность, это, к примеру, кузов автомобиля. Основными действиями являются гибка, закатка краев, отбортовка, вытяжка, формовка, чеканка, обжим, правка.
  3. Комбинированные – суть операции заключается в том, что при изготовлении одного изделия происходит одновременно несколько действий сразу. Это такие, как гибка и отрезка, вырубка и вытяжка, отбортовка и формовка.
  4. Штампосборочные – такой метод позволяет в ходе работы соединять несколько заготовок в одну деталь. Примером этого может послужить запрессовка, холодная мягкая сварка, клепка и вальцовка.

Для таких операций на производстве используются гидравлические электромеханические прессы, где применяется усилие не более 100 тонн.

Технические Экономические Недостатки
С точки зрения производства, то такой способ металлообработки дает возможность делать изделия более твердыми и прочными. Кроме этого, они достаточно легкие. Возможность широкомасштабного выпуска при минимальном расходе материалов. К недостаткам относится тот факт, что производимая ХШ листового металла может применяться для изготовления деталей весом не более 1 тонны.
Такой процесс позволяет изготавливать необходимые детали самых различных форм, в том числе и сложных конфигураций. Такой способ позволяет экономить сырье, что, в свою очередь, уменьшает количество отходов.
Возможность получить большое количество деталей с максимальной идентичностью. При штамповой обработке существенно уменьшается вероятность дополнительной обработки

Видео: холодная штамповка изделий.

Технология процесса

Каждый технологический процесс подразумевает под собой проведения определенных операций. В данном случае они связаны с формированием листового металла при помощи ХШ, что выполняется на соответственном оборудовании. В его основу входит:

  • Изначально обозначается суть операции, основополагающие ее процессы, которые должны будут выполняться в соответствующей последовательности.
  • Составление эскиза.
  • Следующим этапом является расчет всех размеров на стадии заготовки, формирования и готового изделия.
  • Обозначается месторасположение всех необходимых отверстий, углублений и других элементов, что требует соответствующая деталь.
  • Обязательно необходимо оформить все стадии процесса с внесением данных с размерами документально.
  • После согласования чертежей происходит изготовление изделий.

Но допускается и внесение изменений, применяя дополнительные операции, что способствуют удобной ее обработке. Это может быть правка листового материала, нанесение смазки или другие операции, что потребуются в ходе штамповки.

Предоставленная информация дает полную картину самого процесса ХШ, что проводится на соответствующем оборудовании при использовании специальных материалов. Кроме этого, благодаря внедренным инновациям, применяемая технология дает возможность изготовления высококачественных изделий в промышленных масштабах. А также уменьшая количество отходного материала, что в свою очередь делает такое производство весьма экономным.

Штамповка жидкого металла

Штамповка жидкого металла является одним из прогрессивных технологических процессов, позволяющих получать плотные заготовки с уменьшенными пропусками на механическую обработку, с высокими физико-механическими и эксплуатационными свойствами.

Технологический процесс штамповки жидкого металла объединяет в себе процессы литья и горячей объемной штамповки.

Процесс заключается в том, что расплав, залитый в матрицу пресс-формы, уплотняют пуансоном, закрепленным на ползуне гидравлического пресса, до окончания затвердевания.

Сопряжение пуансона и матрицы образует закрытую фасонную полость. Наружные контуры заготовки получают разъемной формой, если деталь имеет наружные выступы, или неразъемной формой – при отсутствии выступов. Внутренние полости образуются внедрением пуансона в жидкий металл.

После извлечения из пресс-формы заготовку подвергают различным видам обработки или используют без последующей обработки.

Под действием высокого давления и быстрого охлаждения газы, растворенные в расплаве, остаются в твердом растворе. Все усадочные пустоты заполняются незатвердевшим расплавом, в результате чего заготовки получаются плотными, с мелкокристаллическим строением, что позволяет изготавливать детали, работающие под гидравлическим давлением.

Этим способом можно получить сложные заготовки с различными фасонными приливами на наружной поверхности, значительно выходящими за пределы основных габаритных размеров детали. В заготовках могут быть получены отверстия, расположенные не только вдоль движения пуансона, но и в перпендикулярном направлении.

Возможно запрессовывать в заготовки металлическую и неметаллическую арматуру.

Процесс используется для получения фасонных заготовок из чистых металлов и сплавов на основе магния, алюминия, меди, цинка, а также из черных металлов.

Холодная штамповка

Холодная штамповка производится в штампах без нагрева заготовок и сопровождается деформационным упрочнением металла.

Холодная штамповка является одним из наиболее прогрессивных методов получения высококачественных заготовок небольших и точных из стали и цветных металлов. Она обеспечивает достаточно высокую точность и малую шероховатость поверхности при малых отходах металла и низкой трудоемкости и себестоимости изготовления изделий. Возможность осуществления холодной штамповки и качество заготовок определяются качеством исходного материала. Большое значение имеет подготовка поверхности заготовок: удаление окалины, загрязнений и поверхностных дефектов.

Процессы холодной штамповки часто выполняют за несколько технологических переходов, постепенно приближая форму и размеры заготовок к форме и размерам готовых изделий и осуществляя промежуточный отжиг для снятия наклепа и восстановления пластических свойств металла. В зависимости от характера деформирования и конструкции штампов холодную штамповку делят на объемную и листовую.

Объемная холодная штамповка

Холодную объемную штамповку выполняют на прессах или специальных холодноштамповочных автоматах. Основными ее разновидностями являются: высадка, выдавливание, объемная формовка, чеканка.

Высадка– образование на заготовке местных утолщений требуемой формы в результате осадки ее конца (рис. 15.1).

Рис.15.1. Схема высадки

Заготовкой обычно служит холоднотянутый материал в виде проволоки или прутка из черных или цветных металлов. Высадкой изготавливают стандартные и специальные крепежные изделия, кулачки, валы-шестерни, детали электронной аппаратуры, электрические контакты и т.д.

Длина высаживаемой части рассчитывается с учетом объема требуемого утолщенияпо формуле:.

Расчет числа переходов производится в основном по соотношению длины высаживаемой части и диаметра заготовки, которое характеризует устойчивость к продольному изгибу. Прииспользуют один переход, при– два перехода, при– три перехода. При большом количестве переходов происходит упрочнение металла, поэтому требуется отжиг.

Последовательность переходов изготовления деталей показана на рис. 15.2.: за три перехода (рис. 15.2.а); за пять переходов (рис. 15.2.б).

Рис.15.2. Последовательность переходов изготовления детали

Высадка осуществляется на прессах, горизонтально-ковочных машинах, автоматических линиях, оснащенных холодновысадочными пресс-автоматами.

Выдавливание– формообразование сплошных или полых изделий, благодаря пластическому течению металла из замкнутого объема через отверстия соответствующей формы.

Особенностью процесса является образование в очаге деформации схемы трехосного неравномерного сжатия, повышающего технологическую пластичность материала.

Различают прямое, обратное, боковое и комбинированное выдавливание (рис. 15.3).

При прямомвыдавливании металл течет из матрицы2в направлении, совпадающем с направлением движения пуансона1 (рис.15.3.а, 15.3.б). Этим способом можно получить детали типа стержня с утолщением, трубки с фланцем, стакана с фланцем.

При обратномвыдавливании металл течет в направлении, противоположном направлению движения пуансона, в кольцевой зазор между пуансоном и матрицей для получения полых деталей с дном (рис. 15.3.в) или в полый пуансон для получения деталей типа стержня с фланцем (рис. 15.3.г).

При боковомвыдавливании металл течет в боковые отверстия матрицы под углом к направлению движения пуансона (рис.15.3.ж). Таким образом, можно получить детали типа тройников, крестовин и т.п. Для обеспечения удаления заготовок из штампа матрицу выполняют состоящей из двух половинок с плоскостью разъема, проходящей через осевые линии исходной заготовки и получаемого отростка.

При комбинированномвыдавливании металл течет по нескольким направлениям (рис.15.3.д, 15.3.е). Возможны сочетания различных схем.

Заготовки для выдавливания отрезают от прутков или вырубают из листа. Размер заготовок рассчитывают с учетом потерь на последующую обработку. Форма заготовки и ее размеры для полых деталей без фланца соответствуют наружным размерам детали; для деталей с фланцем – диаметру фланца; для деталей стержневого типа – размерам головки.

Выдавливание можно осуществлять и в горячем состоянии.

Рис. 15.3. Схемы выдавливания:

а,б – прямого; в, г – обратного; д, е – комбинированного; ж - бокового

Объемная формовка– формообразование изделий путем заполнения металлом полости штампа.

Схемы объемной формовки представлены на рис.15.4.

Рис.15.4. Схемы объемной формовки: а – в открытых штампах; б – в закрытых штампах

Она производится в открытых штампах, где излишки металла вытекают в специальную полость для образования облоя (рис.15.4.а), и в закрытых штампах, где облой не образуется (рис.15.4.б). Формовку в закрытых штампах применяют реже из-за больших сложности и стоимости получения заготовок точного объема, необходимости использования более мощного оборудования и меньшей стойкости штампов. В закрытых штампах получают в основном детали из цветных металлов.

Объемной формовкой изготавливают пространственные детали сложных форм, сплошные и с отверстиями. Холодная объемная формовка требует значительных удельных усилий вследствие высокого сопротивления металла деформированию в условиях холодной деформации и упрочнения металла в процессе деформации. Упрочнение сопровождается снижением пластичности металла. Для облегчения процесса деформирования оформление детали расчленяется на переходы, между которыми заготовку подвергают рекристаллизационному отжигу. Каждый переход осуществляют в специальном штампе, а между переходами обрезают облой для уменьшения усилия деформирования и повышения точности размеров деталей.

Заготовкой служит полоса или пруток, причем процесс штамповки может осуществляться непосредственно в полосе или прутке или из штучных заготовок.

В качестве оборудования используют прессы, однопозиционные и многопозиционные автоматы.

Чеканка – образование рельефных изображений на деформируемом материале.

Чеканка осуществляется в закрытых штампах на чеканочных фрикционных и гидравлических прессах.

При холодной штамповке коэффициент использования материала достигает 95 %. При холодном деформировании формируется благоприятная ориентированная волокнистая структура металла, что придает деталям высокую усталостную прочность при динамических нагрузках. Это позволяет получать конструкции с меньшими размерами и металлоемкостью, чем у конструкций, полученных обработкой резанием, не снижая при этом их надежность. Но для холодной объемной штамповки требуется дорогостоящий специальный инструмент, что делает целесообразным ее применение только в массовом и крупносерийном производствах.

Листовая штамповка

Люди издревле делали из металла тонкостенные изделия, сосуды и украшения. Они изготавливались из листа металла методом чеканки-придания формы холодному или разогретому листу пластичного металла путем обстукивания его молотком вокруг деревянной модели будущего изделия. Швы запаивались или чеканились. Такой обработке подвергалась чаще всего медь, реже серебро или золото. Полученные таким образом изделия ценились чрезвычайно высоко, поскольку все операции были ручными и на изготовление одного кувшина у мастера уходил не один день.

Листовая штамповка

Пытливый человеческий ум искал пути ускорить и удешевить производство до середины 19 века, когда появился такой мощный источник энергии, как пар. С тех пор технология производства тонкостенных изделий из металлического листа путем деформации его под давлением, или листовая штамповка, существенно усовершенствовалась. Сегодня этим методом производят миллиарды различных деталей — от частей телефонов до корпусов автомобилей.

Холодная листовая штамповка — гарантия получения высокоточных деталей

Листовая штамповка из листа при комнатной температуре называется холодной штамповкой. Ее применяют при малых толщинах листа и в случае пластичных сплавов. Если же штампуют из толстого листа (от 5 мм) или из сплавов с малой текучестью, то для повышения пластичности лист заготовки нагревают.

Листовая штамповка гарантирует получение большого количества абсолютно идентичных по форме и размерам деталей с высокой точностью.

Холодная объемная штамповка позволяет получать высокоточные тонкостенные детали практически любой формы при себестоимости существенно ниже, чем в случае использования литья или механической обработке. Намного выше получается и коэффициент использования металла. Кроме того, холодная объемная штамповка гарантирует не только прочность, но и однородность свойств материала детали, что особенно важно в ответственных конструкциях.

Как объемная, так и листовая штамповка экономически эффективна в рамках больших серий. Это объясняется большими затратами на подготовку производства.

Характеристика листовой штамповки

холодная листовая штамповка является на сегодня одной из самых широко распространённых технологий обработки металлов, пластмасс и некоторых других материалов. Диапазон применения технологии — от крупных конструкций в судостроении до тонкостенных деталей бытовой техники

Технология характеризуется следующими неоспоримыми преимуществами:

  • Исключительные возможности для механизации и автоматизации производственных процессов.
  • Снижение себестоимости изготовления массовых изделий.
  • Высокий коэффициент использования листового металла.
  • Возможность точного изготовления тонкостенных, но прочных изделий практически любой формы.
  • Минимальная потребность в последующей механической обработке.

Однако, кроме явных достоинств, холодная листовая штамповка металла обладает и недостатками. Это, прежде всего:

  • Высокая трудоемкость проектирования технологического процесса.
  • Высокая стоимость подготовки производства изготовление пресс-форм.
  • Высокая квалификация отладчиков прессового оборудования.

Штамповка листового металла

Следует отметить, что при больших сериях выпускаемых изделий эти недостатки нивелируются за счет известного из экономики эффекта масштаба, и себестоимость производимой продукции оказывается ниже, чем при альтернативных способах обработки металлов.

Для различных видов операций листовой штамповки применяется широкий спектр оборудования.

Так, для операций резки используют вибрационные, или гильотинные ножницы.

Для выполнения формообразующих операций применяют основное штамповочное оборудование — станок для листовой штамповки или пресс. По типу они различаются на:

  • Кривошипно-шатунные.
  • Гидравлические.
  • Радиально-ковочные.
  • электромагнитные.

Самым простым в устройстве и обслуживании является пресс с кривошипно-шатунным приводом. Он пригоден для выполнения несложной листовой штамповки — тонкостенных деталей малого и среднего размера простой формы.

Пресс с кривошипно-шатунным приводом

Гидравлические прессы позволяют развивать намного большее усилие (до 2 тысяч тонн) и точнее регулировать ход пресса. Этот тип оборудования применяют для операций гибки или объемной штамповки из листа большой толщины.

Радиально-ковочные комплексы используют для листовой штамповки деталей, имеющих форму тела вращения.

Электромагнитные прессы — достаточно новый тип оборудования. Давления на заготовку производится за счет массы электромагнитного сердечника, направляемого к пуансону электромагнитным импульсом. Импульс противоположной полярности возвращает сердечник в исходное положение. Такой привод намного проще в изготовлении и обслуживании, чем гидравлический, но пока не достигает его мощности.

Принцип работы

Физический принцип работы штамповочного оборудования — это пластическая деформация листовой заготовки под давлением. Форма будущей детали задается двумя деталями — матрицей и пуансоном, которые прижимают к листовой заготовке с двух сторон под большим давлением. Там где у матрицы находится выпуклость — у пуансона расположена соответствующая ей по форме и размерам впадина. Деформируясь, листовая заготовка повторяет форму матрицы и пуансона.

Вместе с этим может происходить просечка отверстий, вырубка отдельных деталей из материала листа. При проектировании технологического процесса холодной штамповки деталей из листового металла конструктор оснастки и технолог комбинируют и по возможности совмещает формоизменяющие разделительные операции, чтобы обойтись минимальным числом рабочих проходив штампа и снизить, таким образом, себестоимость изготовления изделия.

В случае тонких листов осуществляется холодная листовая штамповка. При работе с толстыми листами или с мало пластичными сплавами заготовку предварительно нагревают, чтобы повысить ее пластичность.

Какие операции подразумевает холодная штамповка

Все рабочие операции холодной листовой штамповки делятся на две большие группы: разделительные и формоизменяющие.

Разделительные операции листовой штамповки

К разделительным операциям листовой штамповки относятся операции, связанные с нарушением целостности материала листа. Наиболее употребительные из них-

  • Резка-отделение части заготовки по прямой или искривленной линии. Применяется как для получения готовых изделий, так и для разделения листа на заготовки нужного размера с целью дальнейшей обработки.
  • Вырубка-отделение части заготовки по замкнутому контуру. Внутри контура также может быть вырублена часть металла.
  • Пробивка — получение в заготовке отверстий круглой или произвольной формы.

Формоизменяющие операции листовой штамповки

К формоизменяющим операциям листовой штамповки относятся операции, изменяющие пространственную форму листа без нарушения его целостности, такие, как:

  • Гибка — придание плоской заготовке изогнутой вдоль продольной оси формы. Различают V образную, U- образную и более сложные формы гибки.
  • Вытяжка-преобразование плоской заготовки в полую пространственную форму. При вытяжке может меняться толщина заготовки.
  • Отбортовка-создание бортиков по наружному или внутреннему контуру изделия.
  • Обжим-обжатие материала заготовки в конической матрице с целью уменьшения размеров концевой части детали.
  • Формовка-Изменение формы части детали с сохранением линии наружного контура.

При проектировании технологии листовой штамповки технолог комбинирует операции из обеих групп.

Технология процесса

Процесс холодной листовой штамповки начинается с совместной работы технолога и конструктора оснастки. Они рассматривают все изменения, которые должны произойти с плоской заготовкой на ее пути к готовому изделию, планируют и группируют разделительные и формообразующие операции. После такой группировки определяются операции, выполняемые при каждом проходе пресса (если деталь не удается отштамповать за один проход). Под этот конкретный перечень операций проектируется пара матрица — пуансон.

Матрицы и пуансоны, как правило, изготовляют методом фрезерования на многокоординатных обрабатывающих центрах. От точности изготовления напрямую зависит точность соблюдения размеров штамповки и конечное качество изделия. В качестве материалов используют высоколегированную сталь — пресс- форма должна выдержать сотни, а то и миллионы циклов штамповки и при этом не измениться в размерах. Часто пресс-формы делают состоящими из нескольких частей, которые потом надежно соединяют.

Иногда в пресс-форму устанавливают вставку из более прочного материала, например, в той части, где будет осуществляться вырубка или вытяжка и которая будет подвержена существенно большим напряжениям, чем остальная часть пресс-формы.

Исключительно важный этап технологии — это наладка прессов для листовой штамповки. Каждый рабочий проход пресса нуждается в строгом соблюдении предписанного технологией усилия, чтобы, с одной стороны, точно отформовать заготовку, а , с другой стороны ,не повредить ее.

Прогрессивные способы штамповки листового металла

Штамповка резиной. Используется для заготовок малой толщины и высокой пластичности. Роль матрицы или пуансона выполняет твердая резина. Упрощается изготовление пуансона, подходит для малых серий штамповки.

Схемы листовой штамповки эластичными средами

Штамповка жидкостью. Роль пуансона играет жидкость, подаваемая под давлением. Она прижимает заготовку к матрице и заставляет лист в точности повторять ее форму. Метод используют для вытяжки изделий сложной пространственной формы.

Штамповка взрывом. В защищенной камере производят подрыв небольшого заряда взрывчатых веществ. Возникающее в результате высокое давление вдавливает заготовку в матрицу. Метод используют для деталей больших размеров и замысловатой конфигурации, которые затруднительно изготовить по-другому. Достигается существенная экономия в стоимости оснастки.

Электрогидравлическая штамповка листового метал

Электрогидравлическая штамповка. Роль механического давления выполняет ударная волна в жидкости, которая вызывается разрядом высокого напряжения. Метод отличается высокой точностью и экономичностью.

Схема магнитно-импульсной штамповки листового металла

Магнитно-импульсная штамповка. Магнитные импульсы высокой интенсивности формируют высокоэнергетическое магнитное поле, воздействующее на заготовку, вызывающее в ней вихревые токи и вынуждающее ее принимать заданную форму. Таким способом проводят обжатие труб, формовку сложных рельефов.

Жидкая штамповка

В отличие от предыдущих способов, относящихся к холодной объемной штамповке, данный метод является комбинацией двух технологий: штамповки и литья. Вначале в матрицу заливают необходимый объем расплавленного металла, после чего в нее опускают пуансон.

Жидкая штамповка

Происходит выдавливание жидкого металла в зазор между матрицей и пуансоном, который и представляет собой форму будущего изделия. Способ используют при изготовлении больших тонкостенных деталей корпусов из легкоплавкого и пластичного сплава.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.


Смотрите также