Штамповка отверстий в металле

Обновлено: 19.09.2024

Обработка листового металла включает в себя несколько операций. Помимо раскроя, обработки кромок, задания фасок, рифления, гибки и других операций, ответственной процедурой является устройство отверстий. Учитывая, что проёмы в листовом металле могут иметь произвольную геометрию и габариты, использованием сверлильной установки ограничиться невозможно. В связи с этим, цеха производственных предприятий оснащаются станками, с помощью которых выполняется координатная пробивка.

Что такое координатная пробивка металла

Координатная пробивка металла — особый тип обработки листовой заготовки. Отверстия устраиваются методом импульсного ударного воздействия на материал рабочим органом станка — пуансоном заданной конфигурации. В результате приложения нагрузки, происходит разрыв связей кристаллической решётки металла без деформаций.

Работы по координатной пробивке проводятся в соответствии с алгоритмом, заданном в интеллектуальной системе ЧПУ оборудования, что позволяет исключить ошибки при позиционировании отверстия. Мощность станка зависит от типа металла, его толщины и габаритов отверстия, которое предстоит пробить.

Использование программируемой координатно-пробивной машины с ЧПУ позволяет наладить производство деталей в большом количестве для последующей сборки каких-либо изделий или приборов.

Преимущества координатной пробивки

Помимо описываемого способа обработки листового металла, в промышленности используется лазерная или плазменная резка, а также классическое сверление заготовки. При массовом производстве данные средства давно признаны неэффективными, благодаря явным преимуществам координатной пробивки металла:

Высокая скорость обработки детали при серийном производстве. При использовании станка с ЧПУ, рабочий орган с пуансоном точно выполняет заданный оператором алгоритм, быстро определяя координаты отверстия.
Производительность пробивной машины не зависит от размеров и формы отверстия. Таким образом, длина реза не снижает эффективность пробивных работ, в отличие от лазерного станка. При ударе пуансона о поверхность заготовки пробивка производится единовременно по всему контуру отверстия.
Данный способ обработки относится к холодным механическим процессам, не сопряжённым с термическим воздействием на металл. Это свойство позволяет добиться экономии на электричестве и избежать пластической деформации металла из-за перегрева при изменении структуры кристаллической решётки.
Автоматическое оборудование позволяет быстро сменить пуансон и матрицу, в результате чего достигается универсальность станка при обработке металлов разного типа и толщины.

Оборудование для координатно-пробивных работ достигает высокой скорости обработки и КПД до 85%, так как энергия импульсного воздействия направлена исключительно на достижение результата.

Недостатки координатной пробивки

Наряду с достоинствами, оборудование для выполнения точной пробивки отверстий в металле может иметь некоторые недостатки:

При случайном сбое автоматических настроек программы, в случае перепадов напряжения или по причине выхода из строя отдельных деталей, точность позиционирования пробивки отверстий может быть нарушена. Это приведёт к смещению отверстий и браку всей партии при серийном производстве.
Несмотря на то, что пуансоны выполняются из высокопрочной легированной стали, режущие кромки инструмента при длительной эксплуатации затупляются. При отсутствии своевременного сервисного обслуживания станка, на контурах отверстия начинают появляться неровности и заусенцы. То же происходит при несоответствии габаритов матрицы и пуансона, либо при нарушении соосности между ними.
Скорость работы оборудования достигается малым ходом пуансона в вертикальном направлении. При наличии дефектов поверхности режущего инструмента, во время перемещения листа по матрице, на поверхности могут образоваться борозды и царапины. Чаще всего данный дефект появляется при обработке металла большой толщины.
При пробивке отверстий, диаметр которых мало отличается от толщины заготовки, возможна концентрация напряжений, что приводит к объёмному разрыву связей кристаллической решётки. В результате этого физического процесса на поверхности металла могут появиться микротрещины. При хорошо заточенном инструменте такой брак исключается.

Большинство недостатков пробивной установки проявляются при несвоевременном обслуживании с заменой расходников. При проведении регулярного ТО и быстром устранении мелких неполадок, риск изготовления бракованных изделий сводится к минимуму.

Отличия ручной и автоматизированной пробивки

Существует 2 основных метода координатной пробивки — ручной, когда процесс полностью зависит от человеческого фактора и автоматизированный. Во втором случае оператор программирует станок, после чего лишь контролирует процесс.

Принципиальные отличия данных типов координатно-пробивных работ отражены в таблице:

Ручной способ обработки

Автоматизированный способ обработки

Разметка заготовки перед обработкой

Стандартный измерительный инструмент, керн для нанесения засечек.

Не требуется. В систему ЧПУ вносятся исходные данные о координатах пробивки, форме и количестве отверстий. Сведения фиксируются в памяти устройства, и операция выполняется в соответствии с программой.

Подача листовой стали на для осуществления пробивки

Вручную, позиционирование заготовки до полной совместимости контура пуансона и разметки.

Лист вручную подаётся на рабочую поверхность для дальнейшей обработки. Некоторые станки имеют накопительную зону, куда подаются несколько заготовок.

Приведение в движение механизма пресса с кнопки на панели после установки детали в нужное положение

Автоматически — пуансон производит удар в соответствии с заданными координатами.

Перемещение заготовки по рабочей поверхности (матрице)

Вручную — после пробивки предыдущего отверстия, лист перемещается к выполнению следующей операции

Автоматически система последовательно выполняет заданный алгоритм.

Смена пуансонов и матриц для пробивки отверстий другой конфигурации

Вручную, старый пуансон демонтируется, на его место устанавливается рабочий орган другой конфигурации.

Рабочий орган станка снабжён барабаном, на котором установлено 8, 10, 15 и более пуансонов, автоматически подаваемых на ударную поверхность. Такие станки называются револьверными.

Контроль качества и точности пробивки

Точность позиционирования листа зависит от работы оператора.

Машина выполняет пробивку листовой стали без погрешностей, в следуя программе.

По завершении пробивки отверстий на предыдущей заготовки, новая деталь подаётся вручную оператором.

Вручную или автоматически. При наличии накопительного магазина, станок забирает на обработку следующую заготовку.

Результат обработки металлического листа

Точность координатной пробивки имеет погрешность до 1 мм, в зависимости от опыта мастера.

Погрешность готовой детали зависит от конструкции станка, отклонения составляют сотые доли миллиметра

Возможность отправки на дальнейшую обработку

Да, вручную, заготовка переносится человеком на следующий пост

Да, вручную или автоматически. На поточном производстве разные станки объединены в линию конвейерными транспортёрами.

Автоматизированные станки дают возможность вести пробивку отверстий со скоростью до 1500 ударов в минуту без участия человека, что позволяет отладить серийное производство повышенной точности.

Виды оборудования для координатной пробивки металла

В промышленном производстве используются 3 вида станков и механизмов для выполнения обработки металла данной категории:

Ручные инструменты. Наиболее экономный тип обработки стали, дающий низкую производительность. Применяется при необходимости выполнения единичных отверстий круглой формы. Преимущества заключаются в возможности выполнения пробивки в любом месте, например, в условиях строительной площадки.

Для выполнения данных работ применяют дрели, сверлильные установки, а также стальные цилиндрические штифты, предназначенные для ударного воздействия молотком или кувалдой. Принцип действия таких инструментов схож с работой стамески или долота.

При необходимости выпуска деталей в ограниченном количестве, при мелкосерийном производстве, применяются ручные компрессионные станки.

Пресс-ножницы с универсальными насадками. Основной функцией устройств является раскрой металла. Однако такие машины часто снабжаются сменными насадками. Помимо режущего рабочего органа, появляется возможность установки штамповых насадок с пуансонами. При этом, верхняя часть ножниц играет роль пресса с пуансоном, нижняя — матрицы.

При правильном положении металлической заготовки, оборудование может выполнять роль координатно-пробивного устройства с ограниченным функционалом.

Координатно-пробивные прессы. Классические станки, которые отличаются по производительности, габаритам, предельной толщине, размерам и форме обрабатываемой заготовки. Могут оснащаться интеллектуальной системой ЧПУ с возможностью программирования алгоритма.

При задании программы, устройство самостоятельно выбирает нужны пуансон из барабана, выполняя отверстие нужной конфигурации и габаритов.

На рынке востребованы все типы перечисленного оборудования. конечный выбор потребителя зависит от множества факторов. При разовых работах приобретение пресса теряет смысл, а отладить выпуск деталей в промышленном масштабе без автоматизированной линии практически невозможно.

Технология координатной пробивки металла

Все координатно-пробивные станки, принцип действия которых основан на методе холодной штамповки металла, работают в соответствии со следующим технологическим алгоритмом:

Конструкция пуансона выполняется таким образом, что давление при ударном воздействии происходит по контуру вырубаемого отверстия.
Матрица, расположенная с оборотной стороны заготовки, создаёт ответное усилие при опускании пуансона.
Конфигурация матрицы повторяет геометрию пуансона, немного отличаясь в габаритах.
При оказании давления возникает пара сил от давления пуансона и опорной реакции матрицы, что вызывает изгибающий момент с минимальным плечом.
В месте минимального изгибающего момента образуется предельная поперечная сила, сопровождающаяся ростом перерезывающего усилия.
По правилам сопромата, если внешняя нагрузка превышает предел прочности материала, происходит разрушение его структуры.
Когда поперечная сила превышает предел прочности стали, возникает нарушение кристаллической решётки. Предел прочности зависит от жёсткости, химического состава и способа упрочнения металла. В результате этого действия происходит вырубка отверстия нужного очертания.

Величина давления на единице площади зависит как от усилия, задаваемого двигателем станка, так и качества обработки кромок пуансона и матрицы. Таким образом, для повышения точности пробивки без деформации листа, следует применять только высококачественный инструмент с заточенными гранями. В целом, принцип работы координатно-пробивной машины не отличается от функционирования обычных канцелярских ножниц.

Сфера применения координатной пробивки

Координатная пробивка применяется во многих отраслях промышленного производства. Целью обработки металла данного типа является создание готовых изделий, либо изготовление деталей и частей для нужд смежного производства. Координатно-пробивные работы применяются в следующих случаях:

Мебельное производство — для изготовления основы спинок и сидений кресел, кроватей, скамеек, полок и шкафов.
Для производства несущих частей офисных, архивных, библиотечных, складских и промышленных стеллажей.
При изготовлении декоративных экранов и решёток для маскировки оборудования, вентиляции, либо в целях безопасности.
Индивидуальное производство деталей интерьера — декоративных перегородок, в соответствии с дизайнерскими решениями.
При производстве предметов быта — плафонов осветительных приборов в стиле модерн и хай-тек, посуды, накладок на врезные замки и других элементов.
При изготовлении строительных лесов и подмостей для нужд строительно-монтажного производства.
Для производства отдельных корпусных элементов станков, конвейерных линий, технологического оборудования.

Координатная пробивка используется практически во всех отраслях — в автомобильной индустрии, авиастроении, космической промышленности, при производстве рекламных конструкций, спортивных тренажёров и других видов продукции. Многие компании, предлагающие услуги по обработке металлов, помимо массового производства, выполняют индивидуальные заказы при наличии технического задания от клиента.

Основные технические характеристики координатно-пробивных станков с ЧПУ

При выборе станка для координатной пробивки, либо при заказе соответствующих работ на производстве, необходимо обращать внимание на следующие характеристики оборудования:

Средний диапазон значений рабочих параметров для координатно-пробивных станков с ЧПУ

Габариты обрабатываемой заготовки без необходимости перехвата (ДхШ)

2000 — 2500 х 1000 — 1250

Предельное давление, создаваемое рабочим органом при штамповке

Максимальная толщина листовой стали

Минимальная толщина заготовки

Скорость движения установки в направлении осей Х или Y

Допустимый вес заготовки

Количество контролируемых осей в рабочем режиме

Производительность станка (количество ударов в минуту при максимальном расстоянии между отверстиями до 30 мм

Скорость вращения барабана при использовании станка револьверного типа

Наличие и количество пневматических или механических зажимов для фиксации листовой заготовки

Диапазон средней потребляемой мощности оборудования

Усреднённые габариты станка (ДхШхВ)

4000 — 5500 х 4000 — 5500 х 1800 — 2500

Усреднённая масса стандартного оборудования с ЧПУ

Давлении сжатых газов в пневматической системе для фиксации заготовки

Дополнительные возможности станка

Возможность увеличения длины заготовки до 3000 мм при установке дополнительной рабочей поверхности

Дополнительные опции системы ЧПУ

Программирование пневмозажимов, автоматическая подача заготовок, автоматическая отправка изделий на следующий пост. Возможность подключения устройства к конвейерной линии

При выборе оборудования немаловажным условием является бренд и страна-производитель. Перед приобретением установки необходимо изучить подробную информацию о производителе, а также реальные отзывы пользователей на форумах, где люди делятся информацией о плюсах и минусах оборудования.

Как происходит программирование системы ЧПУ

Чтобы добиться высокой точности при обработке листовой стали на координатно-пробивном оборудовании, необходимо выбирать станки с ЧПУ. Данная аббревиатура расшифровывается как «Числовое Программное Управление», и принцип её действия основывается на следующем алгоритме:

Инженер выполняет раздел проект КМД (деталировка металлических конструкций) для заготовки, подлежащей обработке.
Работа выполняется с использованием программного обеспечения формата CAD. Результатом данной работы является файл с расширением dwg или dxf.
Встроенная программа автоматизации пробивного станка считывает чертёж, который может передаваться как на внешнем носителе — через флэш-диск с USB портом, так и посредством беспроводной связи (Bluetooth или Wi Fi).
Данные, изображённые на индивидуальных чертежах, считываются системой ЧПУ, после чего на экране устройства появляется схема заготовки.
Оператор вводит граничные параметры, в результате чего система получает сведения о типе обрабатываемой стали, толщине изделия, характере вырубаемого отверстия.
При серийном производстве назначается количество повторений алгоритма.

По завершении выставления настроек, оператор загружает заготовки в приёмный магазин, запускает станок и контролирует работу устройства, а также достигнутый результат. При возникновении непредвиденной ситуации, прибор подаёт тревожный сигнал, либо оператор экстренно прекращает выполнение программы.

Виды координатной пробивки заготовок на станках с ЧПУ

В зависимости от производственных ограничений и технологических требований к готовому изделию, существует 4 вида координатной пробивки заготовки. Данные виды обработки листовой стали зависят от типа пуансона и наличия функции поворота рабочего органа при эксплуатации оборудования:

Сквозная пробивка — классический тип обработки, при котором в изделии вырубается отверстие заданной геометрии и габаритов.

Пулевка — при повороте рабочего органа с пуансоном, кромка заготовки изгибается в нужном направлении. Данная функция необходима при устройстве перфорации для вентиляции на корпусе бытовых и промышленных приборов. Направленные кромки играют роль воздухозаборников.

Пробивка с формовкой — данный тип специальной обработки необходим, когда кромка металла, образовавшаяся после пробивки, должна быть деформирована в соответствии с назначенной конфигураций. Например, при необходимости фиксации детали, на поверхности металла в месте устройства самореза или винта выполняется углубление, куда прячется головка метиза.

Неокончательная пробивка — предназначена для нанесения гравировки или деформации на поверхности листовой заготовки без разрыва связей. Часто применяется при нанесении рёбер жёсткости на деталь для повышения её прочностных характеристик.

Промышленные станки с ЧПУ имеют такую конструкцию барабана револьверного типа, которая позволяет пробивать отверстия всех перечисленных типов в автоматическом режиме. То есть, станок сначала выполняет рубку сквозных отверстий, после чего автоматически переходит на пулевку или формовку изделия, выбирая нужный пуансон или меняя положение рабочей головки.

Коротко о главном

Координатная пробивка — один из наиболее востребованных способов обработки листового металла. Может выполняться ручным способом, с помощью комбинированных ножниц или станков с ЧПУ. Обработка производится методом холодной штамповки заготовки, что снижает энергозатраты при эксплуатации оборудования. Для предотвращения брака необходимо следить за состоянием режущей кромки пуансонов и матрицы, а также проводить периодическое ТО для станка. На практике применяются 4 типа обработки металла данной категории — сквозная и неполная пробивка, формовка и пулевка. Координатная пробивка на станке с ЧПУ позволяет наладить серийное производство в промышленных масштабах.

Штамповка деталей из листового металла

Одна из самых распространенных технологий обработки металла – это штамповка. С ее помощью производят детали для всех отраслей народного хозяйства. Использование штамповки позволяет получать из плоского листа детали разных размеров и формы.

Штамповка листового металла

Технология штамповки деталей из металлических листов и ее виды

Обработка деталей из листового металла – это процесс получения деталей необходимой формы и определенного размера. Работа по формированию деталей происходит на специальном оборудовании с применением инструмента под названием штамп.

Говоря о деталях, произведенных из листового металла, надо понимать, что на заготовку оказывается серьезное давление. Технологию штамповки начали применять еще в древние времена. Таким образом, производили орудия для обработки земли, посуду, украшения.

Штамповка деталей из металлических листов

В наши дни эта технология широко применяется при производстве деталей из листового металла, обладающих разными размерами и формой. Такой вид обработки широко применяется в автомобиле строении при производстве кузовных деталей.

Холодная и горячая листовая штамповка

Получение деталей из листового металла может быть выполнено в холодном или горячем виде.

Холодная штамповка

Применение холодной обработки давлением считают наиболее эффективным способом обработки листового металла. Применение такого способа выполняют в тех случаях, когда нет необходимости в дальнейшей механической обработке, например, резанием. Такой метод получения деталей применяют чаще всего при изготовлении автомобильных деталей, элементов конструкции авиационной техники и ряда других.

Использование метода холодной обработки металла давлением позволяет осуществить существенную экономию листового металла, разумеется, при грамотном раскрое листа и правильно изготовленной штамповой оснастки. Наибольшую эффективность штамповка показывает в крупносерийном и массовом производстве.

Такой способ показывает наибольшую эффективность при работе с такими сталями, как углеродистые и легированные. Кроме того, штамповкой получают детали из многих цветных металлов, например, медных или алюминиевых сплавов.

Холодная штамповка листового металла

Кроме листовых металлов, метод листовой штамповки допустимо использовать и при получении деталей из резины, картона и многих полимеров.

Кстати, такая обработка металла улучшает его прочностные параметры.

Горячая штамповка

Этот метод обработки листового металла применяют при производстве деталей котельных установок и некоторых деталей, используемых в корабельном деле. Для таких деталей применяют стальные листы толщиной в 3 – 4 мм.

Технологические операции применяемые в горячей штамповке во многом схожи с теми, которые применяют в холодной обработке листового металла. Инженеры, разрабатывающие технологии обработки листового металла должны учитывать то, что детали должны быть разогреты до определенной температуры. Соответственно должны быть учтены такие явления как утяжка листового металла, при выполнении отверстий, гибке и ряда других. Кроме того, при остывании деталей необходимо помнить и о возникающем короблении.

Горячая штамповка листового металла

Все это приводит к тому, что изменяются размеры допусков, на размеры получаемых из металла деталей.

Перед обработкой на прессовом оборудовании заготовки из металла проходят нагрев в печах различного типа, например, электрических или газопламенных.

Резка

Операция, в ходе которой происходит отделение части листового металла, от тела будущей детали называют резкой. Эту операцию применяют для изготовления и готовых деталей, и при выполнении раскроя листового металла на полосы заданных размеров. При выполнении этой операции необходимо обеспечить максимальное количество готовых деталей, таким образом, количество отходов будет минимизировано.

Газокислородная резка металла

Эффективность раскроя определяет коэффициент использования листа. Его рассчитывают как отношение площади полученных деталей к площади целого листа.

Для этой операции применяют разное оборудование, в том числе вибрационные, дисковые, гильотинные и другие виды прессового оборудования.

Вырубка

Так называют технологическую операцию по получении заготовки с замкнутым контуром.

Вырубка листового металла

Вытяжка

Операция в результате которой заготовку выполненную в плоском виде трансформируют в пространственную. Вытяжку используют при изготовлении деталей разной формы и цилиндрические, и конусные, и коробчатые.

Ротационная вытяжка металла

Для вытяжки применяют штамповую оснастку, которая состоит из пуансона, который втягивает листовой металл в отверстие расположенное в матрице.

Гибка

Эта операция позволяет получать из листовой заготовки детали с требуемой формой изгиба.

Пробивка

Эту операцию применяют при необходимости получения отверстий определенной формы.

Координатная пробивка и ее недостатки

Рельефная формовка

Так называют операцию, которая позволяет изменять форму в каком-то определенном месте, но при этом сохраняется внешний контур детали.

Рельефная формовка листового металла

Как пример можно привести производство ребер жесткости.

Оборудование и инструменты

Оборудование, которое необходимо для выполнения штамповки включает в свой состав – прессы, а в качестве рабочего инструмента применяют штампы.

Как правило, в цехах, где выполняют штамповку применяют пресса двух типов – механические и гидравлические. В станках первого типа, для выполнения операции используют энергию падающего шатуна, в оборудовании второго типа, для обеспечения необходимой нагрузки используют гидравлическую машину, которая создает усилие на штамповочном узле.

К механическим станкам относят и такие как кривошипно-шатунные, винтовые, гильотинные, комбинированные и некоторые другие.

Усилие, которое будет направлено на формование детали, в зависимости от модели пресса может составлять несколько килограмм (настольные прессы, пневматического действия), а может несколько сотен тонн, например, пресс марки КА9536. Его усилие составляет 400 тонн, дина хода шатуна составляет 250 мм, а максимальный размер штамповой оснастки составляет 1000 на 1000 мм в плане.

На территории нашей страны действует ГОСТ 6809-87. Он определяет технические параметры для прессового оборудования, применяемого в горячей штамповке.

Станок для штамповки листового металла должен быть установлен на отдельный фундамент, который не связан с основным фундаментом здания, в котором размещаю штамповочный цех.

Прессовое оборудование может быть использовано в производствах по крупносерийному или массовому изготовлению деталей.

Прессы, практически всех типов имеют два режима работы, ручной и автоматический. Последний, позволяет встраивать их в линии по производству сложных деталей.

Например, при изготовлении кузовных автомобильных деталей, в одной линии размещено несколько прессов. На каждом из них установлены индивидуальные штампы, последовательное использование которых позволяет получать из листа готовую деталь, например, крышку багажного отделения или дверь.

Точность обработки на таком оборудовании позволяет запускать полученные детали в дальнейшее производство без использования промежуточных операций, связанных с механической обработкой.

Принцип работы и устройство прессов различных типов

Прессовое оборудование механического типа может использовать в своей работе энергию сжатого воздуха. Для этого в штамповочных цехах применяют линии подачи сжатого воздуха. Рабочее давление в них составляет 8 – 12 атм. Станки этого типа оснащают системами очистки воздуха от воды и следов масел.

Прессовое оборудование механического типа

Сжатый воздух, принимает участие в раскрутке маховика, который поднимает шатун в верхнее положение. Нажимая на педаль или кнопки управления прессом, оператор открывает муфту, воздух выходит из системы и шатун под своим весом устремляется вниз.

Гидравлические прессы

Гидравлический пресс, представляет собой набор деталей, включающий в свой состав:

емкость для хранения масла;
насосную станцию, предназначенную для создания необходимого давления на шток пресса;
систему фильтров, отделяющих от рабочей жидкости воду и твердые частицы.

Гидравлические прессы для листового металла

Все прессы включают в состав своей конструкции шкафы управления, выносные пульты, с которыми непосредственно работает оператор пресса.

Радиально ковочный аппарат

Основное предназначение аппарата этого типа – это получение заготовок для валов определенной формы и размера.

Радиусная гибка листа

Чаще всего на оборудовании этого типа производят заготовки с диаметром порядка 150 мм и длиной до 1200 мм.

Электромагнитный пресс

Прессы этого типа появились относительно недавно. В качестве источника энергии для получения деталей заданной формы используют сердечник, который является частью электромагнита.

Электромагнитный пресс для листового металла

Именно он перемещает ползун, на котором установлена верхняя часть штампа, а возвращают его в исходное положение возвратные пружины. Эти станки показывают высокую производительность. Чаще всего применяют электромагнитные прессы с длиной хода в 10 мм, а усилие на штампе составляет 2,5 тонны.

Инструмент для штамповки

Для обработки деталей при помощи штамповки применяют инструмент под названием штамп.

Штамп для листового металла

Он состоит из двух частей, верхняя закрепляется на подвижном ползуне, нижняя на неподвижном столе, который является неотъемлемой частью станины.

Для производства штампов применяют инструментальные стали типа У8, ХВГ и некоторых других.

Пробивка отверстий в металле

Пробивка металла – один из видов металлообработки, используемый для получения в заготовке отверстий заданной формы. В зависимости от решаемых задач в этих целях используются разные виды оборудования и инструмента: от ручных до полностью автоматизированных станков с ЧПУ.

В отличие от сверления, пробивка позволяет создавать множество точных отверстий в листовом металле за один проход, что экономит ресурсы компании. Из нашего материала вы узнаете, какое оборудование используется для выполнения данных операций и как выглядит сам процесс металлообработки.

Суть процесса пробивки отверстий в металле

Раскрой металла как технологическая операция представляет собой создание отверстий сквозного типа или пробивание листовых заготовок. Пробивка позволяет получить не только круглые отверстия, как при сверлении, но и с различными геометрическими формами (квадратные, овальные, ромбические, звездообразные или иной сложной конфигурации) и размеров.

Для выполнения такого вида отверстий используют металлообрабатывающее оборудование, оснащенное прессом для пробивки отверстий в листе металла толщиной от 0,5 до 4 мм. Но при обработке труб либо листового материала с большей толщиной стенок необходимо применять оборудование с более мощными техническими характеристиками.

Пробивку отверстий можно выполнить двумя способами – с полным и неполным диаметром. Само понятие «полный диаметр» означает, что отверстие сделано в окончательный размер согласно чертежу. В случае выполнения неполного диаметра, при пробивке металла размеры выполняют с припуском для последующей доводки их до требуемой величины с помощью механической обработки.

Станки, оборудованные прессовыми ножницами для пробивки отверстий в металле, наиболее часто можно увидеть в цехах различных машиностроительных предприятий. Перед началом операции деталь или лист устанавливают на матрицу, затем пуансон врезается в заготовку и происходит выдавливание отверстия. Пуансон опускается не до конца противоположной стенки материала, а приблизительно до половины его толщины, и под влиянием деформирующих сил происходит окончательный отрыв вырубаемого металла. Для пробивки отверстий в листе металла с помощью пресс-ножниц в некоторых случаях наносится предварительная разметка керном, но в большинстве случаев в этом нет особой надобности.

Рекомендуем статьи по металлообработке

В состав такого оборудования входят специальные пуансоны и матрицы для пробивки отверстий в металле: по форме первые дублируют создаваемые отверстия, а вторые выполняют функцию «подложки» для размещения на них заготовок. Рабочий инструмент изготавливается только из твердых металлических сплавов или закаленных сталей.

Подобные процессы принципиально отличаются только своими специфичными моментами, которые и характеризуют разновидности пробивки:

Зиговка. Представляет собой пробивку отверстий в листовом металле с образованием особых рисунков рельефной формы (зигов) и продольных сплошных выступов на поверхности заготовки. Такой метод широко используют как на крупных производствах, так и на предприятиях со средними объемами выработки продукции.
Ребра жесткости – технология пробивки листового металла посредством роликов или штампов.
Высечка – холодный процесс обработки с пробиванием листа под давлением.
Вырубка – операция, схожая с предыдущей, но выполняется на сверлильном или фрезерном оборудовании.
Формовка – технология включает в себя использование сил трения с большим осевым усилием, в результате чего отверстие принимает определенную форму и размеры.
Пуклевание – операция листовой штамповки, при которой края ранее пробитых отверстий выступают над плоскостью заготовки. С помощью такой технологии обработки материал приобретает противоскользящие качества.

Если сравнивать со сверлением, то, безусловно, преимущество будет на стороне пробивки. Главным плюсом является то, что технологическое время пробивки отверстия очень маленькое, и это уже говорит об ее эффективности. Помимо этого, при изготовлении отверстий отсутствует перегревание металла, чего нельзя сказать о сверлении, фрезеровании и некоторых других операциях, предназначенных для получения отверстий. Это говорит о том, что отпуск металла в месте обработки исключается, не возникает окисления и изменения кристаллической структуры.

VT-metall предлагает услуги:

Лазерная резка металла Гибка металла Порошковая покраска металла Сварочные работы

В момент пробивки металла появляется наклеп, который уплотняет поверхностную структуру материала и значительно увеличивает его твердость, в результате чего могут возникнуть радиальные микротрещины, приводящие к развитию коррозии. Еще одним минусом может стать необходимость дополнительной механической обработки пробитых отверстий по зачистке металла от заусенцев, появляющихся при давлении и приводящих к отрыву кромок. Помимо всего, если расчетный диаметр отверстия меньше толщины листа, то операцию пробивки необходимо заменять сверлением.

Виды оборудования для пробивки отверстий в листовом металле

Станки, предназначенные для получения отверстий, можно условно разделить на ручные (с постоянным присутствием оператора) и автоматизированные (с минимальным участием работника). Рабочими инструментами для пробивки металла являются различные штампы и пробойники.

В первую группу входит оборудование, оснащенное механическим, гидравлическим или другим аналогичным приводом. Во вторую – оборудование с полной автоматизацией и применением числового программного управления, например, дыропробивные станки или координатно-просечные прессы.

Самыми распространенными способами создания отверстий в металлических заготовках являются сверление и пробивка. Первый способ выполняют на сверлильных станках или с помощью ручной дрели, а в качестве рабочих инструментов используют сверла. Ручную пробивку осуществляют с помощью бородки и молотка (или кувалды). Но пробойник такого типа можно установить и на ручном прессе.

Операцию по сверлению отверстий можно выполнить на сверлильном, фрезерном или токарном станочном оборудовании. В качестве рабочих инструментов выступают сверла. Для окончательной доработки отверстий при устранении овальности, формировании фасок, повышения точности и параметров шероховатости поверхностей применяют развертки, цековки и зенкера.

Для вырубки отверстий используют различное прессовое оборудование, преимущественно то, что оснащено пневматическими или гидравлическими приводами. Необходимые параметры мощности штампа для пробивки отверстий в листовом металле, который состоит из пуансона и матрицы, могут находиться в пределах от нескольких килограммов до сотен, а порой и тысяч тонн.

В промышленном производстве для получения отверстий часто применяются комбинированные пресс-ножницы.

В устройство такого типа входят несколько механизмов, позволяющих производить обработку металлического профиля, например, уголка, нарезку металла на полосы, вырубку прямоугольных или треугольных отверстий и, кроме того, на таких ножницах можно установить штамп для пробивки отверстий в металле, состоящий, как правило, из матрицы и пуансона.

В корпусе матрицы имеется отверстие, отличающееся от размеров пуансона на несколько сотых миллиметра для обеспечения между ними минимального зазора, через которое производится удаление слоя вырубленного металла. Диаметральный размер пуансона равен диаметру проектного отверстия.

Стоит обратить внимание, что для крупносерийного и массового производства вышеперечисленные способы получения отверстий не всегда применимы по причине невысокой производительности. Но такую проблему можно избежать при использовании полностью автоматического оборудования.

Координатную пробивку и вырубку металла применяют в тех случаях, когда необходимо создать детали с перфорацией, имеющие толщину стенок около 6 мм. Данную технологию нельзя применять для обработки хрупких металлов и сплавов.

При необходимости изготовления большого количества однотипных отверстий на листовом металле на определенном расстоянии друг от друга обычно используют специальное оборудование – координатно-пробивные станки. В современной промышленной индустрии такая методика обработки стального листового материала выделяется отличными параметрами точности и отменным качеством.

При помощи координатно-пробивного пресса в листе металла можно создать отверстия требуемых размеров и формы в любой конкретной точке. Для выполнения операции листовую заготовку необходимо разместить и прочно закрепить на рабочем столе прессового оборудования с помощью зажимов. С помощью механизмов станка захваты перемещаются одновременно с закрепленной листовой заготовкой по определенной траектории согласно программе обработки детали, введенной в компьютер оборудования.

В ту же секунду пуансон штампа (элемент, производящий удар по обрабатываемой заготовке и пробивающий в ней отверстие), а вместе с ним и база с отверстием резко опускаются в направлении поверхности детали, происходит пробитие металла.

Усовершенствование и модернизация оборудования в течение последних десятилетий позволило добиться большой скорости и очень точного выполнения операций по пробиванию отверстий и контроля над работой оборудования с помощью применения компьютерных программных технологий. Такой прогрессивный технологический скачок позволил многократно повысить точность обработки и свести к нулю негативное воздействие человеческого фактора.

При пробивке металла можно использовать любую геометрическую конфигурацию сечения инструмента, что способствует созданию на поверхности листа отверстий любой формы и размеров.

Сфера применения координатной пробивки листового металла

В машиностроительной отрасли широко используют координатную пробивку металла. Данная технология пользуется повышенным спросом и в сфере ремонтно-строительных работ. Например, перфорированные листы, изготовленные по такой технологии, находят широкое применение при монтаже различных конструкций, в том числе элементов декораций.

Перфорационные изделия, полученные при помощи пробивки металла, позволяют очень точно воплощать всевозможные конструкторские замыслы, выполнять особо сложные задачи, для которых работа с точным соблюдением проектно-технической документации является самым важным моментом.

Описываемая технология пробивки металла находит широкое применение в производстве следующих конструктивных элементов:

ограждений;
деталей специализированных машин, станочного оборудования;
строительных опор, сборочных элементов;
разного типа витрин;
различных производственных стеллажей;
рекламных щитовых конструкций и многих других изделий.

Штампы для пробивки отверстий в листовом металле изготавливаются индивидуально, это позволяет конструкторам выполнять проектирование самых нестандартных технологических проемов, производить отверстия и воплощать перфорацию на листовой материал с индивидуальными параметрами.

Процесс пробивки отверстий в листовом материале является высокоскоростным. Технология с применением координатной пробивки и вырубки металла позволяет перемещать лист или деталь в координатно-пробивном прессе с большой точностью и скоростью, благодаря чему можно выполнить пробивку на большом количестве деталей за малое время. С помощью высокоэффективного пресса можно получить готовую деталь с ровными краями отверстий, которые не требуют дополнительных работ по зачистке или обработке поверхностей.

Применение такой технологии позволяет заводам-производителям обрабатывать заготовки и конструкционные элементы на достаточно высоком технологическом уровне, запускать серийное производство изготовления деталей или перфорированного листового материала, и, кроме того, изготовление продукции по индивидуальным заказам.

Технические характеристики технологии:

Отличные показатели энергоэффективности.
Высокий КПД и точность исполнения.
Экономичность.

4 вида производственного брака при пробивке листового металла

Нельзя забывать, что на качество готовой продукции могут влиять несколько факторов, таких как техническое состояние инструмента, точность наладки оборудования для пробивки отверстий в металле, исправности программного обеспечения, используемого для написания программы обработки.

Необходимо акцентировать внимание на то, что характер возникновения дефектов, как при ручной пробивке, так и при использовании автоматизированного оборудования, в принципе, одинаков:

При выполнении большого количества отверстий довольно часто появляется смещение их межцентрового расстояния или относительно сторон листовой заготовки. Чаще всего причиной такого дефекта могут быть ошибки при написании программы, неправильные настройки оборудования, неточное базирование заготовки и т. д.

Подобный дефект может возникнуть по причине увеличенного зазора диаметров матрицы и пуансона из-за их износа. Помимо того, заусенцы могут появиться при некачественной заточке режущего инструмента.

Нередко наблюдаются случаи возникновения борозд вдоль оси отверстия. Это может быть вызвано нарушением целостности поверхности пуансона.

Нередко появляются трещины на поверхностях кромок отверстий после пробивки. Это преимущественно происходит при близких значениях толщины листовой заготовки и диаметров отверстий.

Правильный расчет усилия пробивки отверстий в металле

Пробивка металла характеризуется тем, что при изготовлении отверстий возникает достаточно сложная схема нагрузок с увеличенной концентрацией в области контакта пуансона и матрицы.

Движение пуансона при вхождении в материал происходит не всей торцевой поверхностью, а только наружной кольцевой. Со стороны матрицы проявляется ответное воздействие. Кроме того, давление, появляющееся в области взаимодействия таких трех компонентов, может распределяться неравномерно.

Иначе говоря, при вырубке возникают две силы, благодаря которым формируется круговой изгибающий момент с воздействием, направленным на изгиб листовой заготовки. Такая изгибающая сила является причиной возникновения давления, оказывающего воздействие на кромки матрицы и пуансона. Надо учитывать и то, что во время действия сил трения возникают касательные усилия. Из сказанного выше можно сделать вывод, что во время пробивки металла возникает силовое поле неоднородного характера. Поэтому для выполнения расчетов используют такую условно-техническую величину, как сопротивление срезу.

По результатам ранее проведенных исследований выяснено, что на сопротивление влияют не только свойства металла, но и следующие показатели: уровень наклепа, толщина вырубаемого материала, зазоры между матрицей и пуансоном, а также скорость процесса пробивки.

Почему следует обращаться именно к нам

Мы с уважением относимся ко всем клиентам и одинаково скрупулезно выполняем задания любого объема.

Наши производственные мощности позволяют обрабатывать различные материалы:

цветные металлы;
чугун;
нержавеющую сталь.

При выполнении заказа наши специалисты применяют все известные способы механической обработки металла. Современное оборудование последнего поколения дает возможность добиваться максимального соответствия изначальным чертежам.

Для того чтобы приблизить заготовку к предъявленному заказчиком эскизу, наши специалисты используют универсальное оборудование, предназначенное для ювелирной заточки инструмента для особо сложных операций. В наших производственных цехах металл становится пластичным материалом, из которого можно выполнить любую заготовку.

Преимуществом обращения к нашим специалистам является соблюдение ими ГОСТа и всех технологических нормативов. На каждом этапе работы ведется жесткий контроль качества, поэтому мы гарантируем клиентам добросовестно выполненный продукт.

Благодаря опыту наших мастеров на выходе получается образцовое изделие, отвечающее самым взыскательным требованиям. При этом мы отталкиваемся от мощной материальной базы и ориентируемся на инновационные технологические наработки.

Мы работаем с заказчиками со всех регионов России. Если вы хотите сделать заказ на металлообработку, наши менеджеры готовы выслушать все условия. В случае необходимости клиенту предоставляется бесплатная профильная консультация.

Пробой отверстий и перфорация материала в виде листа или труб — это довольно востребованная операция. На сегодня существует несколько вариантов ее выполнения, которые отличаются друг от друга применяемым оборудованием, от которых зависит качество и параметры точности.

Перфорация металла Пробивка отверстий в металле

При изготовлении большого количества изделий, в том числе и декоративных металлических деталей. Довольно часто встречается потребность в таких операциях, как получение множества однотипных отверстий. Чаще всего их используют для крепления конструктивных элементов, но в ряде случаев их можно рассматривать как украшение.

Технолог, выбирая метод обработки детали, руководствуется требованиями нормативно — технической и конструкторской документации.

Так, при обработке листа металла толщиной от 0,5 до 4 мм оптимальным вариантом будет использование пробивки на специализированном оборудовании.

Пробивка отверстий и перфорация в чем разница

Кстати, довольно часто, пробивку листового металла именуют перфорацией. На самом деле этот процесс (пробивка отверстий) не более чем разновидность перфорации, которая включает в себя множество других способов.

Например, пробивка отверстий в профильном металле, например, трубе выполняют с помощью сверления или фрезерования. Кроме этого, для решения этой задачи применяют технический лазер, который позволяет получать отверстия в десятые доли миллиметра.

Виды оборудования

Оборудование, которое используют для получения отверстий можно разделить на «условно ручные», то есть те, которые нуждаются в постоянном присутствии оператора — станочника, и на автоматизированные, которые работают при минимальном участии человека. В качестве инструмента для пробивки отверстий в металле применяют различного вила пробойники, штампы и некоторые другие.

Ручной пресс Координатно-просечные прессы

К первой группе относят оборудование, работающее от механического, гидравлического или другого вида привода. Вторые — это полностью автоматизированные станки, работающие под управлением ЧПУ, к примеру, координатно-просечные прессы или дыропробивной станок.

Ручной процесс

К ручным способам получения отверстий в металле можно отнести — сверление, пробивку. В качестве инструмента для пробивки отверстий в металле применяют сверла и соответствующее оборудование — сверлильные станки или ручные дрели. Для ручной пробивки инструмента применяют бородок и ударный инструмент (молоток, кувалда). Такой пробойник можно устанавливать на ручные прессы.

Ручной процесс пробивки

Сверление отверстий производят на сверлильных, фрезерных или токарных станках. В качестве рабочего инструмента применяют сверла. Для окончательного формования отверстия используют зенкера, цековки, развертки. С их помощью устраняют овалы, формируют фаски, повышают точность отверстия и чистоту поверхности.

Для пробивания отверстий в металле используют разные прессы — пневматические, гидравлические и пр. Усилия, развиваемые для эффективной работы штампа, состоящего из двух деталей (пуансона и матрицы), составляют от нескольких килограмм, до сотен, а то и тысяч тонн.

Пробивание отверстий на комбинированных пресс — ножницах

Нередко в производстве для получения отверстий применяют комбинированные пресс — ножницы.

Пробивание отверстий на комбинированных пресс — ножницах

Это устройство состоит из нескольких механизмов, которые позволяют обрабатывать металлический профиль, к примеру, уголок, резать полосы металла, осуществлять вырубку в форме прямо- или треугольников и, само собой, на этих ножницах устанавливают инструмент для пробивки отверстий в металле. Как правило, он состоит из пуансона и матрицы. Пуансон имеет диаметр пробиваемого отверстия. Матрица имеет в своем теле отверстие, соответствующее размеру пуансона. Через нее происходит удаление отходов вырубки.

Следует отметить, что вышеперечисленные способы получения отверстий не отличаются высокой производительности, особенно, в условиях крупносерийного или массового производства. Появление автоматизированного оборудования позволяет устранить эту проблему.

Пробивание отверстий на прессах

Использование оборудования, работающего под управлением системы ЧПУ привело к снижению трудоемкости производственных процессов, соответственно это положительно отражается на стоимости готового изделия.
Дело в том, что управляющая программа, которая вносится перед началом работы, содержит в себе точные данные относительно расположения отверстий на листе.

Пробивание отверстий на прессах

Например, револьверный пробивной станок оснащают барабаном, на котором установлены пуансоны (инструмент для пробивки отверстий в металле) обладающие разными размерами и формами. При работе, программа автоматически выбирает необходимый инструмент. Такое инженерное решение позволяет менять инструмент не, останавливая работу станка, и повышать скорость получения готового изделия. На оборудовании этого типа, возможно, получение до 1 500 отверстий в минуту.
Получение готового изделия состоит из нескольких операций. Первая заключается в укладке листа металла на рабочий стол. Для закрепления ее на нем применяют зажимы разного типа.
После того как установлен и закреплен оператор запускает управляющую программу. После этого начинается перемещение заготовки. По координатам, заданным в программе, в необходимой точке, происходит опускание прижимного устройства, фиксирующего лист в нужном месте. После прижима происходит удар, наносимый пробойником (пуансоном).

На инструментальном барабане может быть установлен поворотный инструмент, который существенно расширяет возможности станка и позволяет выполнять резку контуров сложных форм.
Пресс для пробивки отверстий в металле позволяют выполнять, кроме пробоя, следующие операции:

пулевка — выдавливание, получение кромок разной направленности;
формовка;
неокончательная пробивка.

Координатная пробивка металла

Такой способ получения отверстий подразумевает то, что отверстия будут получены в определенном последовательности. Эта операция может быть использована при изготовлении как простых деталей, так и довольно сложных металлоконструкций. Такая обработка листового металла требует от оборудования и управляющей программы высокой точности, так как ошибки в настройке и программном коде могут привести к получению некондиционной продукции.

Координатная пробивка металла

Пробивка металла, как технологическая операция существует довольно давно, но в последние годы, благодаря появлению систем с числовым программным обеспечение, она существенно видоизменилась. Так, современное оборудование позволяет выполнять операции по пробою отверстий с точность их размещения до 0,05 мм. Координатно пробивное оборудование позволяет обрабатывать стали разных марок толщиной от 0,5 до 8 — 10 мм.
Координатная пробивка металлического листа используется при производстве деталей корпусов, крепежных комплектов и пр. Для получения набора отверстий применяют серию ударов пуансона по листу. Порядок пробоя заносится в управляющую компьютерную программу. Кстати, использование компьютерных программ и соответствующего инструмента для пробивки отверстий в металле гарантирует качество готовых изделий.

Применение координатно — пробойных прессов для пробивки отверстий в металле обеспечивает многократное повышение скорости производства и поэтому его применяют для крупносерийного и массового производства деталей из металлического листа.

Недостатки технологии

Надо помнить о том, что качество получаемой продукции напрямую зависит от нескольких факторов, среди них которых — качество инструмента, настройки оборудования, добротности программного обеспечения, применяемого для создания управляющей программы.

Но надо отметить, что в принципе, вне зависимости от способа получения группы отверстий, дефекты при ручной пробивке и автоматизированной одинаковы.

Смещение отверстий

Чаще всего при изготовлении группы отверстий можно встретить такой дефект, как смещение отверстий относительно друг друга или сторон листа. Этот дефект, может проявиться из-за ошибок в программе, неправильных настроек станка и пр.

Заусенцы

Этот дефект появляется вследствие того, что неправильно подобраны размеры пуансона и матрицы. Кроме того, заусенцы появляются в результате некачественной заточки инструмента.

Пуансоны и матрицы

Борозды

Нередки случаи появления бород на поверхности отверстия вдоль его оси. Они вызваны наличием дефектов поверхности пуансона.

Борозды при пробивке металла

Трещины

Образование трещин на кромках пробиваемых отверстий вызвано тем, что их диаметр близок по размеру к толщине листа.

Расчет необходимого усилия пробивки

Процесс вырубки металла характеризуется тем, что в ходе этого процесса появляется довольно сложная схема нагрузки, которая концентрируется в районе места взаимодействия пуансона, прорубаемого материала и матрицы.

Пуансон изготавливают таким образом, что он входит в материал не всем своим торцем, а только внешней кольцевой частью. Ответное воздействие возникает со стороны матрицы. Причем давление, возникающее в зоне взаимодействия этих трех компонентов, распределяется неравномерно.

Другими словами, в процессе вырубки возникает пара сил, которые формируют круговой изгибающий момент. Под его воздействием лист изгибается. В результате этого изгиба зарождается давление, которое оказывает воздействие на пуансон, и на кромку матрицы. Кроме этого, необходимо учитывать и то, что под действием сил трения появляются касательные усилия.
Как видно из выше сказанного, при пробивке возникает неоднородное силовое поле. Поэтому, при проведении расчетов применяют условную величину — сопротивление срезу.
В результате, проведенных исследований, сопротивление зависит не столько от свойств металла, но и от уровня наклепа, толщины вырубки, зазоров в паре пуансон/матрица и скорости процесса вырубки.

Читайте также: