Виды штамповки металла

Существует два вида штамповки металлов: холодная и горячая. Первый вариант подразумевает обработку заготовки без ее предварительного нагревания. Этот метод дешевле с точки зрения промышленного производства, так как не требует затрат энергии на доведение металла до определенной температуры. Таким способом обрабатывают в основном тонкие листы, которые и без нагревания хорошо поддаются воздействию.

Процесс холодной штамповки листового металла разбит на несколько этапов, каждый из которых играет важную роль для получения конечного результата. На начальном этапе выполняется процесс уплотнения, который снижает пластичность металла, чтобы изделие лучше держало полученную в результате штамповки форму. Технологически процесс представляет собой прессование металлической заготовки под большим давлением.

На втором этапе производится отжиг изделий при температурах 550-620 градусов по Цельсию в специальных печах. Это позволяет провести процедуру рекристаллизации металлической решетки и внедрению в нее атомов углерода на молекулярном уровне, что позволяет значительно повысить прочность металла. Время отжига зависит от состава сплава и размеров обрабатываемых деталей. Когда подготовка окончена, изделие отправляется на пресс для холодной штамповки металла, который придаст ему нужную форму.

По времени процедура занимает считанные секунды и не требует вмешательство человека. На прессах используются специальные матрицы, изготовленные из твердых сортов стали, реже из других сплавов. Они предназначены для длительной эксплуатации, в процессе которой сохраняют свою первоначальную форму с точностью до миллиметра. Это очень важно, так как холодная штамповка металла производится под конкретные нужды, и отклонения по форме готовой продукции недопустимы, так как это может привести к не состыковкам с другими деталями. Данный способ безвреден для рабочего персонала, так как им не приходится находиться в зоне с высокими температурами. Кроме того отсутствие необходимости предварительного нагрева позволяет довольно просто провести автоматизацию рабочего процесса.

Технология штамповки деталей из металлических листов и ее виды

Штамповкой называют процесс придания деталям нужной формы и получение определенного документами размера путем механического воздействия на них с помощью давления. Основное направление штамповки – это производство деталей из заготовок, в качестве которых используется листовой прокат. Под действием сдавливающего усилия заготовка подвергается деформации и приобретает нужную конфигурацию.

Различают штамповку, выполненную горячим способом с нагревом заготовки и холодным способом без ее предварительного нагрева. Штамповка деталей из листового металла осуществляется без их предварительного нагрева.

Деформацию давлением с нагревом заготовки используют при изготовлении деталей из металла, не обладающего достаточной пластичностью, и в основном применяют при производстве небольших партий объемных изделий из металлического листа, имеющего толщину в пределах 5 миллиметров.

Технологический процесс горячей штамповки металла во многом совпадает с последовательностью операций холодной обработки заготовок. Отличие состоит в предварительном нагреве исходных заготовок в печах до температуры, обеспечивающей пластичность металла. При этом учитывается степень коробления детали при остывании, а также ее утяжка при деформационной обработке, влияющая на ее размер. Чтобы исключить отклонения от требуемых размеров для деталей, полученных горячей штамповкой, делают большие допуски.

При производстве штампованных деталей из листового металла в основном используют метод холодной штамповки.

Холодная штамповка листового металла

Технология холодной деформации листового проката с помощью штампов подразумевает изменение формы и размеров изделия с сохранением их первоначальной толщины.

В качестве материала для получения штампованных изделий холодным способом используют полосы, листы или тонкую ленту в основном из низкоуглеродистых и легированных пластичных сталей, а также медных, латунных (содержащих свыше 60% меди), алюминиевых, магниевых, титановых и других пластичных сплавов. Применение для штамповки сплавов, обладающих хорошей пластичностью, связано с тем, что они легко поддаются деформационному изменению.

Для осуществления холодной штамповки листового металла используют различные операции, которые зависят от поставленной задачи достижения определенной формы заготовки. Их подразделяют на разделительные и формоизменяющие воздействия.

1. При разделительных деформациях материал заготовки частично отделяют по заданному контуру. Отделение осуществляется путем сдвига части металла по отношению к основной заготовке. Такими операциями являются резка, вырубка, пробивка и другие.

Рассмотрим, как осуществляются некоторые операции разделительного характера.

Резка

При проведении резки от детали отделяется определенная часть путем ее разрезания по фигурной или прямой линии. Такая разделительная операция выполняется с помощью пресса, выполненного в виде ножниц разной конструкции.

Такая операция предназначена в основном для подготовки заготовки к другим способам обработки.

Пробивка

Операцию, называемой пробивкой, используют для создания в заготовке отверстия разной формы. Часть металла при пробивке из заготовки удаляется совсем, и ее вес уменьшается.

На рисунке показана схема процесса пробивки.

Вырубка

С помощью процесса вырубки металлической детали придают готовый вид изделия, имеющего замкнутый контур.

На рисунке показана схема изготовления детали с помощью вырубки.

2. Формообразующие деформации включают изменение формы и размеров изделия при перемещении его отдельных областей, не приводящем к его общему разрушению. К ним относят вытяжку, гибку, рельефную формовку, скручивание, обжим и другие операции.

Рассмотрим некоторые виды операций, не приводящие к физическому разрушению формы.

Вытяжка

С помощью вытяжки из листовых плоских заготовок получают полые объемные изделия. Например, таким способом изготавливают детали, имеющие форму полусферы, цилиндра, конуса, куба и других видов. На рисунке показаны разные варианты выполнения вытяжки.

Гибка

С помощью операции гибки листовому изделию придается заданная форма его изгиба. В зависимости от вида гибки такая операция дает возможность получать изогнутые изделия разной конфигурации. Некоторые из них показаны на рисунке.

Рельефная формовка

Этот вид операции подразумевает видоизменение локальных частей изделия, его внешняя конфигурация остается без изменения. На рисунке изображена схемы некоторых операций формовки:

Возможно также применение комбинированных операций, включающих разделение и формообразование одной детали.

Технологический процесс проведения холодной штамповки состоит из этапов, которые связаны с характером деформационной операции и зависят от вида используемого штампового оборудования.

Разработка техпроцесса проводится в следующей последовательности:

• Обозначается структура основных операций, включающая их характер, количество и последовательность выполнения.
• Выполняется расчет первоначальных, промежуточных и готовых размеров детали, а также необходимых деформационных усилий для достижения нужного результата.
• Проводится документальное оформление технологического процесса.

В техпроцесс могут быть внесены дополнительные операции, с помощью которых заготовка приводится к виду, удобному для обработки. К ним относятся очистка, правка листов, нанесение смазки и другие операции.

Штамповочный пресс для металла

Все операции холодной штамповки можно осуществлять при наличии специального оборудования, главным из которых является штамповочный пресс. Его устройство может быть на основе механики, либо с использованием гидравлики.

К механическим видам относят:

• эксцентриковые прессы;
• прессы с использованием кривошипно-шатунного механизма.

Для осуществления операций пробивки, вырубки и вытяжка используется штамповочный пресс кривошипного типа.

Устройство и принцип работы пресса кривошипного типа

Любой пресс, предназначенный для штамповки изделий, включает основные узлы, к которым относится: механизм, приводящий его в действие и устройство, осуществляющее непосредственную штамповку.

Действующий механизм – это кривошипный вал, который приводится в движение с помощью электропривода. Для этого электродвигатель при вращении маховика передает вращение кривошипному механизму с помощью зубчатой передачи.

Совершая возвратно-поступательные действия, ползун кривошипа приводит в работу штамповое устройство, которое с усилием давления осуществляет пластическую деформацию.

Основные детали такого пресса выполнены из высокопрочных сталей и дополнительно укреплены с целью придания необходимой жесткости.

Устройство гидравлического пресса

Штамповочный пресс для металла гидравлического типа применяется для создания объемных форм с помощью продавливания металла.

Принцип действия такого механизма основан на давлении жидкости, помещенной в двух резервуарах, которые снабжены поршнями. Резервуары соединены трубопроводом. В результате давления в жидкости, возникающего в момент ее нагнетания в цилиндр из другого резервуара, оно передается на ползун и приводит его в движение. При перемещении ползун с большим усилием продавливает заготовку.

Изготовление штампов для холодной штамповки металла

Рабочим устройством любого прессового станка является сам штамп. Он включает две рабочие части, называемые матрицей и пуансоном. В процессе работы подвижной является только верхняя деталь штампа – пуансон, закрепленный на ползуне. Матрица расположена снизу и остается неподвижной.

Деформирование листа осуществляется во время прижимания пуансона к матрице с расположенной на ней заготовкой.

Разработке чертежей и изготовлению штампов для пресса предъявляются повышенные требования, т. к. от их точности зависит правильность формирования изделия.

Выполняются такие работы поэтапно в следующей последовательности:

• составляется эскиз штампа;
• с помощью компьютерной схемы штампа, составленной по специальной программе, проводится проверка рационального раскроя материала;
• при необходимости эскиз корректируется, и уточняются размеры штампа;
• обозначаются места расположения отверстий и их размеры, которые затем будут нанесены на поверхность штампа;
• после окончательного согласования чертежей приступают к изготовлению самого штампа.

Современные станки для штамповки изделий оснащены штампами, изготовленными с большой точностью при помощи компьютерных технологических программ.

Холодная штамповка листового металла: суть и назначение

Это наиболее популярный метод выпуска широкой группы изделий из полимеров и металлов, потому он заслуживает детального рассмотрения. Прежде всего подкупает своей универсальностью – можно изготавливать детали любых размеров и геометрии, начиная от миниатюрных элементов бытовых приборов и заканчивая габаритными корпусами авиатехники. Но есть и другие неоспоримые достоинства.

Практические преимущества способа:

• Высокая степень использования основного материала – обрезков или остатков не остается, что сокращает общие расходы.
• Возможность выпуска элементов даже с тонкими стенками без снижения их конечной прочности.
• Низкая себестоимость, особенно удобная в условиях серийного и масштабного производства.
• Отсутствие необходимости проведения финишной обработки – поверхность продукции, как правило, получается достаточно гладкой.
• Перспективность в вопросе автоматизации – процесс штамповки можно всячески механизировать и совершенствовать.

Есть и условный минус, логично вытекающий из технологичности проводимой операции и высокого качества результата. Недостаток в том, что для наладки нужны специалисты, причем с опытом, хорошей квалификации. Также не стоит забывать о временных затратах на проектирование – это достаточно трудоемкая часть задачи. Хотя преимуществ, естественно, больше, и достоинства продолжают определять назначение способа, которое сводится к тому, чтобы оставаться наиболее производительным и удобным вариантом обработки заготовок под давлением.

Операции холодного метода штамповки

Предпринимаемые действия либо разделительного, либо формоизменяющего характера. Поэтому главные процедуры следующие:

• Резание – разделка основного материала, может осуществляться как по прямой линии, так и по более сложной траектории. Выполняется при помощи промышленных гильотин и/или ножниц больших размеров, причем как на стартовых, так и на финишных этапах производственного цикла.
• Пробивка – создание технологических отверстий необходимого (произвольного) диаметра и даже формы.
• Вырубка – еще одна разделка, но она уже производится по замкнутому контуру, с отделением нужной части, становящейся заготовкой (здесь и кроется принципиальное отличие от предыдущей операции, при которой отрез считался был отходом).
• Вытяжка – изменение объема детали (из плоской делают полую, при этом толщина стенок тоже может стать другой, обычно тоньше).
• Отбортовка – создание рельефной кромки по периметру, внутреннему или наружному. Наиболее распространенные случаи применения – места монтажа фланцев и торцы труб.
• Гибка – превращение плоской конфигурации в изогнутую, обычно U или V-образную, но возможны и другие варианты, вплоть до довольно сложных.
• Обжим – элемент фиксируют в конической матрице и давлением воздействуют на его торцевую часть, уменьшая ее размеры.
• Формовка – изменение геометрии на каком-то локальном участке заготовки (при этом ее наружный контур сохраняет свои габариты).

Горячая штамповка

При горячей штамповке (она, кстати, бывает как объёмной, так и листовой: последняя применяется для трудно деформируемых сталей, которые поставляются как толстолистовой прокат толщиной более 15…20 мм) течение металла под действием рабочего усилия ограничивается формой полости рабочего инструмента – штампа. Иногда готовое изделие после такого формоизменения так и называют — «штамповка», но практически более распространён термин «поковка», поскольку изначально уже известно, ковкой или штамповкой обрабатывается металл.

Штамп представляет собой сложный инструмент, состоящий из двух половинок – подвижной и неподвижной. При этом подвижная часть штампа прикрепляется к ползуну пресса или к бабе паровоздушного штамповочного молота, а неподвижная размещается на столе горячештамповочного оборудования.

Наличие боковых стенок штампа повышает усилие деформирования из-за появления сил трения. Однако готовые штамповки отличаются значительно более высокой размерной точностью, поэтому допуски при этом намного меньше. Кроме того, наличие современного горячештамповочного оборудования – горячештамповочных автоматов, винтовых и кривошипных прессов – позволяет минимизировать также припуски на механическую обработку. Штампованная поковка в ряде случаев подлежит только очистке от окалины.

Таким образом, поковка, штамповка – отличия между ними заключаются в степени точности конечного изделия, и в его форме.

Последовательность проведения технологических процессов горячей штамповки:

1. Нагрев заготовки пламенными иди электрическими печами.
2. Собственно деформирование (основными схемами течения металла являются осадка и выдавливание).
3. Обрезка облоя – технологического остатка, наличие которого обеспечивает заполнение трудно заполняемых полостей штампа.
4. Правка-калибровка, в результате чего выравнивается продольная ось изделия, изогнутая возникшими при деформировании термическими напряжениями.

Итак, поковка, штамповка – разница между ними состоит в том, что поковка после деформирования всегда подвергается последующей обработке, в то время как штамповка уже имеет форму, приближающуюся к форме конечной детали.

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.

Классификация и нюансы

Есть три вида штамповки: холодная, горячая и жидкая. Последняя выполняется крайне редко. Теперь рассмотрим каждую из них подробнее.

Холодная

Этот способ характеризуется обработкой изделий без предварительного нагревания. В промышленных масштабах он выгоден, потому как не нуждается в расходах на энергию, чтобы металл приобрел необходимую температуру. Его часто применяют на тонколистовые заготовки, которые отлично гнуться и принимают нужную форму.

Весь процесс выполняется поэтапно.

1. На первом этапе происходит уплотнение, позволяющее уменьшить пластичность материала, чтобы в дальнейшем деталь лучше сохраняла приобретенную форму. Эта процедура называется прессовкой заготовленного изделия под огромным давлением.
2. Второй этап. Здесь происходит отжиг металлоизделий в особых высокотехнологичных печах при экстремальных температурных режимах – от 550 до 620 °C. Так осуществляется процесс рекристаллизации решетки из металла, а также введение в нее атомов углерода, за счет чего значительно увеличиваются прочностные характеристики материала. Продолжительность процедуры варьируется в зависимости от структуры используемого сплава и параметров металлоизделий.
3. По завершению подготовительных работ заготовку кладут под специальный пресс для холодного штампования, где ей задают нужную конфигурацию.

Сама штамповка занимает несколько секунд, при этом нет необходимости в присутствии оператора. В оборудование встроены матрицы, произведенные из твердой стали. Они рассчитаны на долгую службу, при этом остаются в первоначальном виде. Этот момент важен: штамповку осуществляют с учетом конкретных задач, любое (даже минимальное) нарушение конфигурации готовых металлоизделий приводит к отсутствию стыковки с другими элементами. Холодный метод полностью безопасен для персонала, а без дополнительного нагрева операции проходят в автоматическом режиме.

Горячая

Этот метод штампования дает возможность обработки металлических изделий значительной толщины – нагретый сплав более податлив, поэтому легче гнется. Подготовка в этом случае аналогична предыдущему варианту, но рабочая установка отличается. Оборудование включает два главных элемента: пресс и печь. Последняя применяется для предварительного нагревания заготовленных деталей до температуры стали, когда она приобретает красный цвет. В этом виде металл легко поддается физическому влиянию, но возможность пережога при этом полностью исключается.

В печи важно создать приемлемые условия для работ, по этой причине современные установки снабжаются автоматизированным управлением высокой точности. Такой системе достаточно задать нужные показатели, зависящие от типа металлического изделия. Остальное произойдет в автоматическом режиме. Штамповочные установки для горячей обработки производят из прочной стали, характеризующейся высокой устойчивостью к тепловым нагрузкам. К ним предъявляются особые требования: станки обязаны выдерживать определенное число процессов без изменений первоначальных характеристик.

Горячее штампование предполагает участие сотрудника на всех этапах производственного процесса. Заготовка требуется минимум времени, чтобы остыть в стандартных условиях, поэтому ее важно быстро перенести от печного оборудования до штамповочного станка. Работник использует специальные кузнечные клещи, чтобы своевременно водрузить деталь на положенное место. Постоянное пребывание в помещениях с высоким температурным режимом неблагоприятно сказывается на здоровье, поэтому важно грамотно распределить смены для минимизации вреда. Автоматизация работ затруднительна, к тому же предполагает весомые финансовые расходы, применяется довольно редко.

Охлаждение штампованных металлоизделий происходит без специализированных установок – изделия остывают в естественных условиях. Исключением из правил выступают детали для автопромышленности – их оцинковывают. При необходимости резки ненужных частей пользуются станком с резаком высокой точности.

Жидкая

Такой метод используется редко из-за сложностей в работе, нецелесообразности и дороговизны. В его основе лежит жидкое штампование металлоизделий. Это литье под высоким давлением, при котором жидким сплавом заполняют штамп, а конечное становление детали совершается уже в плотном виде. Способ позволяет изготовить элементы с идеальным совпадением параметров и конфигураций, которые при обработке приобретают улучшенные технические характеристики.

Технология штампования нашла свое применение в разных отраслях промышленности. С ее помощью изготавливают кузовные элементы для автотранспорта, различные панели и отделочные стройматериалы, корпуса для бытовых приборов и т. д. Объемная обработка на штамповочном оборудовании позволяет создавать металлоизделия самых разнообразных форм, что удобно для массового производства и для индивидуального исполнения. Возможностей у штамповки металла множество, ведь число вариантов ограничивается только готовыми штампами и производственными требованиями. Этот вид обработки часто применяется на предприятиях металлургической промышленности из-за удобства и эффективного результата.

Компания «ЛЗМ» оказывает услуги по штамповке металла на заказ в СПб. Мы выполняем любые объема, делаем все работы в короткий срок и качественно. Подробную информации вы можете посмотреть на страницах сайта, а для связи звоните нам по телефонам, указанным в разделе «Контакты».

Разновидности объемной штамповки

Существуют разные виды объемной штамповки: холодная и горячая. Первая технология менее распространена, нежели горячая, так как для нее не требуется очень мощное оборудование.

Помимо этого, стоит отметить склонность большинства сталей и сплавов поддаваться обработке именно в горячем состоянии. Поэтому именно горячий вид штамповки и ковки предпочтителен для множества предприятий металлургической отрасли, которые предполагают изготовление изделий из листов металла.

Но и свои достоинства у холодной технологии создания поковок из металла присутствуют:

• в процессе работы не происходит нагревание металла;
• металлическая поверхность не окисляется при контакте с кислородом;
• можно изготовить изделия с более точными параметрами;
• низкие показатели шероховатости металлической поверхности;
• низкий расход металла;
• низкая трудоемкость производства изделий.

[box type=”fact”]Отметим! При холодной объемной штамповке изделиям не нужна финишная обработка.[/box]

Горячий метод штамповки поковок отличается:

• высокими показателями производительности;
• отменной однородностью и прочностью готовых поковок;
• возможностью получения поковки сложной формы;
• высокой автоматизации рабочих процессов.

Процесс горячей штамповки.

Различают разные способы горячей объемной штамповки, в зависимости от типа примененных штампов:

• открытая;
• закрытая;
• выдавливанием;
• прошивкой;
• в разъемных матрицах.

Именно такая классификация считается основной, потому что тип использованного в работе штампа является определяющим фактором для характера течения металла при формообразовании поковки.

Благодаря использованию технологии обработки металлов данным методом можно изготовить разнообразные по геометрическим параметрам поковки:

1. Детали удлиненной формы: рычаги, шатуны. Для их производства потребуется штамповочный пресс.
   Исходную заготовку поддают протягиванию и обрабатывают плашмя. В конце работы деталь фасонируют при помощи ковки.
2. Дисковые детали квадратной, круглой формы и небольшой длины: ступицы, шестеренки, фланцы, крышки.
   Изготавливаются с помощью технологии осадки в торец заготовки. А их использование осуществляется с применением штамповочных переходов.

Путем штамповки крайне сложно изготовить абсолютно точные по размеру поковки, по этой причине существует такое понятие как допуски. Они учитывают недоштамповку изделия по высоте, износ ручья штампов, риск сдвига штампов в процессе использования и т.п.

Если допуски обуславливают чистоту поверхности и точность поковки, что удовлетворяет общим требованиям к конечным результатам работы, то в дальнейшем иных припусков не предполагают.

Если же предполагаемые заранее допуски или чистота поверхности металла на деле оказались неудовлетворительными, стоит рассмотреть возможность получения более точных параметров поковок путем калибровки, чеканки, улучшения качества самого процесса и нагрева.

Если же это решение не позволяет решить вопрос, то назначаются припуски для последующей обработке путем резки.

Применяемое оборудование

Даже если обрабатываемый материал имеет мягкую структуру, использование оборудования для придания заданной формы обязательно. К этому оборудованию можно отнести:

1. Гидравлические прессы.
2. Гильотины.
3. Кривошипно-шатунные механизмы.

Также нужно правильно выполнять расчеты по расходу материалов и выполнять чертежи, с учетом требований государственных стандартов.

Если рассматривать штамповочный станок, то в его состав входят следующие конструктивные элементы:

• исполнительный механизм, соответствующий типу станка;
• мотор для приведения оборудования в движение;
• передачи, обеспечивающей движение от одного механизма к другому.

Видео: горячая штамповка металла – автоматизированные линии.

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.