Штамповка деталей из листового металла

Технология штамповки деталей из листового металла

[Процесс штамповки деталей из листового металла] позволит вам изготовить плоские или объемные изделия.

Изготовление происходит посредством штампов, которые закреплены на пресс, либо с применением других элементов. Существует два типа листовой штамповки: горячая штамповка и холодный тип.

В статье мы разберем, чем горячая отличается от холодной, какие нормы нужно соблюдать в процессе, а также вы узнаете, можно ли произвести изготовление деталей с помощью этого метода своими руками в домашних условиях.

Как происходит штамповка?

В зависимости от того, какие технологические нормы используются, штамповка деталей может значительно отличаться.

Первый тип штамповки заключается в резке, рубке или пробивке материала – его называют разделительный.

Существует также вариант штамповки, когда происходит формовка, вытяжка, холодное выдавливание и прочие манипуляции с листовым металлом.

Также существуют горячая и холодная штамповки листового металла.

Горячую штамповку используют только на крупном производстве: используя этот метод, происходит изготовление днищ для котла, разнообразных деталей в форме полушарий, буев и пр.

Обычно горячая штамповка используется для изготовления деталей, из которых создают корпуса и другие элементы, связанные с судостроением.

Чтобы получилась объемная или плоская деталь, требуется, прежде всего, часть листового металла толщиной до 4 мм.

Перед началом работы всегда проводится расчет и соблюдаются нормы нагрева – это довольно тонкая и сложная работа, поэтому горячая штамповка не применяется в домашних условиях.

В остальном же технология и расчет аналогичны методу холодной штамповки, о котором мы поговорим дальше.

Прежде чем приступать к работе, нужно произвести расчет и составить чертежи деталей, при этом расчет должен учитывать, что металл утягивается во время вырубки, пробивки или гибки.

При горячей штамповке, чтобы нагреть детали, используют специальное оборудование – пламенные печи или печи, работающие на электричестве, либо другое электронагревательное оборудование.

Также нужно следить, чтобы нормы процесса и правильный расчет были соблюдены.

При холодной штамповке пресс создается с помощью давления и подобное оборудование не используется.

Холодный вид штамповки металла более удобен, т.к. в этом случае возможно изготовление изделий законченного вида, которым не нужна дополнительная резка.

Во время штамповки холодного типа бывает изготовлена как объемная, так и плоская деталь крупного или мелкого размера.

В целом же технология штамповки металла выгодная процедура, т.к. она предполагает уменьшение расхода материала при высокой производительности. Особенно это заметно при массовом производстве деталей.

Холодную штамповку деталей производят со сталью углеродистого, либо легированного происхождения, а также сплавами алюминия и меди.

Оборудование холодной штамповки способно обрабатывать не только металлические объекты, но также работать с картоном, кожей, резиной, пластмассой и другими элементами.

Холодная штамповка может быть двух типов: разделительной и формоизменяющей.

Разделительная штамповка металла — это резка, вырубка или пробивка деталей.

Резка деталей заключается в разделении металлической заготовки на части по заранее определенным кривым или прямым линиям.

Резка широко применяется на производстве – с ее помощью делают готовые детали, либо раскраивают листовой металл, разделяя его на полосы нужного размера.

Для резки необходимо специальное оборудование, а именно дисковые или вибрационные, гильотинные или другие профессиональные ножницы.

Технология вырубки листового металла заключается в производстве деталей, имеющих замкнутый контур. А процесс пробивки используют, чтобы сделать в детали отверстия требуемой формы.

Штамповка заготовок может быть произведена как своими руками, так и на заказ. Однако при самостоятельной работе нужно соблюдать предписанные нормы, что не так просто.

Этот процесс включает следующие элементы: гибку, вытяжку, отбортовку, обжим и формовку. С помощью процесса гибки создают детали с изгибом.

При вытяжке из плоской заготовки изготавливается объемная полая пространственная деталь.

Путем вытяжки возможно сделать из заготовок объекты цилиндрической, полусферной, коробчатой или конической формы.

При отбортовке на детали делают борты, идущие вокруг наружного контура листа и возле заранее изготовленных отверстий.

Отбортовку используют обычно для обработки концов труб, на которых установлены фланцы.

Процессам обжима подвергается обычно объемная или имеющая полость деталь – с его помощью детали приобретают суженную концевую часть.

Происходит это с использованием конической матрицы с помощью наружного обжатия листового металла. При формовке форма деталей изменяется, сохраняя форму контура снаружи.

Стоит отметить, что чаще всего объемная штамповка изделий из металла делается на заказ, т.к. требуется необходимое оборудование, которое не сделать в домашних условиях.

Что нужно для штамповки?

Технология штамповки деталей из листового металла требует специального оборудования: это ножницы, кривошипный пресс и гидравлический пресс, имеющий несколько шайб и поверхность матрицы.

Также необходимо соблюдать нормы работы и расчет материала.

Для холодной штамповки чаще всего используют гидравлический пресс, т.к. это оборудование бывает разнообразных конструкций и делает возможным изготовление деталей разных форм с уменьшением расхода материала.

Также выбор пресса зависит от работы, которую нужно провести с заготовкой.

К примеру, чтобы сделать вырубку и пробивку, требуется пресс простого действия, который отличается небольшим ходом ползуна и шайб, а также уменьшением расхода материала.

Чтобы произвести вытяжку, нужен пресс, имеющий двойное действие и заметно больший ход ползуна и шайб.

По конструкции прессы бывают однокривошипные, двухкривошипные, четырехкривошипные, но все они отличаются наличием матрицы.

Два последних типа отличаются стволами и ползунами более крупных размеров.

Пресс работает за счет наличия клиноременной передачи: непосредственно передача движения осуществляется с помощью пусковой муфты и шайб на кривошипный вал.

С помощью шатуна, способного регулировать длину, движение поступает к ползуну и приводит его в работу.

Ползун движется возвратно-поступательным способом по направлению к столу. Запускается пресс педалью, которая воздействует на муфту. Педаль установлена на сам пресс.

Четырехшатунный пневматический пресс с наличием шайб и матрицы штампует детали с усилием, центр которого находится между шатунами, образующими между собой четырехугольник.

Такое устройство способно делать сложные штампы, благодаря нецентральной нагрузке на ползун. При этом лишнего расхода материала практически не происходит.

Таким образом, можно получить ассиметричные детали из листового металла крупного размера со снижением расхода материала.

Чтобы сделать более сложные изделия, нужен пневматический пресс, имеющий двойное или тройное действие, а также правильный расчет.

Особенность этого оборудования в том, что оно оснащено двумя или тремя ползунами.

В прессе, имеющим двойное действие, внешний ползун осуществляет зажим металлической заготовки посредством буфера, а ползун внутри позволяет сделать вытяжку изделия матрицы.

Сначала начинает двигаться внешний ползун, после достижения им самой крайней нижней точки, он замирает и фиксирует край детали на поверхности матрицы.

Затем в движение приходит внутренний ползун и начинается процесс вытяжки – все это время внешний ползун остается на месте.

После того как работа закончена, второй ползун поднимается вверх, тем самым освобождая заготовку, над которой производится работа. Таким образом и производится объемная или другая деталь с помощью пресса.

Для работы с тонкими листами металла существует специальный фрикционный пресс с наличием шайб, гидравлические же модели используют, главным образом, для создания деталей из толстого листового металла для снижения возможного расхода материала.

Гидравлический пресс отличается большим качеством штамповки материала, благодаря наличию более надежных шайб, матрицы и прочих элементов.

Именно его используют для выполнения большей части работ, связанных со штамповкой листового металла.

Еще один плюс в его пользу для использования на производстве и своими руками в том, что он не подвергается перегрузке, что довольно часто случается во время работы на кривошипном прессе.

Не только станок с прессом требуется для штамповки металла. Для проведения правильной работы с уменьшением расхода материала необходим также станок, имеющий встроенные вибрационные ножницы.

Помимо ножниц, станок имеет короткие ножки. Работа по обработке металла начинается с верхнего ножа, который запускается электродвигателем.

При работе заготовку из листового металла нужно установить на стол, и сдвинуть его в промежуток между ножками сверху и снизу до полного упора.

Подобный вид обработки металла так популярен потому, что количество расхода материала снижено, по сравнению с другими вариантами работы.

Плюс с его помощью может быть создана деталь любого вида: объемная, плоская, конусообразная и т.д.

Расчет требуемого материала можно провести как самостоятельно, так и с помощью специалистов, но, в любом случае, нормы будут ниже, чем при другой обработке металла.

При всех своих плюсах, эта обработка металла требует специального оборудования: для работы нужен станок, на котором есть пресс, поверхность матрицы, несколько шайб и другие элементы, а также необходимо соблюдать нормы работы.

Все это делает создание станка своими руками маловозможным, однако заказать изготовление деталей путем штамповки не так дорого, поэтому острая необходимость иметь подобный станок дома, отсутствует.

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.

Краткая характеристика

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.

Виды оборудования

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.

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.

Какие операции подразумевает холодная 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.

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.

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.

Листовая штамповка

Листовая штамповка — метод изготовления плоских и объем­ных тонкостенных изделий из листового материала, ленты или полосы с по­мощью штампов на прессах или без применения прессов. Листовая штам­повка подразделяется на горячую и холодную.

Горячая штамповка. Применяется главным образом в производст­ве котельных днищ, полушариев, буев и других корпусных деталей для судостроения. Изготовляются они из стального листа толщиной 3 . 4 мм. Операции горячей листовой штамповки аналогичны операциям хо­лодной штамповки. Однако при составлении технологического процесса всегда учитывается нагрев. Составляя чертеж заготовки, надо учитывать утяжку металла при вырубке, пробивке и гибке, а также и степень короб­ления при остывании детали, так как ее размеры при этом несколько со­кращаются. Это обстоятельство заставляет увеличивать допуски на раз­меры в сравнении с холодной штамповкой. Нагревают заготовки в пла­менных и электрических печах, а также в электронагревательных уст­ройствах.

Холодная штамповка. Это наиболее прогрессивный метод обработки давлением, так как он позволяет получить детали, не требующие в боль­шинстве случаев дальнейшей обработки резанием. Холодной листовой штамповкой изготовляют как крупные, так и мелкие детали (рамы и кузо­ва автомобилей, шасси самолетов, элементы обшивки судов, детали часо­вых механизмов и др.).

Листовая штамповка дает большую экономию в использовании металла, обеспечивая в то же время высокую производительность. Но наибольший эффект она дает при массовом и крупносерийном производстве.

При холодной листовой штампов­ке применяются углеродистая и ле­гированная стали, алюминий и его сплавы, медь и ее сплавы, а также неметаллические материалы: кар­тон, эбонит, кожа, резина, фибра, пластмасса, поставляемые в виде ли­стов, лент и полос.

Технология листовой штампов­ки. Основным технологическим обо­рудованием для изготовления изде­лий методом листовой штамповки яв­ляются вибрационные ножницы (рис. 77), кривошипные (см. рис. 87 и рис. 88) и гидравлические прессы. Операции листовой штамповки могут быть разделены на два основных вида: разделительные и формоизменяющие. К ос­новным разделительным операциям относятся: резка, вырубка и пробивка.

Резкой называют операцию, где происходит последовательное отделе­ние части заготовки по прямой или кривой линии. Применяется резка для получения как готовых деталей, так и раскроя листа на полосы нужной ши­рины. При раскрое листа необходимо, чтобы выход деталей из листа был максимальным, а отходы были минимальными. Рациональность раскроя определяется на основании подсчета коэффициента использования матери­ала. Под коэффициентом понимается отношение площади вырубленных де­талей к площади листа. Операция резки производится с помощью вибраци­онных, дисковых, гильотинных и других ножниц.

Вибрационные ножницы (рис. 77) представляют собой станок с корот­кими ножами. Верхний нож 5 получает колебательные движения от элек­тродвигателя 1 через эксцентриковый механизм. Листовой металл уста­навливают на столе 7 и подвигают между верхним 5 и нижним 6 ножами до упора 3, который может передвигаться и закрепляться в скобе стани­ны, 2,4 — головку, 8 — стойка станины.

Вырубка — операция по получению заготовки замкнутого контура (рис. 78). На рис. 79 приведены чертеж (I) и схема (II) типовой детали, изго­товляемой из полосы вырубкой.

Пробивка — получение отверстий в детали нужной формы (рис. 80).

К основным формоизменяющим операциям * относят гибку, вытяжку, отбортовку, обжим и формовку.

Гибка — операция, при которой плоской заготовке придают изогну­тую форму (рис. 81: 1 — пуасон; 2 — нейтральный слой; 3 — матрица): R и г — внешний и внутренние радиусы гибки, S — толщина материала. Она может быть V -образная, U-образная и др. (рис. 82).

На рис. 83 представлен чертеж де­тали, отверстия в которой получены пробивкой. После этого деталь изо­гнута на штампе.

Вытяжка — операция, превра­щающая плоскую заготовку в полую пространственную деталь или полу­фабрикат 2 (рис. 84). Вытяжкой из­готовляют не только цилиндрические детали, но и сложные по форме ко­робчатые, конические и полусферические. При вытяжке плоская заготов­ка 5 втягивается пуансоном 1 в отверстие матрицы 3. Для предотвращения в заготовке при сжимающем напряжении образования складок применяют прижимы 4.

Вытяжка может быть без утонения и с утонением. В первом случае она происходит без заметного изменения, во втором изменяется не только фор­ма заготовки, но и толщина ее стенок. В случае, когда нужно получить глу­бокую вытяжку, ее ведут в несколько проходов. На рис. 85 показан чертеж типовой детали и из металлического листа 1, изготовленной штамповкой с вытяжкой.

Отбортовка — операция образования бортов по наружному конту­ру листовой заготовки или вокруг заранее пробитых отверстий (рис. 86). Она применяется главным образом для образования горловин у плоских деталей 2, необходимых как для нарезания резьбы, так и сварки или сбор­ки. Обычно она выполняется последовательно (I, II, III) за один или не­сколько проходов в штампах, состоящих из пуансона 1 и матрицы 3. Опе­рацию отбортовки очень часто выполняют на концах труб при подсоедине­нии к ним фланцев, с помощью которых трубы будут в дальнейшем соеди­няться.

Обжим — операция сужения (уменьшения) концевой части полых или объемных деталей. Осуществляется она путем обжатия материала штампом снаружи в конической матрице. При этом конфигурация обжимаемой части целиком зависит от формы штампа.

Формовка — операция, связанная с местным изменением формы с сохранением конфигурации наружного контура детали. Примером формов­ки может служить изготовление ребер жесткости на машиностроительных деталях, а также увеличение размеров по диаметру средней части полой де­тали.

Технологический процесс обработки различных материалов давлением, как упоминалось выше, производят на прессах. Прессы бывают гидравли­ческие и механические (кривошипные, винтовые, реечные и т. д.). По на­значению прессы подразделяют на ковочные, штамповочные, листоштамповочные, чеканочные, обрезные, трубопрофильные, гибочные, правильные, брикетировочные (для изготовления брикетов из кусковатых или по­рошкообразных материалов), кузнечно-штамповочные автоматы, термо- пластавтоматы и др.

Кривошипные горячештамповочные прессы ГОСТ 6809-87Е (рис. 87) изготавливаются в России давлением от 61,78 до 617,8 кН (mc — единица силы и веса). Они состоят из станины 1, ползуна 2, шатуна 3, кривошип­ного вала 4, стажных колонн 5, зубчатого колеса 6 и фрикционной муфты 7. Применение прессов для горячей объемной штамповки очень эффек­тивно в сравнении с другим технологическим оборудованием. Они обеспе­чивают более высокую точность поковок при значительной экономии ме­талла. Наличие в них индукционного электрического нагрева способству­ет улучшению условий труда в цехе: уменьшаются шум и сотрясение зда­ния, устраняется задымленность производственных помещений. Управление прессом осуществляется ор­ганами регулирования и с помо­щью сжатого воздуха из цеховой магистрали.

На рис. 88 показан пресс для хо­лодной штамповки ГОСТ 9408-89Е, состоящий из стойки 1, электро­двигателя 2, цилиндра уравнове­шивания ползуна 3, зубчатого ко­леса 4, направляющих 5, ползуна 6 и стола пресса 7. На подобных прессах изготавливают как мел­кие, так и крупные листовые дета­ли, например, кузова автомобилей. Возможное давление пресса — 30,89 кН.

Гидравлические прессы обладают наилучшей характеристикой для глу­бокой вытяжки и других операций листовой штамповки, так как осуще­ствляют деформирование металла с постоянной скоростью. Подобные прессы широко применяют в авиационной и ракетостроительной промыш­ленности.

На рис. 89 и 90 показаны крупные сборочные единицы самолетов, де­тали которых изготовлены прессованием. Так, каркас пола пассажир­ской кабины самолета (рис. 89) включает: обшивку 1, шпангоут 2, стрин­геры 3, поперечные балки 4 и продолжные балки 5. А гондола турбо-винтового двигателя самолета (рис. 90) состоит из обтекателя втулки винта — 1, воздухозаборника 2, крышки переднего капота 3, крышки заднего капота 4, люка 5, силовой фермы в, кожуха 7, стекателя 8, хвостовой ча­сти гондолы 9, силового шпангоута 10, рамы маслорадиатора 11, силово­го шпангоута 12 и боковой балки 13.

Прогрессивные способы хо­лодной листовой штамповки. Но­вые, виды штамповки благодаря своей простоте и экономичности находят широкое применение в ус­ловиях мелкосерийного и единич­ного производства. К ним относят штамповку резиной, жидкостью, взрывом, электрогидравлическую и др.

Штамповка резиной. С ее помощью осуществляются разделительные и формоизменяю­щие операции. При этом пуансо­ном или матрицей является рези­на. Штамповку резиной чаще все­го применяют для изделий из тон­колистового металла толщиной до 2 мм (алюминия, медных сплавов, малоуглеродистой стали).

Штамповка жидкостью. В этом случае металл дефор­мируется под давлением жидкос­ти, принимая форму матрицы. Данный способ применяют для вы­тяжки полых деталей разной фор­мы.

Штамповка взрывом. Для пластического формоизмене­ния заготовки применяют и взрыв­чатые вещества (взрывчатые газо­вые смеси из метана, пропана, гиксогена и др.), создающие высокое давление, под действием которого заготовка принимает форму штам­па.

Штамповку взрывом применя­ют для изготовления крупных де­талей и деталей сложной формы, когда изготовление их другими способами невозможно (напри­мер, сплавы труднодеформируемые) или неэкономично. Такая

штамповка не требует сложного и до­рогостоящего оборудования.

Электрогидравлическая штамповка. Этот метод характерен тем, что энергоносителем является вы­соковольтный электрический заряд в жидкости. Разряд вызывает появление ударной волны, которая и деформирует заготовку, придавая ей необходимую форму.

Этот вид штамповки дает возмож­ность выполнять все операции холод­ной листовой штамповки с большой точностью и с сравнительно малыми за­тратами.

Магнитно-импульсная формовка. Формирование изделий этим методом происходит при создании импульсного магнитного поля вокруг заготовки и взаимодействия этого поля с импульсными токами, протекающими в заготовке. В результате такого взаи­модействия в заготовке возбуждаются вихревые токи, что приводит к образо­ванию вокруг нее также электромагнитного поля. Это создает предпосылки для динамического воздействия на за­готовку и ее деформирование.

Этим методом осуществляют обжатие трубных заготовок, рельефную формовку, вырубку и др.

Существуют и другие прогрессивные методы листовой штамповки, но мы их рассматривать не будем.

* Формоизменяющими операциями называют такие, при помощи которых из плоской заготовки получают детали пространственной формы

Штамповка металла: виды, технология, процесс и стандарты

Чтобы избежать долгих процессов вырезки, изгиба и пр., которыми можно придать металлическому листу необходимую форму, используют новый метод с помощью пресса и ножей, расставленных определенным образом. В статье мы расскажем про штамповку изделий из металла: что это такое, какие существуют виды и методы.

История возникновения процесса

Изначально все делалось вручную. Первые механические действия с помощью машин в металлообрабатывающей промышленности начались в середине XIX века. Станки повысили качество обработки материала. Еще через 50 лет штампование впервые применялось в сфере автомобилестроения – началось изготовление изящных кузовов с закругленным элементами.

Уже в 1930-х годах эту же технологию начали применять в авиастроении и судостроении, а спустя еще два десятилетия началось производство запчастей для ракет. Метод приобрел широкую популярность, теперь он используется для создания элементов абсолютно разного размера – от крыла самолета до маленькой часовой стрелки.

Технология штамповки деталей из листового металла

Исходный материал – это металлический лист, лента или любая плоская форма. Затем он будет подвергаться горячей или холодной обработке (об их отличии будем говорить ниже), но при любом способе исходник приобретает дополнительные свойства, увеличивается прочность.

Суть процесса – воздействие посторонними предметами на пласт, чтобы добиться его деформации или отделения части, то есть разреза. Часто две эти процедуры происходят вместе. Выбираются инструменты, которые соприкасаются с заготовкой, затем действует пресс. Он является основной силой, оказывающей давление.

Технологические операции

В процессе работы станок может производить следующие действия:

• Отрезка. Две части разъединяются по кривой или прямой линии.
• Надрезка. Делаются только надсечки, прорези, но не нарушается общая целостность.
• Обрезка. Процедура обычно происходит с краями листа, они отъединяются и идут в мусор.
• Пробивка. Происходит перфорация сразу несколькими или одним отверстием, появляется узор, рисунок.
• Вырубка. Изнутри заготовки появляется замкнутый контур. По нему убирают целый фрагмент, не нарушая того, что вся деталь остается замкнутой.
• Зачистка. Декоративный элемент, исправляет неровности, сглаживает концы.
• Проколка. На поверхности появляются конусы, то есть прорывы, но без отсечения какого-либо металлического слоя.

Разновидности штамповки деталей из листового металла

Вся металлическая продукция, подвергнутая штампованию, имеет небольшую ширину, так как трудно гнуть чрезмерно плотный лист. Но в зависимости от его прочности применяют различные подходы. Рассмотрим особенности.

Холодная выштамповка

Заготовка обрабатывается без предварительного нагревания. Метод недорогой и менее трудозатратный, так как является одноступенчатым. Так обрабатываются только тонкие поверхности. Этапы процедуры:

• Увеличение плотности стали с помощью пресса. Так материал становится менее пластичным, более устойчивым к внешним воздействиям. Форма остается за изделием надолго.
• Обработка посредством обработки высокими температурами – 550-620 градусов поддерживается в печи. Это приводит к разрушению химический кристаллической решетки и к наполнению структуры дополнительными атомами углерода.
• Заготовка переводится в цех для холодного штампования металла. Здесь металлические формы используются для длительной эксплуатации. Матрицы для них делаются из очень прочных сплавов, которые остаются точными после долгого срока использования.

Особенности холодной штамповки

Происходит она не в домашних условиях, а исключительно в цехах. Причем достоинством является возможность нахождения сотрудников в помещении в момент работы оборудования, потому что они не присутствуют в зоне с высокими температурами. Сам момент, когда наносится штамп посредством пресса, занимает не более нескольких секунд, механизм приводится в действие автоматически. Такой вариант подходит для:

• легированных, углеродистых сталей;
• алюминия;
• меди;
• некоторых сплавов.

Также аналогичный метод применяют для создания изделий из:

Подгонка оборудования (масса пресса, сталь для ножей) будет осуществляться, исходя из расчета свойств материала.

Горячий процесс штамповки металла

С его помощью обрабатывают более плотные заготовки. Они гнуться и подвергаются штампованию по причине разлома связей между молекулами (они находятся на большем расстоянии). Вся процедура имеет аналогичные подготовительные этапы, как и холодная разновидность, то есть прессовка и обработка в печах, закалка. Но уже на третьем шаге требуется более современное и трудное оборудование. Здесь пресс совмещается с нагревательным элементом. Металл изначально достигает состояния красного накаливания. И уже в таком виде происходит основная работа. Особенности:

• Автоматизация процесса – за станками не должны стоять люди, это тем более актуально, что невозможно работать в такой температуре воздуха.
• На компьютере предварительно нужно выставлять параметры материала.
• Сталь для самих штампов – только легированная, высокопрочная.

Если не используется автоматический нагрев, то процесс аналогичный, но в два шага – сначала раскаление, а затем штампование. Тогда в цеху должен присутствовать работник, который перекладывает щипцами (на примере небольших изделий) заготовку с одного места на другое. Это очень трудная работа, поэтому многие крупные предприятия переходят на дорогостоящую автоматику.

После горячей металлической штамповки не требуется особенного охлаждения (водного или холодным воздухом). Температура приходит в норму в зависимости от того, какая масса и плотность у стали. Только после полного остывания можно проводить шлифование, оцинковку, покраску или прочие финишные работы.

Жидкое штампование

Второе название – литье под давлением, применяется не очень часто, так как оно дорогое, а также технологически трудное. Но для получения очень прочных, без заломов и возможных неточностей изделий, применяется именно этот способ. Он представляет собой расплавление металлического сплава и его последующее заливание в специальную штамповочную форму. После остывания может происходить повторная выштамповка, но уже в качестве финальной черты.

Разделительное штампование

Фактически это вырубка, пробивка и разрезка. То есть здесь материал не гнется, а только отсекается от него лишняя часть. Предаваться могут различные узоры и геометрические формы. Это может быть либо первичная обработка заготовки, а затем будет происходить формирование объемов, либо единственно необходимая для готового изделия ступень. Резка выполняется посредством специальных инструментов – ножей из высокопрочной и хорошо заточенной стали. Процедура может быть как по прямой, так и по изогнутой линии. Применяют:

• гильотинные ножницы;
• вибрационные станки;
• диски.

Также эту процедуру можно назвать раскройкой, термин используется у портных, которые аналогичным образам раскраивают подготовленную ткань.

Выбор пресса и оборудования для штамповки изделий из металла

В основном учитываются два фактора – тип работы, то есть то, что нужно сделать с листом – изогнуть, пробить. Второй – какой материал используется, его свойства – плотность, степень межмолекулярный связей. Расчеты производятся согласно нормативам, прописанным в ГОСТах. Может применяться гидравлическая или кривошипная прессовка, при этом ширина хода ползуна и шайбы зависит от трудности действия. Например, для выбивки небольшой, для вытяжки – шире.

Оборудование по ГОСТу

Есть следующие типы станков:

• однокривошипные;
• двухкривошипные;
• четырехкривошипные.

В любом варианте они оснащаются стальной матрицей и ползуном, который соединен со штампом. Движение начинается за счет электродвигателя, в котором есть элементы кинематической цепи. Для освобождения рук работника запуск производится ногой, снизу есть педаль, которая соединена с муфтой вращения. Далее сила передается на все движущиеся элементы, начинается процесс штамповки металлов, как вы понимаете, своими руками такой технологически трудный станок сделать нельзя.

Для сложных изделий

Структура, описанная выше, подходит для самых элементарных заготовок. Если форма имеет более трудную конфигурацию, применяют пневматический пресс с двумя или тремя ползунами. Это требуется для более прочной фиксации листа, а также для управления сразу несколькими матрицами. Если материал очень прочный и его не может «взять» ни один пресс, то используют инновационную разработку – взрыв. Его сила помогает пробить даже самые крепкие сплавы.

Листовая штамповка

Наиболее простые процедуры, они не предполагают изгибов. Используется обычно холодный метод. Особенность – высокая точность, вплоть до долей миллиметра. Такие изделия применяются фактически во всех отраслях машиностроения, поэтому и заводов, и станков подобного типа очень много.

Отличие – получаются сферические и изогнутые элементы. От маленьких строительных уголков (без этих крепежей трудно представить стройку и ремонт) до больших автомобильных дверей. Здесь может быть использован как холодный, так и горячий способ.

Штампы открытые и закрытые

Здесь все просто. Первые – это те, которые позволяют людям увидеть процесс, а также предлагают металлическому слою выходить наружу, создавая трудно счищаемый слой. Вторые – замкнутые. Они более точные, но для них нужно точно выполнять расчеты, чтобы количество заготовки соответствовало требуемым показателям.

Альтернативные методы

Вместо указанной процедуры используют:

• ковку на огне;
• магнитно-импульсное воздействие на физические свойства материала;
• электрогидравлический подход;
• изотермический подвид горячего штампования;
• прокатывание валом.

В качестве завершения статьи расскажем о достоинствах способа.

Преимущества

• Можно сделать фактически любую форму.
• Снижается расход металлического листа.
• Нет потери механических характеристик изделия.
• Может применяться как на крупном производстве, так и на мелкосерийном.
• Высокая скорость работы.
• Универсальность станков.

Мы рассказали про выштамповку металла. Если вы занимаетесь металлообработкой, то можете заказать высококачественное оборудование от компании «Роста».

Чтобы уточнить интересующую вас информацию, свяжитесь с нашими менеджерами по телефонам 8 (908) 135-59-82; (473) 239-65-79; 8 (800) 707-53-38. Они ответят на все ваши вопросы.