Традиционная и прогрессивная штамповка

Штамповка

Штамповка (штампование) — процесс пластической деформации материала с изменением формы и размеров тела. Чаще всего штамповке подвергаются металлы или пластмассы. Существуют два основных вида штамповки — листовая и объёмная. Листовая штамповка подразумевает в исходном виде тело, одно из измерений которого пренебрежимо мало по сравнению с двумя другими (лист до 6 мм). Примером листовой штамповки является процесс пробивания листового металла, в результате которого получают перфорированный металл (перфолист). В противном случае штамповка называется объёмной. Для процесса штамповки используются прессы — устройства, позволяющие деформировать материалы с помощью механического воздействия.

По типу применяемой оснастки штамповку листовых материалов можно разделить на виды:

• штамповка в инструментальных штампах,
• штамповка эластичными средами,
• импульсная штамповка:
  • магнитно-импульсная,
  • гидро-импульсная,
• штамповка взрывом,
• валковая штамповка.

Виды штамповки металла

Естественно, за столько веков появился целый ряд методов выполнения данной операции. До наших дней дожили те из них, которые обеспечивали должный уровень скорости, точности, качества, безопасности обработки заготовки. По этой причине ручные способы сегодня не находят широкого применения, а используются лишь в частных случаях.

Отдельную нишу занимают варианты, при которых результат достигается не давлением, а другими путями, например, воздействием кратковременных электрических импульсов или нагревом с изотермической деформацией и применением гидравлического пресса, или даже взрывом в водной среде.

Более подробно мы рассмотрим классические и актуальные сейчас виды.

Листовая штамповка металла

Особенно востребована при массовом выпуске плоских и/или объемных конструкций. Готовый предмет формируется специальным инструментом. По температуре осуществления операций подразделяется на 2 категории:

• Холодная – максимально эффективна при выборе меди, стали (легированной или углеродистой), алюминия в качестве основного материала, но при условии грамотной разделки. Наиболее распространенный случай применения – создание кузовных элементов машин.
• Горячая – заготовку предварительно помещают в электрическую или пламенную печь, в остальном же технология аналогична предыдущему варианту. Подходит для листов толщиной до 5 мм, чаще всего используется для изготовления корпусов водных судов.

Объемная

Очень интересный вариант, при котором, за счет пластической деформации сразу по трем плоскостям, из простейших заготовок делают более сложные. Обладает высокой степенью перспективности, классифицируется на две группы – с изменением агрегатного состояния продукции и без него. Рассмотрим обе по порядку.

Технология ГОШ – горячей объемной штамповки изделий из металла

Деталь подвергают давлению и, одновременно, температурному воздействию, нагревая в закрытой без зазоров пресс-форме. Данная полость получила сразу два названия – «ручей» и, по другой версии, «гравюра». Да, на начальном этапе реализации способ требует повышенного внимания к подготовке основного материала, но зато хорош своей точностью соответствия готового элемента заданным размерам и высоким качеством его поверхностей, и это при малом проценте облоя.

Относительный минус в том, что рабочее оборудование в этом случае стоит сравнительно дорого, а оператора требуется дополнительно обучать, но и такие затраты времени и средств многократно окупаются в долгосрочной перспективе производства.

Процесс ГОШ можно условно разбить на 7 этапов:

1. выбор типа штампа по металлу;
2. создание чертежа, максимально подробного;
3. расчет числа выполняемых технологичных переходов;
4. подготовка проектной документации для каждого из промежуточных этапов;
5. определение подходящих пресс-форм;
6. установка основных параметров и режима нагрева заготовки;
7. задание нужных финишных процедур (учитывая эксплуатационные требования, предъявляемые к готовому изделию).

Кроме того, экономистам необходимо найти себестоимость единицы продукции, выпущенной по согласованному алгоритму.

Если сравнивать с горячей ковкой, ГОШ гораздо точнее, у него лучшая производительность и он дает больше вариантов для достижения результата, поэтому он объективно перспективнее.

Метод холодной объемной штамповки деталей из металла

Хорош высокой точностью и чистотой (гладкостью) конечной поверхности. Основной материал не рекристаллизируется ни на одном из этапов производственного цикла, что делает готовую продукцию устойчивой к различным механическим воздействиям и нагрузкам. Заготовками в данном случае являются проволочные и калиброванные прутки.

Относительный минус данного варианта – значительные усилия, затрачиваемые на выпуск: они больше в 10 раз, если сравнивать с ГОШ. Также следует отметить негативное влияние чрезмерных механических нагрузок, на практике уменьшающих ресурс пресс-форм, но в целом способ пока частично сохраняет актуальность.

Суть и назначение холодной штамповки листового металла

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

Холодную листовую пластичную деформацию ценят за следующие преимущества:

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

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

Операции холодной штамповки

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

Виды оборудования для листовой штамповки

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.

экономичным использованием материала и сравнительно небольшими отходами;

весьма высокой производительностью оборудования, с применением механизации и автоматизации производственных процессов;

низкой себестоимостью изготавливаемых изделий.

Наибольшее распространение холодная штамповка получила в крупносерийном и массовом производстве, где большие масштабы выпуска позволяют применять технически более совершенные, хотя и более сложные и дорогие штампы.

Эффективность использования холодной штамповки обусловлена снижением веса изделия при увеличении жесткости и прочности штампованных деталей в сравнении с другими методами обработки металлов. При обработки металлов холодной штамповкой есть возможность получить законченную деталь без применения последующих деформаций.

Наше конструкторское бюро предлагает услуги по разработке и проектированию штампов. У нас есть большой опыт в данной области проектирования изделий. Также есть возможность изготовления спроектированных штампов у наших проверенных партнеров.

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.

Примеры работ. Мы выполняем заказы любой сложности:

Прогрессивные способы горячей штамповки

1. Штамповка с использованием высокоскоростных молотов (до 2мм толщина стенки штамповки).

2. Штамповка на горячештамповочных автоматах со штампами последовательного действия.

3. Изотермическая штамповка (в рабочей зоне поддерживается температура 800-1100 С).

4. Жидкая штамповка производится в штампах, снабженных полостями – типа литниковой системы (рис. 162)

а) б) в)

Рис. 162. Стадии процесса жидкой штамповки:

а) – заливка металла в полость штампа; б) – кристаллизация под давлением; в) – извлечение поковки; 1 – пуансон, 2 – штамп; 3 – выталкиватель

3 Какой путь проделывает деталь?

Сегодня существует множество специальных программ проектирования штампов для холодной штамповки, однако они неавтономные и в основном неразрывно связаны со всей системой. Чертежи могут быть как двумерными, так и современными, выполненными в формате 3D. А сам процесс требует некоторых навыков, знания компьютера и выполняется в такой последовательности:

• нанесение эскиза;
• изучение схемы раскроя и ее проверка специальной программой;
• редактирование;
• повторная проверка размеров;
• нанесение рабочих отверстий.

Далее следует довольно тяжелый и ответственный процесс изготовления штампов холодной штамповки. После окончательной подготовки чертежа изделие разделяют на отдельные части, внимательно изучают их. Обязательно необходимо уделить особое внимание техническим требованиям, предъявляемым к готовой детали. Затем составляют для каждого элемента маршрутно-технологическую карту с учетом всех нюансов, начиная от времени, потраченного на изготовление, и заканчивая характеристиками. Следует заметить, что в этом процессе не может быть мелочей, так как любой, даже самый незначительный недочет приведет к дефектам. Имеет значение последовательность операций, правильное распределение материала, подбор оборудования и режимов.

К качеству штампов для холодной штамповки тоже предъявляются весьма серьезные требования. Ведь именно от них зависит размер, форма и чистота поверхности готового изделия.

Формирование элементов листовым способом подразумевает ряд операций. Сначала материал поступает на стан, где вырезаются либо выдавливаются части детали. Затем следуют формоизменяющие операции. К ним относятся гибка, обжим, формовка и вытяжка. При этом не стоит недооценивать и роль вспомогательных процессов. Это отжиг и травление, благодаря которым задаются желаемые механические свойства. Еще можно повысить износостойкость с помощью дополнительных защитных покрытий. Кроме того, детали подвергают правке, очистке и смазке.

Технологический процесс объемной холодной штамповки делится на две основные схемы. Первая состоит из трех операций. Предварительно проводят термическую обработку металла с целью его разупрочнения. Затем подготавливают поверхность проката и осуществляют непосредственно штамповку. Но можно придерживаться и иной схемы, включающей в себя 4 этапа. В этом случае сначала подготавливают мерные заготовки, а потом уже проводят все операции аналогично первой схеме.