Оснастка для штамповки металла

Обновлено: 02.07.2024

Мы проконсультируем вас по любым вопросам!

Машины для выполнения ковочно-штамповочных операций (так вернее, ибо какое-либо оборудование обычно создаётся под разработанную технологию, а не наоборот) — распространённый вид устройств для металлообработки.

Например, на машино- и приборостроительных предприятиях или заводах по производству металлоконструкций на каждые 5 металлорежущих станков обязательно приходится одна единица оборудования для обработки давлением. Причём не только металлов: например, те же ПЭТ-бутылки производятся на термопластавтоматах, которые тоже представляют специализированное штамповочное оборудование.

Разновидности штамповочных технологий

Штамповочный процесс обработки заготовок может осуществляться горячим или холодным методом. Эти технологические разновидности предполагают использование специального оборудования и применение определённых условий обработки металла.

Холодная штамповка является одним из разновидностей штампования

Методом горячей штамповки обрабатываются заготовки, предварительно нагретые в специальных устройствах до заданной температуры. Горячая штамповка необходима, когда для обработки холодного сплава не хватает мощности оборудования. Нагревательными устройствами могут служить электрические или плазменные печи. Такой метод требует точного расчёта параметров готовой детали с учётом усадки металла в процессе остывания.

При холодной штамповке детали формируются за счёт механического давления элементов штамповочного пресса. Холодный вариант штамповки считается более распространённым методом обработки металла. Он не требует дополнительного оборудования, сложных расчётов и механической доработки деталей. Благодаря этому методу увеличиваются прочностные показатели материала. Полученные изделия отличаются высоким качеством поверхности и точностью.

Эволюция развития оборудования

До 15-16 веков практически все металлические изделия производились частными мастерскими и небольшими цехами. Однако, начало Великих Географических открытий с сопутствующим им ростом тоннажа морских судов потребовало изготовления довольно больших якорей и прочего корабельного оснащения. Вручную с молотом уже было невозможно проковать такие габаритные детали. Как результат — появились первые механические молоты, работающие на силе воды.

Далее толчком послужили развитие вооружений и транспортных средств и в 19 веке возникают целые металлообрабатывающие гиганты с паровым оборудованием.

Изобретение гидравлических прессов дали возможность внедрить штамповку как основную технологию массового выпуска продукции. А дальнейшее появление электродвигателей дало толчок развитию кривошипных прессов, составляющих современную основу кузнечно-штамповочного оборудования.

Типы штамповочного оборудования

Для получения изделий из металлического листа применяются прессы, оснащённые различными штампами. В процессе работы оборудования верхняя составляющая штампа двигается, нижняя часть остаётся неподвижной.

Деформирование заготовки происходит в момент соприкосновения частей оборудования. Существуют разнообразные модели штамповочных прессов, что позволяет выбрать подходящий станок для изготовления требуемых деталей.

Гидравлическая штамповочная машина

Прессы для штамповки металла бывают:

кривошипно-шатунного типа;
гидравлические;
радиально-ковочного типа;
электромагнитного типа.

Кривошипные прессы являются оборудованием простого типа и могут быть двойного или тройного действия. Своё название прессы получили от кривошипно-шатунного механизма, который представляет собой основной конструктивный элемент станка. Принцип работы механизма основан на преобразовании вращательного движения от привода в возвратно-поступательное периодичное движение элемента пресса – ползуна.

Принцип работы и устройство прессов различных типов

Любой стандартный штамповочный станок состоит из следующих основных узлов: мотора, передачи, исполнительного механизма. Передача и двигатель вместе составляют «привод». Главная характеристика привода — это вид связи двигателя и исполнительного механизма: механическая или не жесткая (жидкость, газ, пар). Рабочие органы прессов: валки, ползун, траверсы, ролики, бабы.

Кривошипно-шатунный пресс

Привод станка вращается, движение на ползуне преобразуется в возвратно-поступательное. Под действием этого движения при помощи штампа обрабатывается металл. Все детали станка производят из прочной стали и оснащаются ребрами жесткости. Движение ползуна происходит по жесткому графику. Усилие по ползуну достигает 8 тысяч тонн. Кривошипные ковочные установки позволяют ускорить, упростить и удешевить производство деталей, сэкономить до 30% проката. Все кривошипные станки делятся на простые, с двойным и тройным действием.

Кривошипно-шатунный пресс способен выполнять следующие виды работ:

штамповку в открытых и закрытых матрицах;
формирование заусенца;
выдавливание;
прошивку;
комбинированную обработку.

Механический пресс воздействует на материал ударом, тогда как гидравлический, прилагая меньшую силу, получает больший эффект. Поэтому вторые используют для изготовления крупных изделий с толстыми стенками.

Гидравлические прессы

Способны проштамповывать поверхность, продавливать и ковать изделия из металла. Они также применяются для переработки металлических отходов. Действие станка основано на увеличении силы давления на металл во множество раз. Пресс представляет собой два сообщающихся цилиндра с водой, между которыми проходит труба. В цилиндрах установлены поршни. Принцип работы пресса основан на законе Паскаля.

Радиально-ковочный аппарат

Обрабатывает металл горячим способом. Болванка поступает в нагревательный модуль, функционирующий по принципу индукции. Здесь она нагревается, когда металл становится достаточно податливым, подается через конвейер на механизм захвата, подающий заготовку прямо в зону обработки. Ковка или штамповка осуществляется бойками, в процессе заготовка все время крутится, благодаря чему она обрабатывается равномерно со всех сторон. Пресс работает от электромотора, соединенного клиноременной передачей с валами. Они размещены вертикально и направляют движение на шатун и боек, между которыми установлен ползун. Чтобы все движения механизма были синхронными, существуют копирные барабаны. Держатель болванки вращается электромотором посредством червячных передач. Пружинная муфта в нужные моменты притормаживает движение.

Электромагнитный пресс

Это новейшая разработка, которая только начинает использоваться в промышленности. Рабочий орган станка — сердечник электромагнита, который совершает движения под действием электромагнитного поля. Сердечник двигает ползун или штамп, пружины возвращают ползун в исходное положение. Такие станки отличаются высокой производительностью и экономичностью. На сегодняшний день существуют модели с небольшой амплитудой движения рабочего органа — 10 мм и усилием не более 2,5 тонны.

Особенности открытых и закрытых штампов

Штамповка закрытым способом

Штамповочное оборудование может быть оснащено открытыми или закрытыми штампами. В открытом штампе избыточный металл вытекает в заусенец или облой, который выполняет определённую функцию. Основными недостатками этой технологии являются: потеря сплава на облой, снижения качества изделия из-за перерезанных волокон при удалении заусенцев.

Закрытые штампы используются для изготовления изделий простой формы. Эта безоблойная технология отличается экономией металла, отсутствием затрат на обрезку заусенцев, высоким качеством продукции из-за всестороннего сжатия. Волокна металла не подвергаются перерезанию. Метод обработки в закрытом штампе применяется для малопластичных сплавов. Основными недостатками считаются: необходимость точной дозировки сплава, сложная конструкция штампа.

В современном производстве штамповка является преимущественно подготовительной операцией, которая позволяет изготавливать детали как для электроники, так и для воздушных или водных судов. Полученная продукция в дальнейшем подвергается сварке, резке, клёпке и другим методам обработки в зависимости от технологического процесса.

Обзор прессов IPONMAC и их характеристик

Схемы прессов: а – вертикальный гидравлический; б – горизонтальный; в – кривошипный; г – фрикционный; д – гидровинтовой

Пресс кривошипный применяют в тех случаях, когда необходимо выполнить несложную обработку металла давлением. Основным элементом такого оборудования, который преобразует вращательное движение вала приводного электродвигателя в возвратно-поступательное перемещение ползуна, является кривошипно-шатунный механизм. Именно поэтому пресс кривошипный часто называют штамповочным кривошипно-шатунным прессом. Он очень популярен как среди производственников, так и среди частных мастеров, существуют даже модели настольного кривошипного пресса. Объясняется такая популярность не только высокой эффективностью и функциональностью этого оборудования, но также и тем, что обслуживание и ремонт кривошипных прессов не вызывает особых проблем.

Пресс штамповочный гидравлический 4-х колонный

Гидравлические штамповочные прессы оснащаются двумя рабочими камерами, в которых в рабочей жидкости создается требуемое давление. Жидкость под давлением поступает в цилиндр с другим поршнем, посредством которого и сообщается возвратно-поступательное движение ползуну.

Разновидности технологических операций

Технологические операции с металлическим листом бывают разделительные и формоизменяющие.

Разделительные штамповочные операции выполняются на оборудовании, которое оснащено специальным инструментом. В результате от заготовки отделяется определённая часть по прямой линии или заданному контуру. Отделение части листа происходит в следующих процессах:

Отрезка. Для выполнения этого действия оборудование оснащено дисковыми, вибрационными устройствами или гильотинными ножницами.
Обрезка. Эта операция отделяет крайние части полученного изделия.
Пробивка. В металлическом листе с помощью штампа создаются отверстия различной конфигурации.
Вырубка. Из заготовки получают фигурную деталь с замкнутым контуром.

Формоизменяющие операции предназначены для создания изделия с иными параметрами и размерами без механического разрушения. Различают следующие виды этих операций:

Отбортовка. Контур заготовки или внутренние отверстия подвергаются воздействию штампа для формирования бортов определённых размеров.
Вытяжка. Эта операция является разновидностью объёмной штамповки, при которой из плоского материала получают пространственный элемент.
Обжим. Для сужения торцов полой заготовки применяется штамп с матрицей конического типа, имеющей сужающую рабочую область.
Гибка. В результате операции изменяется кривизна поверхности путём гибки металла и деформирования заготовки.
Формовка – это изменение формы отдельных участков за счёт уменьшения толщины детали без нарушения внешнего контура изделия.
Пуклёвка. Соединение штампом двух пластинок без использования дополнительных элементов.

Радиально-ковочное оборудование для горячей обработки металла

Радиально-ковочный станок используется для того, чтобы с высокой производительностью изготавливать валы различного диаметра. На таком агрегате можно наладить производство до 300 тысяч готовых изделий в год, чего вполне достаточно для того, чтобы обеспечить ими крупное производственное предприятие.

Ограниченность использования такого станка для штамповки металла объясняется не только его высокой стоимостью, но еще и тем, что настройка его рабочих режимов представляет собой достаточно сложный процесс, поэтому выполнять ее целесообразно лишь в том случае, если планируется выпускать изделия определенного диаметра большими партиями.

Радиально-ковочная машина (РКМ) обеспечивает высокую точность штамповки, выдавая детали с минимальными припусками

Последовательность действий, в процессе которых выполняется радиальная ковка, выглядит следующим образом.

Деталь, чтобы довести ее до требуемой температуры нагрева, подают в индукционное устройство.
После того как металл приобретет требуемую степень пластичности, деталь по роликовому контейнеру (рольтангу) отправляют к захватному устройству, с помощью которого она подается в зону обработки.
Там заготовка фиксируется элементами другого захватного устройства, после чего на нее воздействуют посредством специальных бойков.
Для равномерной обработки со всех сторон деталь постоянно вращают, для чего используется специальный захватный механизм.

Схемы действия ковочных машин радиального и ротационного типа

Для того чтобы привести в движение рабочий механизм оборудования для радиальной ковки, используют кинематическую схему, элементами которой являются:

приводной электродвигатель;
клиноременная передача;
четыре установленных вертикально вала с эксцентриковыми буксами;
шатун с закрепленными на нем бойком и ползуном.

Основные элементы автоматики станка – это копирные барабаны, которые отвечают как за синхронное сближение бойков, так и за последующее движение заготовки. Вращение захвату, в котором удерживается обрабатываемая деталь, сообщается электродвигателем через элементы червячной передачи. Торможение данного механизма, которое осуществляется в момент ковки, обеспечивает пружинная муфта.

Одной из разновидностей ковочного оборудования является горизонтально-ковочный станок, в котором обрабатываемая деталь также располагается параллельно земле. Устройства данного типа используются преимущественно для формирования торцевых утолщений на заготовках стержневого типа. Деталь при обработке располагается в разъемной матрице, каналы которой ориентированы в горизонтальной плоскости.

Процесс обработки, выполняемой на таком станке, происходит в следующей последовательности.

Заготовка укладывается в неподвижную часть матрицы.
Подвижная часть матрицы, соединенная с ползуном, приводится в действие посредством коленчатого вала.
Приближаясь к неподвижной половине формы, подвижная часть матрицы плотно охватывает обрабатываемый стержень.
После зажима детали верхней частью формы коленчатый вал, соединенный с шатуном, приводит в действие ударные пуансоны.
По окончании обработки все подвижные части станка возвращаются в исходное положение, а подвижная и неподвижная части формы размыкаются.

Ковочный молот с пневмоприводом

Пневматический пресс – это эффективное, но в то же время доступное по стоимости ковочное оборудование, отличающееся, кроме того, компактными габаритами. Работает такой станок за счет энергии сжатого воздуха, за подачу которого к механизмам отвечает встроенный компрессор. Работу компрессора, поршни которого, двигаясь в его главном цилиндре, как раз и создают поток воздуха с требуемым давлением, обеспечивает приводной электродвигатель.

Поскольку работу ударного механизма пневматического ковочного станка обеспечивает кривошип, то его конструкция напоминает устройство кривошипного пресса. Перед запуском такого оборудования компрессорный и рабочий поршни в главном цилиндре находятся в крайнем верхнем и крайнем нижнем положениях. Когда станок запускается в действие, поршни начинают двигаться по направлению друг к другу, сжимая находящийся между ними воздух, давление которого передается на кривошип, напрямую соединенный с бойком. На один удар рабочей части молота пневматического станка приходится один оборот кривошипного механизма. Соответственно, чтобы воздействие молота на заготовку выполнялось с более высокой частотой, необходимо обеспечить более интенсивную работу компрессора. Даже несмотря на свои небольшие габариты, пневматический пресс может обеспечить массу удара молота, доходящую до 1 тонны.

Молот кузнечный пневматический МА-4129 предназначен для горячей штамповки в открытых штампах

По похожему с пневматическим прессом принципу работает паровоздушный молот, в котором энергию удара обеспечивает горячий пар, подающийся непосредственно из котла или через специальный компрессор. Масса ударов, которой позволяет добиться такое оборудование, может доходить до 8 тонн, а скорость их нанесения составляет 50 м/сек. Работать оно в зависимости от модели может в автоматическом режиме, когда удары по детали наносятся непрерывно, или в ручном, когда для запуска в действие бойка необходимо нажать на соответствующую кнопку или педаль.

Оснастка для штамповки металла

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ОСНАСТКА ДЛЯ ХОЛОДНОЙ И ГОРЯЧЕЙ ШТАМПОВКИ

Штампы с разделением материала

Холодная листовая штамповка

Штампы с изменением формы

Штампы последовательного действия

Штампы совмещенного действия

Это вид обработки металлов давлением, при котором листовой материал деформируется в холодном или подогретом состоянии.

Холодная штамповка позволяет получать детали высокой точности, с поверхностью хорошего качества, которые в большинстве своем не требуют дальнейшей обработки резанием.

Преимущество этого метода заключается в стабильности получаемых размеров, формы и качества изделия при наименьших затратах труда и материала.

Разделительные штампы предназначены для отделения одной части материала от другой по замкнутому или незамкнутому контуру. К таким операциям относятся: пробивка, отрезка, обрезка, вырубка, надрезка, просечка.

К таким относятся штампы для следующих основных видов операций:

гибка (превращение плоской заготовки в изогнутую деталь);
вытяжка (превращение плоской заготовки в полую деталь любой формы или дальнейшее изменение её размеров);

формовка (изменение формы детали или заготовки путем местных деформаций различного характера;

а также для остальных операций (принцип, которых основывается на один из вышеизложенных): завивки, скручивания, протяжки, обтяжки, закатки, раздачи, отбортовки, обжимки, правки, выдавливания.

Штамповка деталей путем выполнения нескольких операций отдельно в большинстве случаев экономически не выгодна, вследствие чего обычно применяют методы совмещенной штамповки, одновременно сочетающей две или несколько видов деформации и отдельных операций, которые

выполняются за один ход пресса и за одну установку заготовки в штамп. Кроме того, на производстве используются сборочно-штамповочные операции, основанные на применении деформаций гибки, формовки или отбортовки.

По технологическому признаку штампы совмещенного действия делятся на 3 группы:

Совмещение различных видов только разделительных операций (вырубка-пробивка, пробивка- отрезка и т.п.)
Совмещение различных видов только формоизменяющих операций (вытяжки, формовки, гибки, отбортовки и т.п.)
Совмещение операций разделения и формоизменения (вырубка-вытяжка, формовка и пробивка и т.п.)

Последовательная штамповка объединяет несколько различных операций, осуществляемых последовательно в одном штампе отдельными пуансонами за несколько ходов пресса при перемещении заготовки (ленты или полосы) между ними; причем за каждый ход пресса на

конечной операции получается готовая деталь.

Последовательные штампы делятся на 2 группы:

Последовательные штампы, выполняющие несколько разделительных операций.
Последовательные штампы, выполняющие и разделительные и формоизменяющие операции.

Преимуществом последовательной штамповки является высокая производительность без потери точности и качества изделия, легкость автоматизации производства, наименьшие трудозатраты и максимальный КИМ.

Производство штампов для холодной штамповки

Изготовление металлических деталей при помощи холодной штамповки занимает большую часть в технологии обработки материалов и часто применяется в разных отраслях промышленного производства. В основе метода лежит пластическое деформирование поверхностей без их дополнительного предварительного нагрева. Применение специального оснащения в виде штампов позволяет получить детали практически любой формы и размера.

Особенности технологии штампования

Штамповкой называют сложный технологический процесс, во время которого металлическая заготовка подвергается механическому давлению, что приводит к ее пластической деформации. Для выполнения подобной обработки используется специальное оборудование. В результате его воздействия на материал получают заготовки требуемой формы и размеров. Основным сырьем, применяемым для штампования, является листовой металл разной толщины.

Данный метод обработки разделяют на два вида:

горячий. Подразумевает предварительное нагревание заготовок;
холодный. Перед штамповкой заготовки не нагреваются.

Горячее штампование применяется для материалов, не обладающих высокой пластичностью. Данный метод обработки чаще всего используется при производстве заготовок небольшими партиями из металлического листа, имеющего толщину 5 мм. При изготовлении деталей возникает необходимость применения больших допусков. При их остывании происходит коробление и другие негативные процессы, влияющие на размеры будущей заготовки.

При выполнении холодного штампования используется специальная оснастка. В процессе обработки материал дополнительно упрочняется, но теряется его пластичность. Чтобы предотвратить повышение хрупкости готовых изделий, их дополнительно подвергают рекристаллизационному отжигу.

Особенности технологии холодного штампования

Технология штамповки холодным способом подразумевает обработку заготовок с изменением их формы и размеров, но с сохранением других геометрических характеристик.

В качестве сырья для получения необходимых изделий используются полосы, лента или листы, полученные из легированных низкоуглеродистых сталей. Могут применяться сплавы алюминия, меди, латуни, магниевые, титановые или другие высокопластичные составы. Это связано с тем, что такие материалы легко поддаются деформации.

Перечень выполняемых операций во время штампования

В процессе холодной штамповки металла выполняются различные операции, которые помогают придать изделию требуемых характеристик. Они могут быть разделительными и формоизменяющими. В первом случае поверхность материала частично отделяют по указанному контуру. К разделительным операциям относят:

резка. Отделение части заготовки по прямой или фигурной линии при помощи пресса в виде ножниц;
пробивка. Выполняется для создания в детали отверстия необходимой формы и размера;
вырубка. Готовая деталь имеет вид замкнутого контура.

Классификация основных операций штамповки

Формоизменяющие операции при штамповке подразумевают изменение формы или размеров заготовки из листового металла путем перемещения ее частей определенным способом. При этом не происходит физическое разрушение детали. К самым распространенным формоизменяющим операциям относят:

вытяжка. Относится к объемной штамповке, при помощи которой получают полые детали разной формы (конуса, цилиндра, полусферы, куба);
гибка. С помощью такой штамповки изгибу листового материала придается практически любая форма;
рельефная формовка. Подразумевает локальные изменения при сохранении конфигурации самой заготовки;
холодная высадка. Позволяет получить деталь нужной длины с увеличением ее диаметра.

Возможно штампование комбинированным способом, подразумевающим разделение и формообразование детали.

Дополнительные операции, выполняемые в процессе штампования

В процессе холодной штамповки металла его могут подвергать некоторым вспомогательным операциям, позволяющим повысить эксплуатационные качества полученных изделий. К таким относят отжиг и травление. С их помощью улучшаются механические характеристики, и увеличивается срок службы деталей.

Для улучшения износостойкости металла его обрабатывают специальными защитными покрытиями.

При объемной штамповке выполняется перечень операций, позволяющих улучшить механические характеристики изделий из металла:

предварительная термическая обработка металла для снижения его прочности;
подготовка поверхности к основным работам;
непосредственно обработка металла.

Оборудование для холодного штампования

Холодное штампование металла осуществляется при помощи специального оборудования. Для обработки деталей применяется штамповочный пресс, который может быть механическим (эксцентриковые, с кривошипно-шатунным механизмом) или гидравлическим.

Особенности устройства и работы пресса кривошипного типа

Листовая штамповка, подразумевающая вырубку, вытяжку, пробивку металла, проводится на прессах кривошипного типа. Он имеет электрический привод.

Основным действующим элементом пресса является кривошипный вал. Он движется за счет передачи вращения от маховика электродвигателя через зубчатый механизм. В результате ползун кривошипа осуществляет возвратно-поступательные действия, что запускает штампование.

Основные узлы кривошипного пресса изготовляются из высокопрочной стали. Они дополнительно укрепляются, что придает оборудованию повышенную жесткость.

Устройство гидравлического пресса

Гидравлические прессы преимущественно используются для проведения объемной штамповки методом продавливания.

Принцип действия такого оборудования довольно прост:

работа пресса обеспечивается давлением жидкости, которая размещается в двух специальных емкостях с поршнями;
резервуары соединены между собой при помощи трубки;
давление, возникающее в процессе ее передвижения жидкости по емкостям пресса, передается на ползун;
за счет смещения ползуна осуществляется холодное штампование.

Как происходит изготовление штампов для проведения холодной штамповки?

Штампом называют специфический вид оснастки, которая активно используется в процессе листовой штамповки. Он непосредственно воздействует на материал, деформируя его. После обработки металл приобретает такую же форму, какая характерна для рабочей части штампа. Данный инструмент устанавливается на специальные молоты и прессы, приводящие его в действие.

Штамп состоит из двух частей – матрицы и пуансона. Последний элемент закрепляется на специальном ползуне, за счет которого осуществляется движение инструмента. Деформация металла происходит в момент прижимания пуансона к матрице.

Этапы производства штампов для холодного штампования

К процессу создания эскизов штампов и их непосредственному изготовлению предъявляются высокие требования. От качества полученной оснастки зависит правильность формировки самых изделий и их качество. Обычно изготовление штампов происходит в такой последовательности:

Составляется эскиз штампа с учетом всех представленных требований.
При помощи специальной компьютерной программы создается схема штампа.
Определяется рациональность полученного оснащения, при необходимости проводится корректировка эскиза.
Определяются места, где в дальнейшем будут сформированы отверстия необходимого размера и формы.
После согласования чертежей непосредственно приступают к изготовлению штампа.

Заготовки, изготовленные из металла, будут правильно обработаны методом холодного штампования, если эффективно подобрать все оснащение. Штампы – это один из главных элементов, влияющих на качество проведенных работ. При их изготовлении используется современное оборудование с ЧПУ, что позволяет осуществить необходимый контроль качества.

Холодная штамповка металла: методы, технология, виды, оборудование

Холодная ковка (ХС) считается самой передовой технологией обработки металлов давлением. Его умелое применение позволяет получать изделия различных форм и размеров. Что немаловажно, изделия, изготовленные по этой технологии, отличаются точностью своих геометрических параметров и высоким качеством формируемой поверхности, поэтому не нуждаются в дополнительной доработке. Процесс холодной штамповки легко поддается автоматизации, что позволяет изготавливать с его помощью изделия с высокой производительностью.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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:

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

Видео

Читайте также: