Плюсы и минусы штамповки металла

Обновлено: 04.10.2024

Особенностью метода заключается в деформации заготовки после нагревания ее до определенной температуры. Формообразование происходит в результате принудительного перераспределения разогретого металла по выемкам внутренней поверхности штампа.

Особенности горячего штампования

Процесс основан на использовании пластичности металла, которая увеличивается при нагревании. Перед началом формовки болванки равномерно прогреваются на специальных установках с автоматическим управлением. Они обеспечивают поддержание необходимой температуры по всему объему заготовок и исключают образование оксидных пленок.

Оборудование, применяемое для термообработки:

Электроконтактные установки. Нагрев осуществляется электрическим током, проходящим по заготовке.
Индукционные системы. Прогревание болванки происходит за счет вихревых токов, возникающих в поверхностном слое болванки.
Газовые печи. Температура заготовок повышается в изолированной камере, наполненной инертным газом.

Горячая объемная штамповка металла проводится обученным персоналом, обладающим практическими навыками и опытом работы на данном виде производства.

Данным способом производят два вида деталей:

Удлиненные. Это могут быть: рычаги, валы, воротки и другие. Работа проводится плашмя и завершается фасонированием в заготовительных вальцах ковки.
Дисковые. В их число входят: кольца, диски, шестерни, крышки. В данном случае применяется метод осадки в торец заготовки с применением штамповочных переходов.

Закрытый способ

Для получения изделий необходимой формы используются прессы с выступом наверху и пустотами внизу. Между неподвижной и подвижной частями имеется минимальный зазор. Полости для разъема располагаются по отношению друг к другу под углом 90°. Метод используется, в тех случаях, когда размеры готового изделия и поковки совпадают по параметрам.

Открытый способ

В данном случае между рабочими деталями имеется больший зазор для стекания лишнего металла. Для удаления облоя используются обрезные и пробивные штампы и кривошипные прессы. Технология может применяться для штамповки изделий любого размера. Безупречная поверхность, однородная структура и экономия металла – преимущества открытого способа.

Штамповочные ручьи

Создание сложных форм с перепадами толщин и высот, выступами и изгибами осуществляется благодаря поверхностям, имеющим специальные впадины, заготовительные и штамповочные ручьи.

Они бывают нескольких видов:

Протяжные. Применяются для увеличения длины отдельных участков путем нанесения частых ударов с одновременным кантованием детали.
Заготовительные. Необходимы для фасонирования заготовки и придания готовому изделию формы с минимальным отходом металла.
Пережимные. Используются для уменьшения высоты с одновременным увеличением ширины отдельного участка заготовки.
Подкатные. Обеспечивают равномерное распределение металла по оси заготовки с увеличением диаметра отдельных частей.
Гибочные. Применяются для формирования поковки, угол изгиба которой составляет 90°.

Окончательное необходимое формоизменение детали происходит в штамповочных ручьях. Они бывают:

Черновые. Для приближения размеров заготовки к требуемым габаритам детали и снижения износа чистового ручья.
Чистовые. Они устанавливаются в середине штампа, и используется окончательной формовки изделий. При его изготовлении учитываются припуски на усадку. Выдавливаемый металл оттекает через облойную канавку.

Дополнительные операции

На заключительном этапе после удаления лишнего материала в чистовом ручье проводится коррекция формы детали. Это требуется для правки ее искривленных осей. Изделия из легированных сталей и больших размеров обрабатываются в горячем состоянии. Продукция мелкого калибра корректируется после термообработки и остывания.

Доведение физических свойств до необходимых значений происходит во время заключительного нагревания. Термообработка снимает остаточное напряжение, уменьшает зернистость и повышает пластичность.

Очистка от окалины проводится механической обработкой. Процедура для крупных изделий проходит в дробеструйных комплексах. Мелкие детали очищаются в галтовочных барабанах.

Для снижения шероховатости и получения точных размеров применяется калибровка продукции. После нее не требуется проводить финишную обработку, достаточно отшлифовать полученные детали. Для работы применяются специальные штампы с особо точными ручьями, повторяющими конфигурацию поковки.

Преимущества и недостатки горячей штамповки

Экономия металла за счет снижения потерь.
Возможность изготовления деталей сложных форм.
Снижение трудоемкости.
Получение изделий точной формы и конфигурации.
Высокий уровень производительности.

К минусам метода относятся:

Высокая стоимость проектирования и изготовления оснастки.
Сложность и энергоемкость процесса.
Максимальный вес не превышает 4 тонны.

Горячий метод используется для выпуска больших серий и в случаях, когда сложность форм и толщина изделий не позволяет провести штампование холодным способом.

Инструменты и оборудование

Основные виды кузнечно-штамповочного оборудования:

Ножницы – сортовые, комбинированные (для резки различных профилей проката) или листовые. Используют принцип хорошо известной гильотины, когда за счёт разницы в угле наклона подвижного ножа последовательно осуществляется разделение металла. Исполнительный механизм ножниц – кривошипного типа.
Паровоздушные, пневматические и гидравлические штамповочные молоты, энергоносителем в которых выступают соответственно пар, сжатый воздух или жидкость высокого давления. Являются оборудованием ударного действия, деформируют металл не усилием нажатия, а энергией, воздействующей на поковку.
Кривошипные прессы, подразделяющиеся на оборудование для горячей штамповки (КГШП), универсальные прессы для листовой штамповки и гидравлические прессы. Формоизменение происходит за счёт усилия, развиваемого исполнительным механизмом.
Ротационные машины, инструмент которых совершает вращательное движение – вальцы, дисковые ножницы. Этот вид оборудования деформирует металл крутящим моментом.
Винтовые машины с механическим, электромеханическим или гидромеханическим приводом. Их энергетические характеристики являются промежуточными между прессами и молотами.
Гидро- и газостаты – машины, развивающие чрезвычайно высокие статические давления, которые достаточны для компактирования металлических порошков.

Технология штамповки подразумевает применение специализированного инструмента – штампов. Их различают:

По числу позиций: одно- и многопозиционные;
Временем выполнения переходов штамповки: штампы последовательного, совмещённого и последовательно-параллельного действия;
По относительному расположению; на вертикальные и горизонтальные;
Конструкцией направляющих и фиксирующих узлов;
По степени точности – обычные или прецизионные.

Штампы прессов-автоматов обычно именуют комплектом деформирующего инструмента. Для некоторых разновидностей штамповки (например, для взрывной или электромагнитной формовки) штампы как инструмент отсутствуют.

В современных конструкциях штампов обязательно предусматриваются узлы подачи, удаления или перемещения обрабатываемых заготовок.

Холодная штамповка металла

Холодный способ представляет собой технологическую операцию, при которой металлическая заготовка без предварительного нагрева подвергается деформации.

Листовое штампование

Детали данным методом изготовляют прессованием металлических листов, полос или рулонов. Толщина получаемой продукции не превышает 10 мм. Листовая штамповка металла востребована при массовом производстве изделий, абсолютно идентичных по форме и размерам.

Для проведения работ используется два вида прессов:

Универсальные. Они предназначены для вырубки, сгибания и вытяжки.
Специальные. С их помощью осуществляется глубокая вытяжка и специфическое выгибание деталей.

Листовая штамповка металла может проводиться на механизированном оборудовании или на пресс-автоматах.

Заготовки для работ при необходимости нарезаются с помощью механических или гидравлических ножниц. Широкие листы режутся на дисковых инструментах с цилиндрическими ножками. Криволинейный контур выполняется дисковыми или коническими ножницами.

Виды операций, проводимые во время листовой штамповки

Детали изготавливают двумя способами:

Формоизменяющий. К нему относятся: скручивание, прогибание, навивание, обжим, формование, вытягивание, отбортовка. За время прохождения операции материал заготовки не разрушается, меняется только форма и размер.
Разделяющий. В него входят: нарезка, прокалывание, обрезка, пробивка и зачистка. Заготовки в данном случае разделяются во время сдвига по заданному контуру.

Плюсы и минусы метода

К недостаткам холодного листового штампования металла относится высокая стоимость оборудования. Окупаемость процесса происходит быстро только в серийном производстве.

Преимуществами данного метода являются:

Возможность выполнять параллельно несколько операций.
Получение взаимозаменяемых деталей.
Рост производительности и эффективности.
Экономичность массового и серийного производства.
Получение прочных деталей с сохранением их минимальной массы.
Точность размеров и высокое качество поверхности.

Холодное штампование рассчитано на производство изделий массой, не превышающей 1 тонну. Производство изделий большего веса не рекомендуется.

Объемная холодная штамповка

Этот универсальный метод востребован в производстве разнообразных изделий из металла. Существует несколько видов объемного штампования.

Холодное выдавливание

Заготовка помещается в полость, из которой металл выдавливается в отверстия, расположенные в рабочем механизме. Проводится на кривошипных или гидравлических прессах. Различают четыре варианта выдавливания:

прямое;
обратное;
боковое;
комбинированное.

Возможность получения изделий без разрушения и деформации заготовок – плюсы выдавливания.

Высадка

Процесс осуществляется на специальных автоматах. Штамповке подвергается прут или проволока. Они размещаются в рабочую зону и разрезаются на заготовки установленных размеров. Отрезанные части переносятся в штамповочный механизм.

Холодная объемная штамповка металла в открытых штампах

Способ основан на формовании деталей путем заполнения металлом полости штампа. Чтобы облегчить процесс и ослабить сопротивление металлической основы, детали расчленяют на переходы, между которыми они подвергаются отжигу. Благодаря этому повышается пластичность металла, сокращается риск разрушения деталей и увеличивается допустимая степень формоизменения.

Холодное объемное штампование осуществляется в открытых штампах. В условиях холодной деформации закрытая штамповка используются для получения изделий из цветных металлов.

Достоинства и недостатки объемной штамповки

Основным минусом данного метода является быстрое изнашивание штампов. Причиной тому служат значительные механические нагрузки, которые испытывает на себе применяемое оборудование.

Преимущества объемной штамповки:

Получение высококачественных изделий без окалины.
Прочность произведенных деталей и точность размеров за счет отсутствия окисления.
Высокая производительность.
Минимальная шероховатость поверхности изделий.
Возможность полной или частичной автоматизации.
Не нужно нагревать материал.
Эффективность использования металла.

Качество изготовления продукции зависит от правильной сборки и работы штампа.

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.

Классификация основных операций штамповки

Автоматические штамповочные линии

Высокая производительность технологий кузнечно-штамповочного производства предполагает обязательное применение средств механизации и автоматизации. Для этого создаются и используются поточно-механизированные и автоматизированные линии. В состав таких линий входят:

Автоматические стеллажи (преимущественно для разделительного оборудования);
Бункерно-загрузочные устройства для штучных заготовок (используются в нагревательных устройствах и листоштамповочных комплексах);
Подачи – валковые, роликовые, клещевые, клиновые, которые встраиваются в схему работы оборудования;
Перекладчики, которые применяются при многопозиционной горячей или холодной штамповке.

Высшей степенью автоматизации кузнечно-штамповочного производства является применение автоматических линий, управление которыми программируется и осуществляется с централизованного пульта. Часто в составе таких линий функционируют промышленные роботы.

Холодная штамповка. Холодное выдавливание. Холодная высадка. Холодная штамповка в открытых штампах.

Примечания[ | ]

«Библиотека технической литературы», «Изготовление штампов, пресс-форм и приспособлений», § 6. Объемная холодная штамповка
[1]»Объемная холодная формовка»
«МАМИ»»Холодная объемная штамповка»[2]
«мтомд.инфо» «Холодное выдавливание. Штамповка выдавливанием.»
«Библиотека технической литературы», «Холодная высадка»
«Справочник технолога-машиностроителя», «Холодная штамповка» (неопр.)
(недоступная ссылка). Дата обращения: 22 октября 2013. Архивировано 23 октября 2013 года.
«мтомд.инфо», «Формовка. Объемная формовка. Холодная формовка»
«Металлообработка», «Холодная обработка металлов давлением»

Объёмная формовка в закрытых или открытых штампах[ | ]

Объёмная формовка в закрытых или открытых штампах — это процесс формообразования изделий, при котором деталь получают обжатием заготовки в штампе. Это могут быть как открытые, так и закрытые штампы. В открытых излишек металла вытекает в полость, образуя облой, в закрытых формование происходит без образования облоя[7].

Закрытые штампы, ввиду необходимости использования более мощного и дорогостоящего оборудования, а также их меньшей стойкости используют в основном для производства деталей из цветных металлов. При этом способе формовки деталей с малым диаметром и большой высотой во избежание складок деталь поддаётся обработке в несколько заходов[8].

Принцип работы ХИП

Принцип работы изостатического пресса холодного прессования построен так, чтобы осуществлять процесс в непрерывном режиме. Это обеспечивает отсутствие простоя и гарантирует максимальную производительную мощность предприятия. Условно его работы можно поделить на 6 последовательных циклов:

Загрузка заготовки, закупорка герметичного цилиндра, предварительное наполнение через клапан предварительного наполнения и вывод воздушной смеси посредством пропускной способности клапана сброса;
Предварительное нагнетание давления, значением не более 4 МПа;
Постепенное нагнетание большего давления, приближение к требуемому значению;
Декомпрессия избыточного давления, которая осуществляется нерегулируемыми штуцерами;
Откачивание среды давления до величины 1,5-0 Мпа;
Откупорка цилиндра, извлечение заготовки.

Принцип работы ХИП

Литература[ | ]

«Холодная объемная штамповка. Справочник» под редакцией Навроцкого Г. А., Машиностроение, 1973.
«Высадка и другие методы объемной штамповки» Биллигман И., Машгиз, 1960.
«Основы технологии автоматизированного холодновысадочного производства» Амиров М. Г., Лавриненко Ю. А. Уфа.: 1992
«Технология конструкционных материалов» под редакцией Дальского А. М., Машиностроение, 2004.
«Пластичность, её прогнозирование и использование при обработке металлов давлением» Дзугутов М. Я., Металлургия, 1984.

Устройство ХИП

Конструкция холодного изостатического пресса представляет собой следующее:

Секреты штамповки металла при производстве

Штамповка металла — процесс изменения формы и размеров металлических заготовок под действием давления. Подробное знакомство с технологией проведения работ поможет понять секреты популярности данного способа обработки металлопроката.

Горячая объемная штамповка металла

Горячая объемная штамповка металла проводится обученным персоналом, обладающим практическими навыками и опытом работы на данном виде производства.

Горячий метод используется для выпуска больших серий и в случаях, когда сложность форм и толщина изделий не позволяет провести штампование холодным способом.

Холодное штампование рассчитано на производство изделий массой, не превышающей 1 тонну. Производство изделий большего веса не рекомендуется.

Холодное объемное штампование осуществляется в открытых штампах. В условиях холодной деформации закрытая штамповка используются для получения изделий из цветных металлов.

Заключение

Штамповка металла – востребованный способ для выпуска продукции. Секрет популярности данного способа обработки деталей состоит в высокой скорости производства изделий любых размеров и форм.

Достоинства и недостатки процесса

Недостатком холодной листовой штамповки металла является относительно высокая стоимость штампов, однако в серийном производстве эти затраты быстро окупаются.

Несмотря на это, холодная листовая штамповка металла имеет целый ряд больших преимуществ, среди которых можно выделить:

— позволяет выполняться комбинированно, то есть, параллельно с механической обработкой листа: резкой, сваркой, пайкой и т.д.;

— возможность получать взаимозаменяемые детали;

— обеспечивает эффективность работы и высокую производительность труда (одна операция по холодной листовой штамповки металла занимает несколько минут).

Штамповка эластичными средами — специальный вид обработки металлов давлением и считается одним из прогрессивных технологических процессов.

Штамповка эластичными средами имеет ряд преимуществ, так как в её структуре предусматривается использование универсальной технологической оснастки. Именно значительное конструктивное упрощение, снижение металлоёмкости и стоимости технологической оснастки является основным достоинством этого метода штамповки.

Штамповка эластичными средами характеризуется:

исключительно высокой производительностью;
сжатыми сроками подготовки производства;
рациональным использованием основных материалов;
достижением наилучших механических свойств изготовляемых деталей;
неограниченными возможностями в части механизации и автоматизации производства;
минимальными затратами на штамповый инструмент.

Штамповка взрывом может осуществляться в газообразных"жидких и твердых средах.

Известен способ штамповки деталей посредством взрыва в герметичной камере (рис.1). Взрывчатое вещество (ВВ) и сжатый воздух подаются в смесительную камеру, откуда образовавшаяся взрывчатая смесь поступает в камеру сгорания, дном которой служит резиновая диафрагма. Штампуемую заготовку помещают между диафрагмой и матрицей.

Более эффективен способ гидровзрывной листовой штамповки, при котором необходимое давление в рабочей жидкости обеспечивается в результате взрыва заряда взрывчатого вещества.

Для реализации данного способа контейнер 1 (рис.2) с зарядом 2 устанавливают на заготовке 4 и заполняют рабочей жидкостью 3. В качестве уплотнителя 5 может быть применен обычный резиновый шнур. Возможно применение матрицы 6 как цельной, так и комбинированной.

Обработка металлов взрывом может осуществляться либо с помощью указанных установок, либо с помощью машин, в которых энергия взрыва преобразуется в кинетическую энергию их подвижных частей.

Процесс гидровзрывной штамповки состоит из следующих стадий: взрыв в воде; нагружение заготовки; скоростное ее деформирование; многократное ударное нагружение оснастки.

На рис.3 показана классификация ВВ, передающих сред, заготовок и матриц, применяемых при гидровзрывной штамповке, в основу которой положены четыре элемента, характерные для любого вида листовой штамповки.

Наиболее распространенными энергоносителями являются бризантные ВВ, которые выпускаются в виде порошка, прессованных брикетов (шашек), литых зарядов различной формы, эластичных листов, шнуров и т.д.

ВВ должны быть безопасными в обращении, водоустойчивыми, иметь стабильные взрывчатые свойства; высокие скорость взрывной реакции и удельную теплоту взрыва и невысокую стоимость.

Передающие среды должны обеспечивать легкую доступность и максимальную упрощенность подготовки к ведению процесса и возможность повторного использования. В качестве такой среды может использоваться вода.

Рис.3. Классификация схем взрывной штамповки

Поскольку плотность воды превышает плотность воздуха более чем в 700 раз, при взрыве под водой практически исключается возможность разброса осколков, что позволяет значительно повысить безопасность работы. Начальное давление ударной волны подводного взрыва в 100 раз превышает начальное давление ударной волны воздушного взрыва.

Достоинством МИОМ является относительная несложность оборудования и оснастки (по сравнению с механическими прессами и станками аналогичной производительности) и большая технологическая гибкость (отсутствие передаточной среды, возможность совместить формообразование с нагревом, возможность соединения различных материалов и т.п.).

Главным недостатком штамповки взрывом является то, что к заготовке направлена большая доля общей энергии взрыва. Кроме того, основная доля деформационной работы совершается первичной ударной волной, а доля энергии отраженной волны практически не используется.

Электронно-лучевая сварка

Сущность процесса состоит в использовании кинетической энергии потока электронов, движущихся с высокими скоростями в вакууме. Для уменьшения потери кинетической энергии электронов за счет соударения с молекулами газов воздуха, а также для химической и тепловой защиты катода в электронной пушке создают вакуум порядка 10 -4 . 10 -6 мм рт. ст.

Техника сварки

При сварке электронным лучом проплавление имеет форму конуса (рисунок 1). Плавление металла происходит на передней стенке кратера, а расплавляемый металл перемещается по боковым стенкам к задней стенке, где он и кристаллизуется.

1 - электронный луч; 2 - передняя стенка кратера;
3 - зона кристаллизации; 4 - путь движения жидкого металла

Рисунок 1. Схема переноса жидкого металла при электронно-лучевой сварке

Проплавление при электронно-лучевой сварке обусловлено в основном давлением потока электронов, характером выделения теплоты в объеме твердого металла и реактивным давлением испаряющегося металла, вторичных и тепловых электронов и излучением. Возможна сварка непрерывным электронным лучом. Однако при сварке легкоиспаряющихся металлов (алюминия, магния и др.) эффективность электронного потока и количество выделяющейся в изделии теплоты уменьшаются вследствие потери энергии на ионизацию паров металлов. В этом случае целесообразно сварку вести импульсным электронным лучом с большой плотностью энергии и частотой импульсов 100 . 500 Гц. В результате повышается глубина проплавления. При правильной установке соотношения времени паузы и импульса можно сваривать очень тонкие листы. Благодаря теплоотводу во время пауз уменьшается протяженность зоны термического влияния. Однако при этом возможно образование подрезов, которые могут быть устранены сваркой колеблющимся или расфокусированным лучом.

Основные параметры режима электронно-лучевой сварки (таблица 1):

сила тока в луче;
ускоряющее напряжение;
скорость перемещения луча по поверхности изделия;
продолжительность импульсов и пауз;
точность фокусировки луча;
степень вакуумизации.

Сварка электронным лучом имеет значительные преимущества:

Высокая концентрация ввода теплоты в изделие, которая выделяется не только на поверхности изделия, но и на некоторой глубине в объеме основного металла. Фокусировкой электронного луча можно получить пятно нагрева диаметром 0,0002 . 5 мм, что позволяет за один проход сваривать металлы толщиной от десятых долей миллиметра до 200 мм. В результате можно получить швы, в которых соотношение глубины провара к ширине до 20:1 и более. Появляется возможность сварки тугоплавких металлов (вольфрама, тантала и др.), керамики и т.д. Уменьшение протяженности зоны термического влияния снижает вероятность рекристаллизации основного металла в этой зоне.
Малое количество вводимой теплоты. Как правило, для получения равной глубины проплавления при электронно-лучевой сварке требуется вводить теплоты в 4 . 5 раз меньше, чем при дуговой. В результате рез ко снижаются коробления изделия.
Отсутствие насыщения расплавленного и нагретого металла газами. Наоборот, в целом ряде случаев наблюдается дегазация металла шва и повышение его пластических свойств. В результате достигается высокое качество сварных соединений на химически активных металлах и сплавах, таких как ниобий, цирконий, титан, молибден и др. Хорошее качество электронно-лучевой сварки достигается также на низкоуглеродистых, коррозионно-стойких сталях, меди и медных, никелевых, алюминиевых сплавах.

Недостатки электронно-лучевой сварки:

Возможность образования несплавлений и полостей в корне шва на металлах с большой теплопроводностью и швах с большим отношением глубины к ширине;
Для создания вакуума в рабочей камере после загрузки изделий требуется длительное время.

Таблица 1. Режимы электронно-лучевой сварки

Для перемещения луча по поверхности изделия используют перемещение изделия или самого луча с помощью отклоняющей системы. Отклоняющая система позволяет осуществлять колебания луча вдоль и поперек шва или по более сложной траектории. Низковольтные установки используют при сварке металла толщиной свыше 0,5 мм для получения швов с отношением глубины к ширине до 8:1. Высоковольтные установки применяют при сварке более толстого металла с отношением глубины к ширине шва до 25:1.

Основные типы сварных соединений, рекомендуемые для электронно-лучевой сварки, приведены на рисунке 2. Перед сваркой требуется точная сборка деталей (при толщине металла до 5 мм зазор не более 0,07 мм, при толщине до 20 мм зазор до 0,1 мм) и точное направление луча по оси стыка (отклонение не больше 0,2 . 0,3 мм).

а - стыковое (может быть с бортиком для получения выпуклости шва ); б - замковое; в - стыковое деталей разной толщины; г - угловые; д и е - стыковые при сварке шестерен; ж - стыковые с отбортовкой кромок

Рисунок 2. Типы сварных соединений при сварке электронным лучем

При увеличенных зазорах (для предупреждения подрезов) требуется дополнительный металл в виде технологических буртиков или присадочной проволоки. В последнем случае появляется возможность металлургического воздействия на металл шва. Изменяя зазор и количество дополнительного металла, можно довести долю присадочного металла в шве до 50%.

Плазменная сварка и наплавка является наиболее прогрессивным способом восстановления изношенных деталей машин и нанесения износостойких покрытий (сплавов, порошков, полимеров,…) на рабочую поверхность при изготовлении деталей.

Плазмой называется высокотемпературный сильно ионизированный газ, состоящий из молекул, атомов, ионов, электронов , световых квантов и др.

При дуговой ионизации газ пропускают через канал и создают дуговой разряд, тепловое влияние которого ионизирует газ, а электрическое поле создает направленную плазменную струю. Газ может ионизироваться также под действием электрического поля высокой частоты. Газ подается при 23 атмосферах, возбуждается электрическая дуга силой 400-500 А и напряжением 120-160 В Ионизированный газ достигает температуры 10-18 тыс. о С, а скорость потока - до 15000 м/сек. Плазменная струя образуется в специальных горелках - плазмотронах. Катодом является неплавящий вольфрамовый электрод.

В зависимости от схемы подключения анода различают (см.рис.1) :

1. Открытую плазменную струю (анодом является деталь или пруток). В этом случае происходит повышенный нагрев детали. Используется эта схема при резке металла и для нанесения покрытий.

2. Закрытую плазменную струю (анодом является сопло или канал горелки). Хотя температура сжатой дуги на 20 …30% в этом случае выше, но интенсивность потока ниже, т.к. увеличивается теплоотдача в окружающую среду. Схема используется для закалки, металлизации и напыливания порошков.

3. Комбинированная схема (анод подключается к детали и к соплу горелки). В этом случае горят две дуги, Схема используется при наплавке порошком.

Рис.1. Схема плазменной сварки открытой и закрытой плазменной струей.

Наплавку металла можно реализовать двумя способами :

1-струя газа захватывает и подает порошок на поверхность детали;

2-вводится в плазменную струю присадочный материал в виде проволоки, прутка, ленты.

В качестве плазмообразующих газов можно использовать аргон, гелий, азот, кислород, водород и воздух. Наилучшие результаты сварки получаются с аргоном.

Достоинствами плазменной наплавки являются :

1. Высокая концентрация тепловой мощности и возможность минимальной ширины зоны термического влияния.

2. Возможность получения толщины наплавляемого слоя от 0,1 мм до нескольких миллиметров.

3. Возможность наплавления различных износостойких материалов (медь, латунь, пластмасса) на стальную деталь.

4. Возможность выполнения плазменной закалки поверхности детали.

5. Относительно высокий К. П. Д. дуги (0.2-0.45).

Очень эффективно использовать плазменную струю для резки металла, т.к. газ из-за высокой скорости очень хорошо удаляет расплавленный металл, а из-за большой температуры он плавится очень быстро.

Установка (рис. 2.) состоит из источников питания, дросселя, осциллятора, плазменной головки, приспособлений подачи порошка или проволоки, системы циркуляции воды и т.д.

Для источников питания важно выдержка постоянным произведение J U, т.к. мощность определяет постоянство плазменного потока. В качестве источников питания применяют сварочные преобразователи типа ПСО - 500. Мощность определяется длиной столба и объемом плазменной струи. Можно реализовать мощности свыше 1000 кВт.

Подача порошка осуществляется с помощью специального питателя, в котором, вертикально расположенный, ротор лопатками подает порошок в струю газа. В случае использования сварочной проволоки подача ее выполняется аналогично как и при наплавке под слоем флюса .

Путем колебания горелки в продольной плоскости с частотой 40-100 мин -1 за один проход получают слой наплавленного металла шириной до 50 мм. У горелки имеется три сопла : внутреннее для подачи плазмы, среднее для подачи порошки и наружное для подачи защитного газа.

Рис.2. Схема плазменного наплавления порошка.

При наплавке порошков реализуется комбинированная дуга, т. е. одновременно будут гореть открытая и закрытая дуги . Регулировкой балластных сопротивлений можно регулировать потоки мощности на нагрев порошка и на нагрев и оплавление металла детали. Можно добиться минимального проплавления основного материала, следовательно будет небольшая тепловая деформация детали.

Поверхность детали необходимо готовить к наплавке более тщательно чем при обычной электродуговой или газовой сварке, т.к. при этом соединение происходит без металлургического процесса, поэтому посторонние включения уменьшают прочность наплавленного слоя. Для этого производится механическая обработка поверхности (проточка, шлифование, пескоструйная обработка. ) и обезжиривание. Величину мощности электрической дуги подбирают такой, чтобы сильно не нагревалась деталь, и чтобы основной металл был на грани расплавления.

Виды и способы современной штамповки металлов

Штамповка металла за счет приложенного усилия позволяет создавать элементы определенной формы. Использование мощного оборудования и прочных штампов позволяет удешевить производство серийных деталей. Качество обработки не требует дополнительных технологических операций по доводке готовых деталей.

Виды штамповки

Промышленная штамповка деталей зависит от технологических условий выполнения работ и разделяется на:

По типу обрабатываемого сырья, использованию комплексов оборудования и особенностям технологического процесса выделяются дополнительные виды штамповки черного и цветного металла. У каждого имеются различия в качестве итогового продукта и стоимости единицы или серии деталей. Разновидности штамповки листов металла подбираются в расчете на конкретный технологический процесс с учетом возможностей оборудования и экономической эффективности.

Листовая штамповка

Технология листовой штамповки чаще всего реализуется в крупносерийном производстве. Итоговые конструкции могут быть как плоскими, так и пространственными. В производственной среде одним из основных элементов выступает штамп — эталонная форма, по прочности превосходящая материал заготовок. Изготовление деталей и предметов быта было известно еще древним людям.

Исходя из температуры рабочей среды штамповка металла производится двумя методами.

Холодный

По данному алгоритму производятся элементы кузовов автомобилей. Благодаря проектировщикам и точному расчету происходит оптимальный для металла раскрой. В технологическом процессе задействуются как стальные листы, так и цветные металлы — алюминий и медь.

На заметку. Холодная штамповка заготовок листового металла активно применяется в кровельном хозяйстве — уголки, отливы, планки. Процедура производится на листогибе без электропривода.

Горячий

Заготовки предварительно нагреваются в печах с электрическим нагревом или прямым пламенем. Операция горячей штамповки отличается только пределом толщины обрабатываемого листа — в зависимости от используемой линии оборудования. Пример применения — производство сегментов корпуса для судов.

На заметку. Изготовление штампов для промышленного пресса в холодной или горячей среде сопровождается огромной работой конструкторов, технологов и испытателей.

Объемная штамповка

Один из способов производства элементов и деталей давлением. Метод объемной штамповки подразумевает применение заготовок простейших форм. За счет деформирования создается сложный элемент с пространственной структурой.

Порог нагрева металлических изделий напрямую связан с физическими особенностями металла заготовок.

На заметку. Прессовка черного металла под нагревом меняет форму изделия без изменения физических свойств.

Холодная штамповка

На практике холодная промышленная штамповка внедрена и выполняется для металлов и определенного сегмента полимеров. Технологический процесс можно настроить на элементы различных габаритов, от простейшей бытовой электроники и до авиационной промышленности. Универсальность — не единственное достоинство.

Из металла на заказ даже с простейшими станками можно сделать короба вентиляции, кожухи и многое другое. Качественно окрашенный листовой материал сохранит покрытие при изгибе.

Суть и назначение холодной штамповки листового металла

высокий уровень автоматизации — холодная штамповка любого листового металла может постоянно упрощаться, механизироваться, оптимизироваться;
нет необходимости выполнять финишные процессы зачистки и доработки;
себестоимость снижается за счет увеличения количества произведенных деталей — выгодно на крупносерийном производстве;
изготовление тонкостенных конструкций выполняется без снижения прочности;
снижение расходов производства за счет оптимальной разметки и раскроя листовых заготовок.

Несмотря на ряд достоинств, холодная листовая штамповка имеет свои минусы:

стоимость производственных линий;
требуется наличие высококлассных специалистов с опытом работы, наладки оборудования.

Такие недостатки несущественны и методика активно применяется в самых крупных производственных концернах мира. Автогиганты обрабатывают листовой металл кузовных деталей именно такими методами и способами.

Операции холодной штамповки

Технологический процесс данного метода изготовления деталей включает:

Резка — процедура деления большого листа на мелкие заготовки с учетом особенностей деталей. Выполняется в виде прямых и криволинейных резов. Задействуются производственные гильотины, пневматические ножницы. Этап реализуется в любой фазе производственного цикла.
Пробивка — формирование отверстий заданного диаметра, либо произвольной формы.
Вырубка — схожий с предыдущим пунктом процесс, за исключением одной особенности. Удаленный сегмент при вырубке превращается в заготовку, а в первом случае становится неликвидным отходом и уходит на вторичную переработку.
Вытяжка — процесс преобразование плоскости в объемную деталь. Зачастую происходит изменение толщины стенок. Подходит для пластичных металлов.
Отбортовка — формирование кромки на периметре изделия.
Изгиб — создание изогнутой формы из плоского листа. Такая операция листовой штамповки может производиться как для U-V формовки, так и в применении для более усложненных конструкций. Изготовление штампов для холодной штамповки листов металла в части прямолинейных изгибов проще технологически. Данный инструмент дешевле своих аналогов, формовка которых нелинейна.

На заметку. Прессовка алюминиевых листов металла — передовая отрасль в развитии авиастроения.

Обжим — для проведения процедуры используется коническая матрица. Элемент под давлением во взаимодействии с ней получает деформацию торца, сопровождаемую изменением размеров.
Формовка — локальное изменение геометрических показателей на отдельно взятом участке при сохранении общих габаритов детали. Прессовка металла этим способом позволяет создавать сложные пространственные элементы.

Горячая штамповка

Активно применяется горячая штамповка деталей из металла. Горячая объемная методика начинается после прохождение нагрева в специальной камере до уровня в 1200 град по Цельсию. После разогретые заготовки размещаются в штамповочном узле. Он содержит технологические ручьи, предназначенные для предварительной и окончательной процедуры.

Штампы для выполнения горячей штамповки производятся из материалов с более высокой температурой плавления — они не должны терять своих свойств в рабочей среде.

Данная технология также называется ГОШ или горячая объемная штамповка металла. Отличительные черты процедуры:

высокое качество финишной поверхности;
высокая производительность оборудования;
среднее время подготовки персонала — полгода.

Важно контролировать весь технологический процесс и особое внимание уделить стадии работы с заготовками.

Альтернативные методы штамповки

Технические решения штамповки различны и внедрены по разновидности подхода. Реализованы следующие методы и способы:

Взрыв. Такой процесс осуществляется в водной среде. Заготовка укладывается на матрицу, в которой выполнена необходимая форма. Над заготовкой происходит взрыв, избыточное давление вдавливает материал в ручей, заполняя форму. Такое производство более затратное.
Электрогидравлическая прессовка форм металла. В водном пространстве осуществляется подача напряжения для разогрева рабочей среды. За счет резкого роста температуры формируется ударная волна, что позволяет вжать заготовку детали в матрицу.
Валки, метод протяжки. Силовой способ создания нужно формы для заготовки. Такая штамповка алюминия или других мягких металлов существенно продлевает срок службы оборудования.

Разделительная штамповка

Процедура позволяет получить часть материала от общей детали, находящейся в процессе обработки. Процесс может содержать как одну технологическую операцию из операций в конкретном методе штамповки, так и несколько.

Для осуществления цели к прессу добавляет дополнительный инструмент и оснастку. Возможно получения прямо и криволинейных траекторий. Разделительная штамповка деталей из различного листового металла производится с учетом донастройки оборудования и корректировки технологического процесса.

Оборудование, инструменты и приспособления

Штамповка серийных деталей из листового металла в своем техпроцессе включает станок-пресс. В качестве привода могут быть представлены несколько вариантов механики. Оборудование будет отличаться мощность, производительностью в единицах деталей за рабочую смену.

Классификация оборудования

Классифицировать разнообразное штамповочное оборудование можно по:

числу и сложности исполняемых операций;
рабочему полю и габаритам обрабатываемых деталей;
наличию автоматических и полуавтоматических систем управления.

Подбор под конкретные цели осуществляется на основе:

основного материала для производства;
объем выпускаемых деталей;
наличие документов соответствия ГОСТ и отраслевым стандартам.

Рассмотрим подробнее самые распространенные исполнительные механизмы и принцип формования в них.

Кривошипно шатунные прессы

Конструкция механики в данном виде прессов относительно проста. Крутящий момент переходит в возвратно-поступательное движение. За счет этого подающий механизм смещает заготовку, а режущая гарнитура (шаговый нож) нарезает заготовки по установленному техпроцессу.

Штамповка деталей с помощью кривошипно-шатунных устройств оправдана при производстве больших серий одинаковых элементов с небольшими габаритами. Экономически выгодны при длительной эксплуатации.

Гидравлические прессы

Гидравлический узел в составе пресса обеспечивает высокое усилие. Данные модели производительны и являются лидерами отрасли. Отдельные модели прессов выдают усилие в 2 к тонны.

В роли передатчика энергии от насосов к цилиндрам выступает гидравлическое масло. В результате движения системы из пары цилиндров с разными размерами создается высокое давление.

Изготовление рабочих штампов для гидравлического пресса — ответственная процедура. Необходим большой запас прочности, чтобы инструмент прослужил долго.

В результате получается готовый элемент. Его отличает качество поверхности, максимально приближенные к эталонному образцу.

Радиально ковочные прессы

Основная цель использования данного типа оборудования — заготовки цилиндрического формата. Возможно серийное изготовление элементов круглого, призматического сечения. Штамповка и прессование из алюминия и других мягких металлов — основной сегмент для работы этого оборудования.

В актуальную комплектацию оборудования производители добавляют индукционную печь для предварительного разогрева заготовки. За счет повышенной температуры проявляется пластичность, не влияющая на прочность материала.

Геометрические показатели готовых болванок зависят от:

правильности подбора форм для штамповки;
опыта оператора.

Эксплуатация и обслуживание радиально-ковочного оборудования поручается опытным инженерам.

Электромагнитные прессы

В технологическом плане оборудование можно отнести к последнему, современному классу.

Принцип функционирования таков:

Образуется электро — магнитное поле. Его энергия в качестве движущей силы создает усилие на сердечнике.
Сердечник с обмоткой передает усилие непосредственно на исполнительное звено — инструмент, далее на заготовку и изделие, в результате чего получается штампованный элемент.

За счет интенсивности электромагнитного поля, используя точное управление, можно создавать идеально точную нагрузку. Поэтому листовая штамповка заготовок металла происходит по необходимой установленной программе. Даже если геометрия детали очень сложная.

Отличительными особенностями данного вида оборудования являются:

удобные органы управления;
автоматизация подачи и крепления материала, выдачи готовых деталей;
управление от рабочего ПК по промышленной сети.

Работа оператора заключается в контроле выполнения станком заложенной программы. Исключаются ошибки, присущие человеку, растет производительность труда.

Оптимально применять для выработки большого числа штампованных изделий на заводе, фабрике с большим количеством сопредельных производственных линий и настроенной логистикой.

Для работы с ЧПУ требуются опытные и квалифицированные инженеры, первичная настройка оборудования очень объемная. Алгоритм работы станка строится на основе полностью проработанного техпроцесса.

На заметку. Для увеличение срока продолжительности любой тип оборудования проверяется по графику на износ основных узлов. Контролируется безопасность для работы оператора в плане электрозащиты. Штампованные детали также контролируются на качество производства, как и сам штамп.

Изготовление штампов по металлу

Несмотря на важность самого оборудования, производство штампов является одним из наиболее ответственных этапов производства. От точности и прочности образца-эталона, по которому будут изготавливаться все детали, зависит качество всей серии изделий.

После завершения разработки чертежей, подробно описывающих характеристики штампа, техническое задание уходит к станочникам. Изготовление штампов для холодной штамповки любого металла включает в себя:

отлив или фрезеровку заготовки для штампа;
упрочнение физическими и химическими методами поверхности металла;
тест и обкатка для проверки на соответствие исходным нормам изготавливаемых деталей.

Особые требования предъявляются к кузовной поверхности — автомобиль должен быть идеально ровным, а штамп постоянно проверяться на соответствие исходным стандартам.

Прессформы или штампы включают в себя следующий перечень элементов:

Рабочая часть. К ней относятся матрица и пуансон. Для изготовления чаще всего используют сорта инструментально стали У8а, У10а, Х12М. Обязательный этап — термическая обработка (закаливание). Приемлемым считается значение в 60 ед. по шкале Роквелла.
Держатель для пуансона — металлический, сталь 3.
Прокладки. Применяется конструкционная сталь, подверженная закалке. Уровень итоговой прочности должен составлять 45 ед шкалы Роквелла.
Съемник из стали марки 3.
Плиты — верх и низ. Толщина рассчитывается на основе усилий, прилагаемых в процессе работы.
Колонки и втулки. Производятся из стали марки 20. Поверхностное упрочнение производится методом цементации на глубину до 1.5 мм. После этот слой подвергается закаливанию.
Хвостовик. Крепится в ползун станка.

Сферы использования

Листовая штамповка цветного и черного металла востребована практически во всех сферах производства:

Авиация и флот.
Сельскохозяйственная техника.
Автомобилестроение.
Производство бытовой техники и инструмента.
Изготовление подвижного состава.

Производство штампов может быть налажено фактически для любого элемента или детали. Поэтому изделия из металла, изготовленные поэтому методу, будут постоянно пользоваться огромным спросом на рынке промышленных предприятий. Цена серийных изделий делает оборудование для штамповки листового металла выгодной инвестицией в производство.

Читайте также: