Плоские детали из металла

Обновлено: 05.07.2024

Мы проконсультируем вас по любым вопросам!

Всесторонне рассмотрим один из самых применяемых сегодня методов обработки предметов. Начнем с того, что такое штамповка деталей из листового металла: это контролируемое изменение размеров и формы заготовки давлением.

История возникновения процесса

Известен и используется издревле, так как был изобретен еще до Средневековья и уже тогда позволял нашим предкам изготавливать оружие, украшение и другие нужные в быту вещи. В течение столетий неуклонно совершенствовался, всегда отличаясь сравнительной простотой и высокой производительностью, но выполнялся вручную вплоть до 1850-х годов, после чего уровень развития технологий позволил вплотную заняться его механизацией.

С середины XIX века технические операции стали проводить на станках, с начала XX – приступили к выпуску кузовов авто, с 1930-х – корпусов и механизмов морских и речных судов и летательных аппаратов, с 1950-х – функциональных узлов и элементов в ракетостроении.

Металлическая штамповка столетиями сохраняла популярность из-за следующих своих особенностей и преимуществ:

Универсальность – с ее помощью выполняют детали каких угодно размеров и форм, причем как нуждающиеся в последующей обработке, так и уже готовые к эксплуатации.
Точность изготовления, особенно при современном уровне технологий, что позволяет обеспечить взаимозаменяемость выпускаемых элементов даже без доводки.
Склонность к механизации и автоматизации – высокая производительность всегда была очевидным достоинством, и сегодня она достигается за счет использования роторно-конвейерных линий.
Прочность конечных изделий, даже тонких, легких, габаритных.

Особенно актуален процесс при массовом выпуске – как мелких элементов, вроде шестеренок для часов, так и крупных предметов, например, кузовов автомобилей.

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:

выбор типа штампа по металлу;
создание чертежа, максимально подробного;
расчет числа выполняемых технологичных переходов;
подготовка проектной документации для каждого из промежуточных этапов;
определение подходящих пресс-форм;
установка основных параметров и режима нагрева заготовки;
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.

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).

Разделительная штамповка: что это такое

Это распространенная разновидность рассматриваемого нами процесса, осуществляемая для получения части материала от общей обрабатываемой детали. Может включать в себя операции резки, пробивки, вырубки, как одну, так и две-три сразу, выполняемые последовательно, с помощью размещенного на прессе инструмента. Последний выбирается по ситуации, в зависимости от проводимых работ, и это может быть как гильотина или ножницы, так и дисковая пила или даже вибрационная головка. Траектория его движения допустима как простая (по прямой), так и сложная (по ломаной линии), главное – получить заготовку нужной формы и с необходимым контуром.

Классификация оборудования для штамповки изделий из металла

В самом общем случае оно представляет собой станки-прессы с определенным типом привода (о котором ниже), а также различными характеристиками прочности, производительности, количества выполняемых операций, максимального размера обрабатываемых предметов и так далее.

Выбор нужно осуществлять в зависимости от особенностей производства и от того, какую конечную продукцию следует получить: учитывая, что для сравнительно мягких материалов не нужна значительная мощность, что для серийного выпуска требуется высокая скорость, и другие нюансы конкретного случая.

Просто необходимо, чтобы модель станка соответствовала рекомендациям актуальных межгосударственных стандартов. Помимо рабочих параметров оборудования для штамповки листового металла, ГОСТы также определяют расход, нормы безопасности труда, правила проектирования и другие сопутствующие моменты.

Перейдем к рассмотрению наиболее часто используемых видов техники.

Кривошипно-шатунные прессы

Считаются сравнительно простыми по конструкции механизмами с двойным или тройным характером действия. Преобразуют крутящий момент в возвратно-поступательное движение, благодаря которому:

подающее устройство перемещает стальную ленту (или другой материал);
шаговый нож отрезает заготовки согласно заданной программе.

Достаточно надежны (в силу отсутствия сложных функциональных узлов), поэтому нашли свою нишу в массовом выпуске однотипных элементов, чаще всего небольших размеров. Оправдывают себя с экономической точки зрения в перспективе долгосрочного использования.

Гидравлические прессы

Лидируют среди всех видов оборудования по своим мощностным характеристикам: наиболее производительными их моделями выштамповка металла осуществляется с усилием до 2 килотонн.

Принцип их действия базируется на передвижении пары цилиндров разных размеров. За счет отличия в диаметрах при вращении создается определенное давление на поверхность заготовки, которое изменяет геометрию листа и позволяет получить элемент нужной формы.

За перемещение жидкости отвечают насосы: оснащенные электроприводами, они быстро обеспечивают необходимую интенсивность воздействия. Результат – готовая продукция с гладкой поверхностью, параметры которой с высокой степенью точности соответствуют заданным.

Радиально-ковочные прессы

Классический случай их применения – выпуск цилиндрических заготовок, но также они широко используются для серийного производства предметов с круглым, прямоугольным, квадратным сечением.

Современные модели таких станков, как правило, оснащаются индукционной печью, в которой материал (обычно уже в виде болванки) проходит предварительный нагрев. Термическое воздействие позволяет обеспечить должную пластичность при сохранении максимальной прочности.

Точность соответствия заданной геометрии главным образом зависит от того, какая была выбрана форма для штамповки металла, но и мастерство оператора тоже играет свою роль. Обслуживать такие станки должны специалисты, прошедшие профильную подготовку.

Электромагнитные прессы

Наиболее современные и в чем-то даже инновационные варианты оборудования.

Создают ЭМ-поле, энергия которого является основной движущей силой, давящей на сердечник.
Последний, обладающий проволочной обмоткой, в свою очередь, воздействует на инструмент (исполнительный орган).

От интенсивности влияния и зависит степень изменения размеров заготовки. Задав соответствующую программу, можно с максимальной точностью выполнить предмет любой геометрии, даже самой сложной.

Автоматические штамповочные линии

Это передовые и многофункциональные комплексы, оснащенные ЧПУ-системами, с наглядными и удобными в пользовании сенсорными дисплеями. У них есть все, чтобы минимизировать работу оператора, полностью исключить ошибки, вызванные «человеческим фактором», обеспечить высокую производительность труда. Единственное НО: они должны функционировать строго по алгоритму, заданному опытным инженером-технологом.

Мы детально рассмотрели все основные и популярные варианты оборудования, постарались наглядно показать преимущества и недостатки каждого из них. Для более подробной консультации обращайтесь к менеджерам завода «Сармат»: они помогут подобрать станок, чтобы поставить нужную вам разновидность штамповки на поток.

Штамповка листового металла (горячая и холодная): виды, оборудование

Штамповка деталей из листового металла сегодня является очень распространенной технологией, по которой производят изделия практически для всех отраслей промышленности. Благодаря применению такой технологии из плоского металлического листа можно получать как миниатюрные, так и габаритные детали даже сложной геометрической формы.

Листовые заготовки, изготовленные на координатно-револьверном прессе

Что собой представляет листовая штамповка

Говоря о штамповке деталей, изготовленных из листового металла, имеют в виду технологическую операцию, при выполнении которой на заготовку оказывается значительное давление. Под воздействием такого давления заготовка деформируется, приобретает требуемую конфигурацию и размеры.

Использовать такую операцию (правда, в значительно упрощенном виде) начали еще наши далекие предки. Именно при помощи воздействия на металл давлением они изготавливали сельскохозяйственные орудия, оружие, предметы домашнего обихода и различные украшения.

Современный пресс для штамповки кузовных деталей

Активное развитие штамповка как технология производства изделий из листового металла получила в конце XIX века. Именно в тот период (начиная с 1850-х годов) данная технология активно совершенствовалась, а для ее реализации специалисты создали мощное оборудование. Штампованные детали, которые в то время можно было уже производить серийно, отличались достойным качеством и обладали хорошими эксплуатационными характеристиками.

На совершенно новый уровень развития как горячая, так и холодная штамповка вышла уже в начале XX века. Именно благодаря совершенствованию технологии штамповки листового металла стал возможен серийный выпуск автомобилей, для которых с помощью данного метода производились кузовные детали. Начиная с 1930-х годов данную технологию начали активно применять предприятия, работающие в авиа- и судостроительной отрасли, а чуть позже (спустя всего пару десятков лет) при помощи штамповки стали производить детали космических аппаратов.

Высокая популярность, которую штамповка завоевала за относительно долгий период своего развития, объясняется возможностями:

производства изделий различных геометрических форм и размеров, качество и точность изготовления которых позволяют сразу использовать их по прямому назначению;
полной механизации и автоматизации производственных процессов, что достигается, в частности, путем оснащения производства роторно-конвейерным оборудованием для штамповки листового металла;
серийного производства изделий, геометрические параметры которых отличаются особо высокой точностью (такие изделия могут быть легко заменены друг на друга, если в этом возникает необходимость).

Холодная штамповка на гидравлическом прессе

Использование такой технологической операции, как объемная штамповка, позволяет превратить металлический лист в геометрически сложное и небольшое по массе изделие, прочностные характеристики которого находятся на высоком уровне. Применение методов штамповки деталей из листового металла позволяет изготавливать как очень массивные изделия, используемые при производстве машиностроительной продукции, водных и воздушных судов, так и миниатюрные детали для электронных устройств и часовых механизмов.

Горячая и холодная штамповка часто используется в качестве подготовительной операции. Например, по таким технологиям производят детали, которые затем обрабатываются другими методами – сваркой, резкой и др.

Особенности технологии

В качестве исходного сырья для штамповки может выступать металлический лист, стальная полоса или тонкая лента. Наибольшее распространение по целому ряду причин получила холодная листовая штамповка. Технологию горячей штамповки применяют в тех случаях, когда мощности используемого оборудования не хватает для деформирования металла в холодном состоянии или когда обработке необходимо подвергнуть деталь из металла, отличающегося невысокой пластичностью. Как правило, по технологии горячей штамповки выполняют обработку листовых заготовок, толщина которых не превышает 5 мм.

В зависимости от того, что в процессе выполнения штамповки необходимо сделать с листовым металлом, различают разделительные и формоизменяющие технологические операции. В результате выполнения первых от заготовки отделяется часть металла, что может происходить по прямым или кривым линиям, а также по определенному контуру. Отделение металла в таких случаях происходит из-за сдвига его частей относительно друг друга.

Существует целый ряд разделительных штамповочных операций, для выполнения которых используется пресс, оснащенный специальным инструментом.

В процессе резки части металлической детали отделяются друг от друга по прямой или фигурной линии. Пресс, при помощи которого выполняется такая операция, правильнее называть ножницами, которые могут быть дисковыми, вибрационными или гильотинными. При помощи резки получают готовые к дальнейшей эксплуатации изделия или формируют заготовки для их дальнейшей обработки другими методами.

Схемы резки листового металла ножницами

Эта операция используется для того, чтобы сформировать в листовой заготовке отверстия различной конфигурации.

В процессе пробивки часть материала удаляется в отход

При помощи вырубки из металлической детали формируют готовое изделие с замкнутым контуром.

Пример детали, изготовляемой из полосы вырубкой

Формоизменяющие штамповочные операции в полном соответствии со своим названием используются для того, чтобы без механического разрушения изменить форму листовой металлической заготовки, а также ее размеры.

Это технологическая операция штамповки листового металла, в результате выполнения которой вокруг отверстий в металлической заготовке, а также по ее контуру формируются бортики требуемых размеров и формы. Чаще всего отбортовке подвергают концы труб, на которых впоследствии планируется фиксировать фланцы.

Схема отбортовки детали вокруг заранее пробитого отверстия

Это по-настоящему объемная штамповка, целью которой является получение из плоского металлического листа полых пространственных изделий. При помощи такой технологической операции можно изготавливать предметы коробчатой, полусферической, цилиндрической, конической и других форм.

Инструментальные способы вытяжки

Данная операция выполняется при помощи матрицы конического типа. Целью обжима является сужение торцов полых деталей, изготовленных из листового металла.

При обжиме конец заготовки вталкивается в воронкообразное отверстие матрицы

При помощи такой технологической операции штамповки заготовкам из листового металла придают требуемый изгиб.

Гибка позволяет получать детали разнообразных форм, в зависимости от которых различают типы гибки

Это такое изменение формы и размеров локальных участков заготовки, при котором внешний контур изделия остается неизменным.

Обработке по технологии холодной штамповки могут подвергаться не только листы из углеродистых и легированных сталей, но также детали из меди, алюминия и их сплавов. Более того, используя пресс и соответствующие штампы листовой штамповки, можно выполнять обработку таких материалов, как кожа, картон, резина, полимерные сплавы.

Производственный цех, в котором ведется процесс листовой штамповки

Следует иметь в виду, что выполнение холодной штамповки листового металла сопровождается увеличением его прочностных показателей.

Выбирая пресс для выполнения такой технологической операции, а также занимаясь проектированием штампов листовой штамповки, следует учитывать целый ряд параметров исходного сырья. Только так можно обеспечить высокое качество готовых изделий. К таким параметрам, в частности, относятся:

электрическая и магнитная проводимость материала, который будет подвергаться обработке;
твердость и механическая прочность металла;
масса заготовки;
ударная вязкость, которой обладает обрабатываемый металл;
теплопроводность металла, а также его теплостойкость;
степень устойчивости металла к коррозии и его износостойкость, что будет оказывать влияние на долговечность, которой будет обладать штампованный лист.

Оборудование, инструменты и приспособления

Для штамповки деталей, изготовленных из листового металла, необходимы пресс и сам рабочий орган такого оборудования – штамп. В свою очередь рабочими органами штампа, элементы конструкции которого изготавливаются из инструментальных сталей, являются матрица и пуансон. Деформирование обрабатываемого листа как раз и осуществляется матрицей и пуансоном, а происходит это в тот момент, когда они сближаются друг с другом.

В процессе обработки двигается только верхняя часть штампа, которая фиксируется на ползуне пресса. Нижняя часть рабочего инструмента, являющаяся неподвижной, устанавливается на рабочем столе оборудования. В отдельных случаях, когда штамповке подвергают не листовую сталь, а более мягкий материал, рабочие элементы штампа могут изготавливаться из древесины или полимерных сплавов.

Штамповая оснастка для вырубки

Когда методом штамповки необходимо изготовить крупногабаритную единичную деталь, нередко используют не пресс, а несложное приспособление, состоящее из бетонной или чугунной матрицы и контейнера, наполненного жидкостью, в качестве которой выступает вода. Обрабатываемый металлический лист укладывают на матрицу, а жидкий пуансон располагают над ним.

Чтобы создать в жидкости давление, которое деформирует лист металла по форме матрицы, в ней подрывают пороховой заряд или создают электрический разряд требуемой мощности. Для выполнения такой технологической операции, как резка, используют не пресс, как уже говорилось выше, а ножницы, отдавая предпочтение моделям вибрационного типа.

Классификация прессовых машин по кинематической схеме

Собираясь выполнить штамповку изделия из листового металла, следует уделить особое внимание выбору пресса. Чаще всего в качестве такого оборудования выбирают устройства кривошипного типа, которые могут быть оснащены одним, двумя или четырьмя кривошипными механизмами. Принцип работы этого устройства достаточно прост и заключается в следующем.

Приводной электродвигатель передает движение на кривошипный вал через кинематическую цепочку, состоящую из клиноременной передачи и фрикционной муфты.
Чтобы сообщить движение ползуну кривошипного механизма, используется шатун, длина которого может регулироваться.
Чтобы запустить рабочий ход пресса, используют ножную педаль.

Штамповочное оборудование, которое применяется для изготовления изделий сложной конфигурации, может быть оснащено не одним, а несколькими ползунами.

Листовая штамповка как технология серийного изготовления деталей

Листовая штамповка в наши дни активно используется для производства широкой номенклатуры изделий многими промышленными отраслями, имеющими отношение к процессу обработки металла.

Листовая штамповка – общие сведения об операции

Штамповка деталей из листового металла — под таким процессом понимают производство готовой продукции, разнообразных деталей и полуфабрикатов из металлов методом деформирования исходного сырья под давлением.

Подобную технологию знали еще наши далекие предки, которые посредством элементарного штампования изготавливали оружие, всевозможные украшения и предметы для домашнего обихода.

С 1850-х годов описываемый вид обработки начали модернизировать и технически совершенствовать, что позволило серийно производить штампованием разнообразные изделия массового спроса. Причем готовая штампованная продукция отличалась довольно-таки высоким качеством и превосходными эксплуатационными характеристиками.

С приходом 20 столетия листовая штамповка изделий из металла вышла на совершенно новый производственный и технический уровень. Благодаря ей начала развиваться сфера производства автомобилей (из штампованного материала делали кузова транспортных средств и многие другие детали). В 1930-х годах штампование взяли на вооружение судо- и авиастроительные предприятия, а через пару десятков лет она стала незаменимой для нужд ракетостроения.

Конструкции из штампованного металла характеризуются рядом особых свойств, что, в принципе, и обусловило популярность рассматриваемой технологии. К ее достоинствам относят следующие возможности:

механизация и автоматизация производственных процессов, которые достигаются посредством внедрения мощных роторно-конвейерных линий оборудования;
изготовление любых по геометрическим параметрам и формам готовых к применению изделий и разнообразных полуфабрикатов;
производство высокоточных по размерам деталей, которые взаимозаменяют друг друга без необходимости их дополнительной обработке при помощи режущего инструмента и оборудования.

Кроме того, горячая и холодная штамповка гарантирует получение сравнительно «скромных» по массе металлических изделий с рациональными формами и высокими прочностными параметрами. Операции листовой штамповки позволяют производить как массивные заготовки для судо-, машино- и автостроительных предприятий, так и тонкостенные, буквально филигранные детали (например, тонкие стрелки для часов).

Нельзя не отметить отдельно также высокую производительность операции листовой штамповки и возможность получения при ее использовании совместно со сварочными мероприятиями любых по размерам узлов неразъемного типа, без коих не могут обойтись такие производственные отрасли, как судо- и вагоностроение.

Технология и особенности листовой штамповки металла

Исходным сырьем для технологической операции выступают стальные полосы, тонкие ленты или листовой металл. По виду их обработки штамповка бывает двух видов: холодной; горячей. В большинстве случаев используется холодная штамповка. В тех случаях, когда мощность и производительность штамповочного оборудования является низкой, а также при небольшой пластичности заготовки рекомендована горячая штамповка. Обычно в горячем виде обрабатывают материал толщиной не более пяти миллиметров.

Технологический процесс штампования принято делить на такие операции: разделительные; формоизменяющие. Разделительные необходимы для разделения деформируемого участка изделия из металла по определенному контуру в процессе сдвига материала. К данным операциям относят:

Резку: отделение по прямой либо кривой линии части заготовки (процесс выполняется последовательно). Резка производится гильотинными, дисковыми, вибрационными и другими видами ножниц при необходимости раскроя на полосы требуемых размеров металлических листов, а также при изготовлении готовых к эксплуатации изделий.
Пробивку. Она используется тогда, когда в заготовке нужно получить разные по форме отверстия.
Вырубку. Эта операция позволяет создать деталь, имеющую контур замкнутого вида.

А вот формоизменяющие операции осуществляются для модификации (без явления разрушения) геометрических размеров и конфигурации обрабатываемой детали. К ним причисляют:

Отбортовку: создание вокруг отверстий и по контуру (наружному) изделия бортиков заданных размеров. Отбортовка, как правило, производится на концах трубных конструкций, к которым впоследствии планируется прикреплять фланцы.
Вытяжку: получение пространственных полых изделий (полусферических, конических, цилиндрических, коробчатых и так далее) из исходных заготовок плоского вида.
Обжим: сужение при помощи конической матрицы торцов полых и объемных деталей из металла.
Гибку: придание изогнутой конфигурации плоским деталям.
Формовку: наружный контур заготовки остается неизменным, а вот локальная ее форма изменяется по заданным параметрам.

Холодная штамповка подразумевает применение медных и алюминиевых сплавов (а также чисто медных и алюминиевых листов), легированной и углеродистой стали. Нередко используются и материалы из группы неметаллов – пластмасса, кожа, плотный картон и другие.

Важным представляется то, что холодная обработка металла обеспечивает достаточно высокое качество поверхности полученных полуфабрикатов либо готовых деталей. Их чистота может в отдельных случаях достигать 8 класса. Хотя обычно таких требований к штампованному прокату потребители не предъявляют, их вполне устраивает чистота поверхностей на уровне 2–6 классов.

Заметим, что холодная штамповка листовых материалов увеличивает показатель удельной прочности готовых деталей, что отличает ее в лучшую сторону от стандартного металлического проката. Но при штамповании очень важно изучить и учесть все особенности материала, который используется для получения того или иного изделия. Для того чтобы холодная штамповка прошла качественно, необходимо принять во внимание следующие характеристики исходного сырья:

магнитную и электрическую проводимость;
твердость, механическую прочность;
массу;
ударную вязкость;
теплостойкость и теплопроводность;
долговечность, возможность противостоять коррозии и эксплуатационному износу.

Оборудование и приспособления для выполнения операций

Листовая штамповка производится в специальных штампах, сделанных из инструментальных сталей. Они в большинстве случаев имеют подвижную и неподвижную части, в которых монтируется пуансон и матрица (рабочие компоненты штампа). При сближении указанных частей происходит деформирование листового материала. Используя специальный пресс, выполняют крепление неподвижной и подвижной части. Вторая фиксируется в исполнительном устройстве, а первая – на столе, коим располагает пресс.

Как было сказано, штампы (а точнее их рабочие элементы) делают из дорогостоящих инструментальных сплавов. Но в тех случаях, когда выполняется штамповка мягких металлов (например, меди или алюминия), на материале штампа можно сэкономить, используя древесину, спрессованную в плотные валки, или пластмассу.

Также снизить расходы на штамповку крупных по размерам изделий, которые изготавливаются мелкими партиями, можно путем изготовления матрицы из бетона либо чугуна. При этом в качестве второй части штампа (пуансона) используют контейнер с водой. Его размещают над обрабатываемым изделием на матрице. Затем в воде путем подрыва заряда пороха (или воздействия электрическим разрядом) формируют требуемое давление, которое и деформирует лист металла по заданной матрицей форме.

Главное оборудование для штамповки – это пресс и ножницы. При помощи ножниц выполняют раскрой материала. Сейчас чаще всего используются вибрационные ножницы, характеризуемые легкостью эксплуатации и достаточной функциональностью. А вот пресс для штампования выбирают в зависимости от того, какие операции осуществляются. Как правило, используется кривошипный пресс, который бывает четырех-, двух- и однокривошипным. Работает он по достаточно простому принципу:

двигатель, используя клиноременную передачу, передает через муфту на кривошипный вал необходимое движение;
регулируемый по длине шатун передает движение далее (на ползун кривошипного устройства);
на рабочий ход пресс запускается через муфту педалью.

Для обработки простых деталей применяются несложные по конструкции устройства. А вот для штамповки по-настоящему сложных изделий используют пресс особого типа, который снабжается несколькими ползунами.

Штамповка металла – технология, разновидности, оборудование, ГОСТ

Штамповка как технологический процесс обработки заготовок, изготовленных из металла, позволяет получить готовые изделия плоского или объемного типа, отличающиеся как своей формой, так и размерами. В качестве рабочего инструмента при выполнении штамповки может выступать штамп, закрепленный на прессе или оборудовании другого типа. В зависимости от условий выполнения штамповка металла бывает горячая и холодная. Эти два вида данной технологии предполагают использование различного оборудования и соблюдение определенных технологических норм.

Штамповка – пластическая деформация металла, изменяющая форму или размеры материала

Ознакомиться с требованиями ГОСТ к обработке металла штампованием можно, скачав документ в формате pdf по ссылке ниже.

Кроме разделения на горячую и холодную, штамповка изделий из металла подразделяется и на ряд других категорий в зависимости от ее назначения и технологических условий. Так, операции штамповки, в результате которых происходит отделение части металлической заготовки, называются разделительными. Сюда, в частности, относятся резка, рубка и пробивка деталей из металла.

Другой категорией таких операций, в результате которых штампуемый лист металла изменяет свою форму, являются формоизменяющие штамповочные операции, часто называемые формовкой. В результате их выполнения детали из металла могут подвергаться вытяжке, холодному выдавливанию, гибке и другим процедурам по обработке.

Схемы и разновидности выдавливания (прессования)

Как уже отмечалось выше, существуют такие виды штамповки, как холодная и горячая, которые, хотя и реализуются по одному принципу, предполагающему деформирование металла, имеют ряд значимых отличий. Штамповку деталей, предполагающую их предварительный нагрев до определенной температуры, применяют преимущественно на крупных производственных предприятиях.

Это связано прежде всего с достаточно высокой сложностью такой технологической операции, для качественного выполнения которой необходимо сделать предварительный расчет и точно соблюсти степень нагрева обрабатываемой заготовки. С помощью штамповки, выполняемой по горячей технологии, из листового металла различной толщины получают такие ответственные детали, как днища котлов и другие изделия в форме полусфер, корпусные и другие элементы, используемые в судостроении.

Характеристики и виды деталей, производимых на горячештамповочных прессах

Для нагрева деталей из металла перед их горячей штамповкой используется нагревательное оборудование, которое в состоянии обеспечить точный температурный режим. В этой функции, в частности, могут использоваться электрические, плазменные и другие нагревательные устройства. Перед началом выполнения горячей штамповки необходимо не только рассчитать нормы нагрева обрабатываемых деталей, но и разработать точный и подробный чертеж готового изделия, в котором будет учтена усадка остывающего металла.

При выполнении холодной штамповки металлических деталей процесс формирования готового изделия протекает только за счет давления, оказываемого рабочими элементами пресса на заготовку. За счет того, что заготовки при штамповке по холодной технологии предварительно не нагреваются, они не подвержены усадке. Это позволяет изготавливать изделия законченного вида, которые не требуют дальнейшей механической доработки. Именно поэтому данная технология считается не только более удобным, но и экономически выгодным вариантом обработки.

Методом холодной штамповки обрабатывают листовой металл толщиной до 10 мм

Если квалифицированно подойти к вопросам проектирования размеров и формы заготовок и к последующему раскрою материала, то можно значительно уменьшить его расход, что особенно актуально для предприятий, выпускающих свою продукцию крупными сериями. В качестве материала, заготовки из которого успешно подвергаются штамповке, может выступать не только углеродистые или легированные стали, но также алюминиевый и медный сплавы. Более того, оснащенный соответствующим образом штамповочный пресс успешно используется для обработки заготовок из таких материалов, как резина, кожа, картон, полимерные сплавы.

Разделительное штампование, целью которого является отделение от обрабатываемой заготовки части металла, – это очень распространенная технологическая операция, используемая практически на каждом производственном предприятии. К таким операциям, которые выполняются посредством специального инструмента, установленного на штамповочный пресс, относятся резка, вырубка и пробивка.

На этом прессе установлены специальные плунжеры для пробивки отверстий в заготовке

В процессе резки металлические детали разделяются на отдельные части, причем такое разделение может осуществляться по прямой или кривой линии реза. Для выполнения резки могут использоваться различные устройства: дисковые и вибрационные станки, гильотинные ножницы и др. Резку чаще всего используют для того, чтобы раскроить металлические заготовки для их дальнейшей обработки.

Вырубка – это технологическая операция, в процессе которой из металлического листа получают детали, имеющие замкнутый контур. При помощи пробивки в заготовках из листового металла делают отверстия различной конфигурации. Каждая из таких технологических операций должна быть тщательно спланирована и подготовлена, чтобы в результате ее выполнения получилось качественное готовое изделие. В частности, должны быть точно рассчитаны геометрические параметры используемого инструмента.

Перфорированный металлический лист получается в результате вырубки отверстий на координатно-пробивном прессе

Технологическими операциями штамповки, в процессе которых осуществляется изменение начальной конфигурации металлических деталей, являются формовка, гибка, вытяжка, отбортовка и обжим. Гибка – это наиболее распространенная формоизменяющая операция, в процессе которой на поверхности металлической заготовки формируются участки с изгибом.

Вытяжка – это объемная штамповка, целью выполнения которой является получение из плоской металлической детали объемного изделия. Именно при помощи вытяжки металлический лист превращается в изделия цилиндрической, конической, полусферической или коробчатой конфигурации.

По контуру изделий из листового металла, а также вокруг отверстий, которые в них выполнены, часто необходимо сформировать бортик. С этой задачей успешно справляется отбортовка. Такой обработке, выполняемой посредством специального инструмента, подвергают и концы труб, на которые необходимо установить фланцы.

Отбортовка может выполнятся различными способами

При помощи обжима, в отличие от отбортовки, концы труб или края полостей в заготовках из листового металла не расширяют, а сужают. При выполнении такой операции, осуществляемой при помощи специальной конической матрицы, происходит наружное обжатие листового металла. Формовка, которая также является одной из разновидностей штамповки, предполагает изменение формы отдельных элементов штампованной детали, при этом наружный контур детали остается неизменным.

Объемная штамповка, которая может выполняться по различным технологиям, требует не только тщательных предварительных расчетов и разработки сложных чертежей, но и использования специально изготовленного оборудования, поэтому реализовать такую технологию в домашних условиях проблематично.

Инструменты и оборудование

Даже обработка мягких металлов, в частности штамповка алюминия, требует применения специального оборудования, в качестве которого могут выступать гильотинные ножницы, кривошипный или гидравлический пресс. Кроме того, необходимо умение производить расчеты расхода материала и разрабатывать технические чертежи. При этом следует учитывать требования, которые содержит соответствующий ГОСТ.

Штамповку, для выполнения которой не требуется предварительный нагрев обрабатываемой заготовки, выполняют преимущественно на гидравлических прессах, производство которых регулирует ГОСТ. Разнообразие серийных моделей этого оборудования позволяет подбирать станок для производства изделий различных конфигураций и габаритных размеров.

В мелком производстве часто используют эластичный метод штамповки, когда шаблон является металлическим элементом, а матрица – резиновым или пластиковым

Выбирая пресс для выполнения штамповки, в первую очередь следует ориентироваться задачи, для решения которых он необходим. Например, для выполнения таких технологических операций, как вырубка или пробивка, используют штамповочное оборудование простого действия, ползун и шайбы которого в процессе обработки совершают небольшой ход. Для того чтобы выполнить вытяжку, требуется оборудование двойного действия, ползун и шайбы которого в процессе обработки совершают значительно больший ход.

Кривошипный пресс КД-238 относится к категории простого оборудования. Предназначен для холодной штамповки: гибки, пробивки, вырубки и неглубокой вытяжки

По своей конструкции, как указывает ГОСТ, оборудование для выполнения штамповки делится на несколько типов, а именно:

однокривошипное;
двухкривошипное;
четырехкривошипное.

клиноременная передача;
пусковая муфта;
шайбы;
кривошипный вал;
шатун, при помощи которого можно регулировать величину рабочего хода ползуна.

Схема гидравлического пресса

Для запуска ползуна, который совершает возвратно-поступательное движение по направлению к рабочему столу пресса, используется ножная пресс-педаль, напрямую связанная с пусковой муфтой.

Несколько другим принципом работы отличается четырехшатунный пресс, рабочие органы которого создают усилие с центром, приходящимся на середину четырехугольника, образуемого четырьмя шатунами. Благодаря тому, что усилие, создаваемое таким прессом, приходится не на центр ползуна, это устройство успешно используется для того, чтобы изготавливать изделия даже очень сложной конфигурации. Прессы данной категории, в частности, применяют для того, чтобы изготовить асимметричные изделия, отличающиеся значительными габаритами.

Промышленные четырехшатунные прессы могут развивать усилие в сотни тонн

Чтобы изготовить изделия более сложной конфигурации, используют прессовое оборудование пневматического типа, конструктивная особенность которого заключается в том, что оно может быть оснащено двумя или даже тремя ползунами. В прессе двойного действия применяются одновременно два ползуна, один из которых (внешний) обеспечивает фиксацию заготовки, а второй (внутренний) выполняет вытяжку поверхности обрабатываемого металлического листа. Первым в работе такого пресса, конструктивные параметры которого также регламентирует ГОСТ, участвует внешний ползун, фиксирующий заготовку при достижении самой нижней точки. После того как внутренний ползун выполнит свою работу по вытяжке листового металла, внешний рабочий орган поднимается и освобождает заготовку.

Для штамповки тонколистового металла используются преимущественно специальные фрикционные прессы, технические параметры которых также устанавливает ГОСТ. Чтобы обрабатывать более толстый листовой металл, лучше всего применять гидравлическое штамповочное оборудование, которое оснащено более надежными шайбами и другими конструктивными элементами.

Штамповка металла любой толщины должна производится с высокой точностью

Отдельную категорию составляет оборудование, при помощи которого выполняется штамповка взрывом. На таких устройствах, в которых энергия управляемого взрыва преобразуется в усилие, оказываемое на металл, обработке подвергают металлические заготовки значительной толщины. Работа такого оборудования, считающегося инновационным, даже на видео выглядит очень эффектно.

Чтобы получаемый сгиб и общая конфигурация готового изделия из металла отличались высоким качеством, в последнее время стали активно использовать прессы, оснащенные встроенными вибрационными ножницами. Использование такого оборудования с более короткими ножками позволяет изготавливать изделия практически любой конфигурации.

Таким образом, выполнение штамповки листового металла требует наличия не только специализированного оборудования, но и соответствующих навыков и знаний, поэтому реализовать такую технологию в домашних условиях достаточно сложно.

Шабрение (шабровка) металла – точное выравнивание поверхности

Шабрение, которое также называется шабрование или шабровка, — это технологическая операция, позволяющая выполнять обработку поверхностей металлических деталей с высокой степенью точности и качества. Совершенно не случайно специалисты считают такую операцию одной из самых сложных и трудоемких, так как она практически не поддается механизации, а ее выполнение требует от исполнителя соответствующих навыков и достаточного опыта работы.

Шабрение стальной пластины

Особенности операции и инструменты

Шабрение поверхностей — это финишная слесарная операция, смысл которой состоит в том, чтобы используя специальный инструмент, называемый шабер, соскоблить с детали тонкий слой материала. Толщина материала варьируется в интервале 0,005–0,07 мм. При помощи такой операции преимущественно обрабатываются изделия из металла, достаточно редко — детали из пластика и древесины.

Так как шабрение является финишной операцией, ее используют для выполнения обработки деталей, поверхность которых уже имеет невысокую степень шероховатости.

Такой технологический процесс просто идеально подходит для обработки частей, которые в дальнейшем будут сопрягаться и перемещаться относительно друг друга. В подобных подвижных соединениях, сформированных из деталей с идеально обработанными плоскостями, надежно удерживается смазочный материал, и обеспечено плотное прилегание элементов, что является необходимым условием точного функционирования узла. Используя операцию шабрения, выполняют обработку:

деталей приборов различного назначения;
элементов подшипников скольжения;
наружной части измерительных инструментов и контрольных приспособлений: поверочных плит, линеек, угольников и др.;
направляющих элементов различных станков: токарного, сверлильного и др.;
плоских и криволинейных поверхностей любого другого назначения, к которым предъявляются повышенные требования по степени их шероховатости и точности взаимного расположения.

Шабровка деталей токарного станка

Процесс шабрения, как уже говорилось выше, практически не поддается механизации. Выполняют такую технологическую операцию при помощи ручного инструмента, который называется шабером. На сегодняшний день используются следующие виды инструментов для выполнения шабрения:

классифицирующиеся по конфигурации своей режущей части на плоские, фасонные и трехгранные;
подразделяющиеся по своей конструкции на цельные и составные;
одно- и двухсторонние инструменты, отличающиеся количеством режущих частей.

Конструкции шаберов: а — односторонний плоский, б — с загнутым концом, в — двусторонний плоский; г — многогранные; д — углы заточки

При производстве инструментов, предназначенных для выполнения шабрения, в качестве основного материала используется инструментальная сталь. В тех случаях, когда инструмент имеет составную конструкцию, его рабочая часть может быть оснащена твердосплавными пластинами или режущими элементами, изготовленными из быстрорежущей стали.

Державка шаберной пластины

На геометрические параметры инструментов, при помощи которых выполняется шабровка, оказывает влияние ряд параметров:

материал изготовления детали, которую предстоит обрабатывать;
угол, под которым инструмент располагается по отношению к поверхности детали;
характеристики поверхности, необходимые для получения в процессе выполнения обработки.

Шабрение плоских поверхностей преимущественно выполняется при помощи одно- и двухстороннего инструмента, режущая часть которого может иметь прямолинейную или криволинейную конфигурацию. В зависимости от типа обработки, торцевой участок инструмента затачивается под различным углом по отношению к его оси:

при выполнении черновой обработки — 75–90°;
для выполнения обработки отделочного типа — 90–100°;
шаберы для выполнения финишной чистовой обработки — 90°.

На параметры данного угла оказывает влияние и твердость металла, поверхность которого необходимо подвергнуть обработке. Так, шабрение деталей, изготовленных из мягких материалов, производится инструментом, торцевая часть которого заточена под углом 35–40 градусов по отношению к оси инструмента, изделий из стали — 75–90 градусов, из бронзы и чугуна — 90–10°градусов.

Важными параметрами инструмента, при помощи которого выполняется шабровка, являются длина режущей кромки инструмента и радиус ее закругления.

На величину таких параметров основное влияние также оказывает твердость обрабатываемого металла и тип обработки. Те, кто профессионально занимается слесарным делом, наверняка знают, что более твердые металлы обрабатываются инструментом с узкой рабочей частью и минимальным радиусом закругления режущей кромки. В зависимости от типа обработки и требований, предъявляемых к степени шероховатости обрабатываемой детали, ширина режущей кромки шабера выбирается в следующих пределах:

черновая обработка — 20–30 мм;
чистовое шабрение — 15–20 мм;
отделочная обработка — 5–12 мм.

Ручная доводка шабера

Шабрение криволинейных поверхностей

Шабрение плоских деталей

Операция шабрения поверхностей деталей, имеющих плоскую форму — наиболее распространенная технологическая операция, алгоритм выполнения которой уже хорошо отработан на протяжении нескольких десятилетий. Таким способом, в частности, выполняют обработку элементов станины, направляющих токарного и станков любого другого типа.

Инструмент, при помощи которого выполняется операция шабрения, может перемещаться вручную «на себя» или «от себя». Практически все специалисты слесарного дела подтверждают, что более производительным шабрение получается в том случае, если инструмент двигается «на себя». Очень важным моментом для выполнения качественной обработки является правильная подготовка поверхности, которая ей будет подвергаться.

Неотъемлемым элементом данного технологического процесса является краска, необходимая для более качественного выполнения шабрения. Такая краска, представляющая собой смесь машинного масла с суриком, лазурью или синькой, изначально наносится на поверочную плиту, с которой затем посредством круговых движений переносится на поверхность обрабатываемой детали. При помощи нанесенной таким образом краски специалист выявляет на поверхности детали наиболее выступающие участки, подлежащие шабрению в первую очередь.

Подготовка к шабрению

Алгоритм, по которому выполняется шабрение с движением шабера «на себя», выглядит следующим образом:

деталь, которую предстоит обрабатывать, фиксируют в тисках;
шабер берут обеими руками в средней его части и подводят его режущую часть к поверхности детали, следя за тем, чтобы угол наклона по отношению к поверхности изделия составлял порядка 80°;
режущая кромка инструмента, при помощи которой будет выполняться операция шабрения, подводится к границе окрашенного пятна, затем оно соскабливается;
выполняется непосредственно шабрение, сначала черновое или предварительное, а затем — чистовое.

Последовательность шабрения методом «трех плит»

Естественно, габаритные элементы токарного или любого другого станка, которые не представляется возможным снять и зафиксировать в тисках, обрабатываются по месту. При выполнении шабрения, как и любых других слесарных работ, следует строго придерживаться требований техники безопасности.

Контроль качества выполненного шабрения осуществляется при помощи специальной рамки с прозрачным окошком, размеры которого составляют 25 на 25 мм. В таком окошке, если операция шабрения выполнена качественно, должно явно просчитываться 12–16 пятен краски, распределенных равномерно по всей его площади. Техника выполнения такого контроля выглядит следующим образом:

рамку с окошком помещают на поверхность обработанной детали;
считают количество пятен краски на площади поверхности, ограниченной окошком рамки;
данную процедуру повторяют в нескольких местах поверхности детали;
высчитывают среднее арифметическое количества пятен краски в окошке и сравнивают его с нормативным показателем — 12–16 пятен.

Поверка плоскостей с помощью цифрового штангенциркуля

Такое приспособление, как рамка с окошком, не подходит для проверки качества обработки криволинейных поверхностей. Поэтому для таких целей используют гибкую полимерную пленку, на которую нанесена сетка с размерами 25 на 25 мм. Удобство использования такой пленки состоит в том, что ей можно с легкостью придать ту конфигурацию, которую имеет поверхность обработанной детали. Удовлетворительно проведенной обработка считается в том случае, если на 75-ти участках поверхности детали количество пятен краски в окошке соответствует нормативному значению.

После операции шабрения, как правило, проводится процедура притирки, которая позволяет выровнять обрабатываемую поверхность с точностью до 0,0001 мм. Выполняется этот процесс не только при помощи инструмента различного вида, но и с применением абразивных материалов: порошков и паст.

Технологические операции по финишной обработке поверхности деталей после шабрения, о которых говорилось выше, несмотря на свою сложность и массу нюансов по их выполнению, могут быть достаточно успешно и быстро освоены по обучающим видео роликам, размещающимся на просторах сети интернет.

Читайте также: