Виды штампов для холодной штамповки металла

Обновлено: 14.05.2024

Сегодня трудно представить мир без обтекаемых кузовов автомобилей и самолетов, ложек и вилок на кухне, крепежной продукции и других элементов повседневной жизни. Придать металлу форму любой сложности можно штамповкой. Пластическая деформация сплавов штампованием показывает высокую производительность и точность.

Штамповка металла — это обработка давлением (прессом) с контролируемым изменением формы. Одно движение пресса может выполнить сразу несколько операций: резка, рубка, гибка, отбортовка, чеканка, вытяжка, формовка и др.

Элементы технологии были открыты еще до нашей эры. Археологические раскопки свидетельствуют о том, что у кузнецов были фигурные штампы-обжимки для отливки наконечников стрел. О первых попытках работы с падающими молотами известно из Библии и скандинавской мифологии, этот способ работает до сих пор.

В 1817 на Тульском оружейном заводе кузнец В.А. Пастухов, используя рычажный пресс и подкладные штампы, изготовил партию курков. В 1819 подобным образом уже создавали ряд деталей для нужд вооружения.

Главными вехами в развитии технологии стали следующие события:

1835 г. — распространение горизонтально-ковочных машин;
1842 г. — строительство первого парового молота Джеймсом Немитом;
1846 г. — запуск первого гидропресса, изобретенного Уильямом Армстронгом.

В XIX веке уже были изобретены механические и пневматические молоты, однако заводы, построенные в 1920-30-х годах все еще не отличались производительностью, управление механизмами было достаточно трудоемким. Только для обеспечения спроса на гвозди работали тысячи производств.

Машиной века стал гидравлический пресс с усилием 650 МН, заказанный французской компанией “Интерфорж”. Разработкой занимались советские специалисты. Вес оборудования составил 17 тыс. тонн, что в два раза превысило вес Эйфелевой башни. Общественности показывали, как пуансон аккуратно колет грецкие орехи, не повреждая их сердцевину.

Сферы применения

Технологии штамповки решают задачи промышленности и потребительского спроса. Штампованные изделия отличаются высокой точностью, дополнительная металлообработка не требуется.

Что производят при помощи штамповки:

Посуду и емкости: ложки, вилки, кастрюли и контейнеры;
Болты, крепежи: металл проходит последовательную обработку разными прессами;
Лопатки, винты для печного оборудования, вертолетов и кораблей;
Шаровые опоры, коленчатые валы, зубчатые колеса: изготавливают сдавливанием без нагрева, детали не подвержены термоусадке;
Корпуса оборудования, кузова автомобилей, обшивку самолетов и судов;
Испарители холодильников: металл растягивают изнутри методом раздачи.

Технико-экономические показатели различных способов штамповки металла основаны на рациональном распределении ресурсов. Преимущества применения штампов в промышленности:

Автоматизация производственных процессов;
Снижение металлоемкости;
Быстрая замена пресс-форм;
Любая геометрия;
Обработка поверхностей почти не требуется.

Организация отдельных этапов и производственных линий сопряжена с крупными капиталовложениями, это затрудняет распространение технологии. Недостатки:

Разработка прототипов требует высокой квалификации;
Дорогое оснащение;
Целесообразность внедрения только для серийных производств;
Невозможность полного исключения ручного труда на многих этапах.

Процессы удается автоматизировать не всегда. Для произведения некоторых операций на объектах присутствует штамповщик, который закладывает заготовки под пресс. Например, для работы с молотами требуется специалист 5-6 разряда, а для гидравлических установок достаточно всего 3 разряда.

Штампы испытывают длительные нагрузки и изготавливаются из прочных марок стали, дополнительно предусматриваются методы защиты рабочих поверхностей: специальные покрытия, упрочнение закаливанием. Современное оборудование чаще работает не ударом, а продавливанием, но производствах все еще сохраняется достаточно высокий уровень шума и вибрации.

Особенности холодной штамповки

Холодное штампование чаще осуществляется без нагрева, но не всегда. Для особо-твердых сплавов повышение температуры необходимо, но она должна быть ниже, чем t⁰ рекристаллизации.

Воздействие давлением сопряжено с упрочнением структуры сплавов, при котором изменяются показатели пластичности, что затрудняет выполнение дальнейших операций. Для устранения этого эффекта применяется промежуточная стабилизирующая термообработка. Отсутствие царапин, рисок и других дефектов обеспечивают смазочные материалы.

Предусматривается классификация методов штамповки по типу обрабатываемых полуфабрикатов:

Листовая: формоизменяющая и разделительная, при которой излишки металла отсекаются;
Объемная: штампы для последовательного приближения к проектной форме.

Виды холодной штамповки металла:

Выдавливание: сплав выдавливают из матрицы, таким образом производят детали из хромистых сталей для решения технических задач в машиностроении, гильзы, маховики.
Высадка: многократные ударные усилия (до 11000 в минуту), при которых на материал воздействуют таким образом, что уменьшается длина и увеличивается ширина. Высадка применяется для выпуска метизов, заклепок, винтов. Из-за упрочнения сплава требуется несколько подходов с промежуточными рекристаллизующими отжигами.
Объемная формовка: изменение конфигурации с применением обжимающих воздействий. В открытых штампах излишек металла “вытекает”, а в закрытых формовка осуществляется без отходов. Предварительно заготовкам придают нужную форму вырубкой (толстостенные колпачки, шайбы). Формовку применяют для изготовления высокоточных изделий малого размера, например, чеканку можно также назвать формовкой.

Использование этих методов ограничивается пределом текучести сплавов. Чем ниже показатель, тем большее число подходов требуется совершить, а это не всегда обосновано.

Горячая объемная штамповка

Заготовки нагревают до температуры ковки, таким образом повышается пластичность, а рекристаллизации и плавления не происходит. На полуфабрикат воздействуют одновременно давлением и температурой.

Для производства изделий используют предварительно нарезанные прутки, профили, слитки. Предусматриваются пресс-формы двух видов:

Открытые: штамп состоит из подвижной и неподвижной части, излишки металла в процессе вытекают (облой) и закрывают выход остальной массе. Обрезка облоя производится после охлаждения.
Закрытые: конструкция полностью закрыта, сжимающие детали могут иметь выступы и полости. Количество сырья рассчитывается с высокой точностью, в противном случае образуются пустоты или форма не смыкается полностью.

Для формирования объемных частей в пресс-формах предусматриваются полости. В металлургии их называют ручьями. Различают следующие виды ручьев:

Заготовительные: для перераспределения массы и смещения оси. Классифицируются по способу действия: гибочные, протяжные, пережимные, подкатные и др.
Предварительные (черновые): основная деформация, поковка становится похожей на готовую деталь, но имеет более грубые очертания, большие радиусы закруглений, канавки отсутствуют.
Окончательные (чистовые): цель прессования в повышении точности и получении готовой продукции.

ГОШ предназначена для серийных выпусков деталей, которые невозможно получить ковкой. Вес одной единицы продукции может достигать 3-4 тонн. Метод требует больших усилий, энергозатрат, высшей квалификации персонала и оборудования из термостойких материалов.

Предприятия, осуществляющие ГОШ преимущественно работают для обеспечения нужд военной и железнодорожной промышленности, авиации, автомобилестроения.

Характеристики и виды деталей, производимых на горячештамповочных прессах

Листовая штамповка

Технология предназначена для изготовления тонкостенных элементов, сосудов, но с развитием промышленности сортамент увеличивается. Так, листовая штамповка может применятся для производства обшивки военных судов и даже космических кораблей.

Суть заключается в использовании матрицы и пуансона, от геометрических параметров которых зависит конфигурация готовой продукции. За простотой и скоростью осуществления производственных циклов стоит сложное проектирование. Весь процесс разрабатывается конструктором и технологом. Сочетание формоизменяющих и разделительных операций производится таким способом, при котором сокращается количество подходов и расход ресурсов.

Резка: по краю размещается режущий инструмент, отсекающий лишний материал;
Вырубка: отделение части листа с замкнутым контуром, например овала, прямоугольника;
Пробивка: отверстия разной формы.

Гибка: V и U-образные изгибы, возможно выполнение более сложных вариантов;
Вытяжка: изменение толщины листа;
Отбортовка: выполнение бортиков по краю, например у крышек кастрюль;
Обжим: уменьшение сечения концевой части, изготовление сужающихся сосудов;
Формовка: изменение конфигурации с сохранением контуров заготовки.

При проектировании на опытных образцах рассматривают как будет вести себя полуфабрикат из выбранного сплава при сочетании разных способов деформации, заданной скорости и температуре, затем проектируют пресс-формы. Оборудование должно выдержать миллионы циклов, наибольший износ наблюдается на участках, ответственных за пробивку, вырубку и вытяжку. Иногда создают накладки, выполненные из более прочных материалов, чем пуансон и матрица.

Наряду с распространенными способами используются прогрессивные виды обработки эластичными средами:

Твердой резиной: заготовки обезжиривают и нагревают, для некоторых типов деформации не нужна смазка, например для рифтов, подсечек.
Жидкостями: поток прижимает листовой материал к твердой матрице;
Взрывом: взрывная волна вдавливает лист металла в матрицу. Процедура проводится с целью создания крупногабаритных сложных элементов, которые сложно изготовить другими методами.

Деформация средами нашла применение в производстве диафрагм, поперечных каркасов крыла самолета, полупатрубков, пространственных элементов.

Инструменты и оборудование

Как правило, для штампования проектируются произведственные линии, часть процессов выполняется автоматически под цифровым контролем. Станки для холодной деформации содержат прессы и ударные механизмы для высадки.

Виды станов:

Электромагнитные: инновационное решение, разжимание пружин происходит при отключении магнита от сети;
Гидравлические: поршневый принцип работы;
Кривошипно-шатунные: возвратно-поступательный поршневой механизм, применяемый в двигателях внутреннего сгорания;
Радиально-ковочные: оснащены модулем для нагрева, вращающуюся заготовку подавляют бойками.

Технология ГОШ близка к ковке, поэтому здесь предусматриваются ударные установки и ковочные машины. Основные виды технического оснащения:

Паровоздушные молоты: работают за счет веса падающих частей и сжатого воздуха;
Фрикционные (механические) молоты;
Горизонтально-ковочные машины и вальцы;
Прессы различной конфигурации.

Для изготовления штампованных элементов из листового металла чаще применяют кривошипно-шатунные станы, количество поршневых механизмов может достигать 4. Для вытяжки сложных изделий используют прессы двойного и тройного действия. Для резки механизм оснащают ножницами: гильотинными, вибрационными, дисковыми.

Производство штампов для холодной штамповки

Мы проконсультируем вас по любым вопросам!

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

Особенности технологии штампования

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

Данный метод обработки разделяют на два вида:

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

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

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

Особенности технологии холодного штампования

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

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

Перечень выполняемых операций во время штампования

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

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

Классификация основных операций штамповки

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

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

Возможно штампование комбинированным способом, подразумевающим разделение и формообразование детали.

Дополнительные операции, выполняемые в процессе штампования

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

Для улучшения износостойкости металла его обрабатывают специальными защитными покрытиями.

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

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

Оборудование для холодного штампования

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

Особенности устройства и работы пресса кривошипного типа

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

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

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

Устройство гидравлического пресса

Гидравлические прессы преимущественно используются для проведения объемной штамповки методом продавливания.

Принцип действия такого оборудования довольно прост:

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

Как происходит изготовление штампов для проведения холодной штамповки?

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

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

Этапы производства штампов для холодного штампования

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

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

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

Виды и способы современной штамповки металла

Штамповка металла: особенности технологии. Альтернативные методы пластичной деформации металла. Холодная и горячая листовая и объемная штамповка. Технологические операции холодной штамповки. Используемое оборудование прессы и автоматические линии.

Штамповка металла – это технологическая операция, которая представляет собой контролируемый процесс изменения формы и размеров заготовки под действием давления. Процесс отличается высокой производительностью, а потому широко используется в различных отраслях промышленности.

Технология имеет богатую историю, однако ее механизация началась в 50-х годах XIX века: к процессу стали подключать станки, что увеличило производительность и повысило качество изделий. Современное штамповочное оборудование позволяет изготавливать различные детали: от мелких элементов часового механизма до составных частей летательных аппаратов.

В серийном производстве активно применяется листовая штамповка. С помощью данной технологии обрабатывают металл, пластик и другие материалы. Процесс отличается высокой производительностью, стабильностью и точностью.

Холодная штамповка считается наиболее прогрессивным методом обработки давлением. Как следует из названия, это производственные операции без предварительного нагрева заготовки. Такой подход позволяет повысить прочность и чистоту поверхности изделия.

Виды штамповочных технологий

За время своего существования появилось немало методов штамповки. Массовое производство требует особого подхода, где на первое место ставится скорость и качество изготовления изделий. Ручная штамповка сейчас используется исключительно в частном порядке, для создания единичных экземпляров.

Прежде чем рассматривать способы обработки давлением, рассмотрим прочие виды штамповки:

Магнитно-импульсная. Для изменения формы деталей используются кратковременные импульсы электрического тока.
Изотермическая штамповка деталей. Используется для деформирования легированных и жаропрочных сортов стали. Особенность изотермического процесса заключается в том, что контактную форму нагревают до температуры деформации заготовки. В качестве рабочего оборудования используют гидравлические прессы.
Штамповка взрывом. Разновидность импульсного способа. Активно используется в сфере производства летательных аппаратов. Принцип работы основан на передаче воздействия взрывной волны через воздух или воду. В результате заготовка деформируется, приобретая очертания используемой матрицы.

Помимо производственных функций, энергию взрыва используют в качестве привода подвижных частей оборудования. Метод был разработан в Харьковском авиационном институте в 1949 году.

Технологический процесс, при котором изделие получают путем давления на расплавленный металл, называют жидкой штамповкой. Ввиду высокой стоимости матриц и пунсонов метод целесообразно использовать только в массовом производстве.

Листовая штамповка

Штамповку деталей из листового металла используют в массовом производстве для изготовления объемных или плоских конструкций. Процесс формирования готового изделия происходит с применением специального инструмента, который называется штамп. Технологию листовой штамповки использовали еще древние люди. С ее помощью изготавливали посуду, украшения и сельскохозяйственные принадлежности.

Процесс обработки заготовок делят на две категории, которые отличаются рабочей температурой:

Холодная штамповка. Данный метод считают наиболее эффективным. Его применяют для изготовления кузовных деталей транспорта. Грамотная разделка помогает рационально использовать основной материал. Наилучших показателей можно добиться, используя углеродистые и легированные стали, а также листовую медь и алюминий.
Горячая штамповка. Как следует из названия, данный метод подразумевает предварительный нагрев заготовки. Для этого используют пламенные или электрические печи. Технологические операции данного метода абсолютно не отличаются от холодного способа производства. Единственный нюанс заключается в толщине листового металла: данный показатель не должен превышать 5 мм. С помощью данного метода производят элементы корпуса в судостроительной промышленности.

Объемная штамповка

Разновидность обработки деталей давлением. Особенность процесса заключается в использовании заготовок простейшей геометрической формы. Данная технология позволяет получить в результате объемной пластической деформации более сложное изделие.

Горячая штамповка характеризуется повышенной температурой, при которой протекает процесс. Степень нагрева зависит от используемых материалов. В отличие от штамповки жидкого металла агрегатное состояние заготовки остается неизменным.

Рассмотрим особенности каждого процесса.

Технология горячей объемной штамповки (ГОШ)

Горячую объемную деформацию деталей выполняют под воздействием температуры и давления на заготовку. Для получения необходимой формы материал нагревают и помещают в закрытые штампы. Между используемыми пресс-формами отсутствует зазор. Таким образом, готовое изделие формируется в закрытой полости, которая называется ручьем или гравюрой. Подход характеризуется низким процентом облоя, однако требует внимания на стадии заготовок.

Готовые изделия отличаются точностью размеров и качеством поверхности.

Определяется тип штампа.
Разрабатывается подробный чертеж.
Технологи рассчитывают количество переходов от заготовки до готового изделия.
Для каждого промежуточного этапа готовят индивидуальный чертеж.
Подбирают пресс-формы для переходов.
Определяют параметры и способ нагрева заготовки.
Исходя из требований к детали определяют необходимые финишные процедуры.

По завершении разработки проекта экономисты рассчитывают себестоимость выполнения работ.

По сравнению с горячей ковкой ГОШ обладает гораздо большей производительностью и точностью работ. Требования к подготовке оператора оборудования не отличаются строгостью: среднее время обучения специалиста составляет 6 месяцев. К недостаткам относят ограничение по массе конечного изделия и высокую стоимость штамповочного оборудования.

Метод холодной объемной штамповки

В качестве заготовок для холодной объемной штамповки используют калиброванные прутки или проволочный материал. Технология позволяет получить изделия высокой точности и чистоты поверхности. Кроме того, благодаря отсутствию рекристаллизации металла, такие детали отличаются высокой устойчивостью к механическим повреждениям.

Основным недостатком технологии считают чрезмерные усилия, которые необходимо прилагать для получения готового изделия. По сравнению с ГОШ этот показатель выше в 10–15 раз. Высокие механические нагрузки негативно влияют на продолжительность эксплуатации штампов.

Суть и назначение холодной штамповки листового металла

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

Холодную листовую пластичную деформацию ценят за следующие преимущества:

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

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

Операции холодной штамповки

Любую рабочую операцию листовой штамповки можно отнести к группе разделительных или формоизменяющих действий. Рассмотрим основные процедуры:

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

Классификация оборудования для штамповки

Штамповочный пресс представляет собой станок с кривошипным или гидравлическим приводом. На рынке имеется широкий выбор оборудования. Характеристики штамповочных линий отличаются по прочности и размерам обрабатываемых материалов. Для мягких металлов не требуются станки высокой мощности.

Штамповочное производство и оборудование для него регламентированы требованиями межгосударственных стандартов. Кроме того, ГОСТ устанавливает предельно допустимый расход материалов и утверждает правила разработки проектов.

Рассмотрим оборудование, которое применяется на производственных предприятиях.

Кривошипно-шатунные прессы

Принцип действия оборудования основан на преобразовании кривошипно-шатунным механизмом крутящего момента в возвратно-поступательное движение ползуна.

Подобное оборудование относят к механизмам простого типа. Они могут быть двойного или тройного действия.

Гидравлические прессы

Наиболее мощное оборудование, способное развивать усилие до 2 тыс. тонн. Принцип действия основан на перемещении двух гидравлических цилиндров разного диаметра. Величина отличия в размерах определяет степень воздействия на поверхность. Жидкость приводится в движение с помощью специальных насосов с электрическим приводом.

Радиально-ковочные прессы

Представляют собой формовочный пресс для изготовления деталей цилиндрической конфигурации. В комплектацию станка входит индукционная печь для предварительного нагрева болванок.

Оборудование используется для получения поковок квадратного, круглого или прямоугольного сечения.

Электромагнитные прессы

Продукт современных технологий. В качестве движущей силы используется энергия электромагнитного поля, которая давит на сердечник с проволочной обмоткой. В процессе перемещения он воздействует на исполнительную часть станка.

Автоматические штамповочные линии

Современные станкостроительные предприятия предлагают широкий выбор автоматических штамповочных линий и комплексов для решения различных задач. Станки представляют собой высокотехнологичное оборудование, изготовленное под руководством квалифицированных инженеров-технологов.

Современные комплексы оснащают системами ЧПУ с центральным сенсорным дисплеем, что сводит функции оператора к минимуму.

Штамповка металла – востребованная технология, которая позволяет производить детали с высокими эксплуатационными характеристиками. Как вы считаете, могут ли полуавтоматические станки конкурировать с числовым программным управлением или такое оборудование является устаревшим? Поделитесь вашим мнением в блоке комментариев.

Холодная штамповка металла: методы, технология, виды, оборудование

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

Тонкости технологии

Штамповка, или штампование, как часто называют такую технологическую операцию, – это процесс, при котором заготовка из металла под воздействием давления подвергается пластической деформации. В результате такого воздействия, для оказания которого используется специальное оборудование, из заготовки формируется готовое изделие требуемых размеров и формы. Деформирование металлической заготовки может выполняться с ее предварительным нагревом, тогда такой процесс называется горячей штамповкой. Если же никакого предварительного термического воздействия на заготовку не оказывается, тогда выполняется холодная штамповка металла.

При выполнении холодной штамповки металла используется специальная технологическая оснастка. При этом металл, из которого сделана заготовка, подвергается дополнительному упрочнению. Между тем при выполнении холодной штамповки металла ухудшается его пластичность. Повышение прочности заготовки при выполнении холодной штамповки приводит к увеличению хрупкости металла, что является достаточно негативным фактором. Чтобы избежать этого, между технологическими операциями, из которых состоит штамповка деталей в холодном состоянии, выполняют термическую обработку заготовки – рекристаллизационный отжиг. В готовых изделиях, которые в процессе производства были подвергнуты такой термической обработке, оптимально сочетаются параметры прочности и пластичности.

Виды холодной штамповки

Для того чтобы изменить изначальные геометрические параметры металлического листа в нескольких направлениях, применяется холодная объемная штамповка. Чтобы не увеличить сопротивление металла и, соответственно, не снизить его текучесть, такую технологическую операцию выполняют при температуре, которая не превышает ковочную.

Используя данную технологию, которая требует применения специального оборудования, изготавливают изделия повышенной точности, без таких дефектов, как горячие трещины, царапины, заусенцы и риски, участки, подвергнутые усадке металла. Однако из-за того, что штамповочный пресс, используемый для выполнения объемной ХШ, вынужден преодолевать огромное сопротивление ненагретого металла, получить с его помощью детали сложной конфигурации проблематично. В таких случаях лучше использовать не холодную, а горячую штамповку.

Еще одним видом обработки металла давлением, при выполнении которой заготовки не подвергаются предварительному нагреву, является холодная листовая штамповка. При выполнении обработки по данному методу в качестве заготовок могут выступать лист, лента или полоса, изготовленные из металла. Толщина стенок обрабатываемой детали при использовании такой технологии практически не изменяется, а получить пространственные изделия можно только из пластичных металлов.

Этапы изготовления штампов

Большую роль в обеспечении требуемого качества готового изделия играет проектирование штампов для холодной штамповки, за счет которых и происходит формирование детали с требуемыми геометрическими параметрами. Выполняться рабочие чертежи таких рабочих инструментов, устанавливаемых на штамповочных прессах, могут как в двух-, так и в трехмерном формате. Для решения этой задачи требуются соответствующие знания и навыки.

Разработка чертежа и последующее изготовление штампа, используемого для холодной штамповки, выполняются в несколько этапов:

составление эскиза будущего штампа;
изучение схемы, по которой будет выполняться раскрой материала, проверка такой схемы посредством специальной компьютерной программы;
редактирование эскиза, если в том есть необходимость;
окончательная проверка размеров разработанного штампа;
обозначение положения и точных размеров отверстий, которые будут выполнены на рабочей поверхности штампа.

Разрабатывая штампы для холодной штамповки, необходимо разбить чертеж готового изделия на отдельные части и внимательно изучить их. После того как такая процедура будет выполнена, осуществляют производство штампов. При этом необходимо уделить особое внимание требованиям, которые предъявляются к параметрам готового изделия. Для каждого этапа технологического процесса холодной штамповки разрабатывается маршрутная карта, в которой учитываются как время выполнения отдельных операций, так и характеристики поковок на отдельных этапах обработки.

В таком вопросе, как выполнение холодной штамповки металлической заготовки, значение имеют очень многие параметры, к которым, в частности, относятся последовательность выполнения технологических операций, распределение материала в полости рабочего инструмента, используемое оборудование и режимы обработки.

К процессу изготовления штампов для холодной штамповки также предъявляются серьезные требования, поскольку именно от точности данного инструмента зависит качество формируемого изделия.

Штамповка деталей, при которой в качестве заготовки используется листовой металл, может включать в себя целый перечень механических операций. Такими операциями, в частности, являются резка, вырубка, выдавливание, гибка, холодная высадка, формовка, обжим и вытяжка. При этом резка, вырубка и ряд других технологических операций относятся к разделительным операциям, а холодная высадка, формовка, гибка и др. – к формоизменяющим.

Характеристика листовой штамповки

холодная листовая штамповка является на сегодня одной из самых широко распространённых технологий обработки металлов, пластмасс и некоторых других материалов. Диапазон применения технологии — от крупных конструкций в судостроении до тонкостенных деталей бытовой техники

Технология характеризуется следующими неоспоримыми преимуществами:

Исключительные возможности для механизации и автоматизации производственных процессов.
Снижение себестоимости изготовления массовых изделий.
Высокий коэффициент использования листового металла.
Возможность точного изготовления тонкостенных, но прочных изделий практически любой формы.
Минимальная потребность в последующей механической обработке.

Однако, кроме явных достоинств, холодная листовая штамповка металла обладает и недостатками. Это, прежде всего:

Высокая трудоемкость проектирования технологического процесса.
Высокая стоимость подготовки производства изготовление пресс-форм.
Высокая квалификация отладчиков прессового оборудования.

Следует отметить, что при больших сериях выпускаемых изделий эти недостатки нивелируются за счет известного из экономики эффекта масштаба, и себестоимость производимой продукции оказывается ниже, чем при альтернативных способах обработки металлов.

Виды оборудования для листовой штамповки

Для различных видов операций листовой штамповки применяется широкий спектр оборудования.

Так, для операций резки используют вибрационные, или гильотинные ножницы.

Для выполнения формообразующих операций применяют основное штамповочное оборудование — станок для листовой штамповки или пресс. По типу они различаются на:

Кривошипно-шатунные.
Гидравлические.
Радиально-ковочные.
электромагнитные.

Самым простым в устройстве и обслуживании является пресс с кривошипно-шатунным приводом. Он пригоден для выполнения несложной листовой штамповки — тонкостенных деталей малого и среднего размера простой формы.

Пресс с кривошипно-шатунным приводом

Гидравлические прессы позволяют развивать намного большее усилие (до 2 тысяч тонн) и точнее регулировать ход пресса. Этот тип оборудования применяют для операций гибки или объемной штамповки из листа большой толщины.

Радиально-ковочные комплексы используют для листовой штамповки деталей, имеющих форму тела вращения.

Электромагнитные прессы — достаточно новый тип оборудования. Давления на заготовку производится за счет массы электромагнитного сердечника, направляемого к пуансону электромагнитным импульсом. Импульс противоположной полярности возвращает сердечник в исходное положение. Такой привод намного проще в изготовлении и обслуживании, чем гидравлический, но пока не достигает его мощности.

Принцип работы

Физический принцип работы штамповочного оборудования — это пластическая деформация листовой заготовки под давлением. Форма будущей детали задается двумя деталями — матрицей и пуансоном, которые прижимают к листовой заготовке с двух сторон под большим давлением. Там где у матрицы находится выпуклость — у пуансона расположена соответствующая ей по форме и размерам впадина. Деформируясь, листовая заготовка повторяет форму матрицы и пуансона.

Вместе с этим может происходить просечка отверстий, вырубка отдельных деталей из материала листа. При проектировании технологического процесса холодной штамповки деталей из листового металла конструктор оснастки и технолог комбинируют и по возможности совмещает формоизменяющие разделительные операции, чтобы обойтись минимальным числом рабочих проходив штампа и снизить, таким образом, себестоимость изготовления изделия.

В случае тонких листов осуществляется холодная листовая штамповка. При работе с толстыми листами или с мало пластичными сплавами заготовку предварительно нагревают, чтобы повысить ее пластичность.

Рассмотрим, как осуществляются некоторые операции разделительного характера.

Резка

При проведении резки от детали отделяется определенная часть путем ее разрезания по фигурной или прямой линии. Такая разделительная операция выполняется с помощью пресса, выполненного в виде ножниц разной конструкции.

Такая операция предназначена в основном для подготовки заготовки к другим способам обработки.

Пробивка

Операцию, называемой пробивкой, используют для создания в заготовке отверстия разной формы. Часть металла при пробивке из заготовки удаляется совсем, и ее вес уменьшается.

На рисунке показана схема процесса пробивки.

Вырубка

С помощью процесса вырубки металлической детали придают готовый вид изделия, имеющего замкнутый контур.

На рисунке показана схема изготовления детали с помощью вырубки.

2. Формообразующие деформации включают изменение формы и размеров изделия при перемещении его отдельных областей, не приводящем к его общему разрушению. К ним относят вытяжку, гибку, рельефную формовку, скручивание, обжим и другие операции.

Рассмотрим некоторые виды операций, не приводящие к физическому разрушению формы.

Вытяжка

С помощью вытяжки из листовых плоских заготовок получают полые объемные изделия. Например, таким способом изготавливают детали, имеющие форму полусферы, цилиндра, конуса, куба и других видов. На рисунке показаны разные варианты выполнения вытяжки.

Гибка

С помощью операции гибки листовому изделию придается заданная форма его изгиба. В зависимости от вида гибки такая операция дает возможность получать изогнутые изделия разной конфигурации. Некоторые из них показаны на рисунке.

Рельефная формовка

Этот вид операции подразумевает видоизменение локальных частей изделия, его внешняя конфигурация остается без изменения. На рисунке изображена схемы некоторых операций формовки:

Возможно также применение комбинированных операций, включающих разделение и формообразование одной детали.

Технологический процесс проведения холодной штамповки состоит из этапов, которые связаны с характером деформационной операции и зависят от вида используемого штампового оборудования.

Разработка техпроцесса проводится в следующей последовательности:

Обозначается структура основных операций, включающая их характер, количество и последовательность выполнения.
Выполняется расчет первоначальных, промежуточных и готовых размеров детали, а также необходимых деформационных усилий для достижения нужного результата.
Проводится документальное оформление технологического процесса.

В техпроцесс могут быть внесены дополнительные операции, с помощью которых заготовка приводится к виду, удобному для обработки. К ним относятся очистка, правка листов, нанесение смазки и другие операции.

После штамповки изделие может быть подвергнуто и ряду вспомогательных операций, к которым относятся отжиг и травление. При помощи таких операций готовому изделию придаются требуемые механические характеристики. Чтобы повысить износостойкость изделий, полученных методом холодной штамповки, на их поверхность наносят различные защитные покрытия.

Если заготовку из листового металла необходимо подвергнуть объемной штамповке, то такая операция может выполняться по двум технологическим схемам.

Первая из них состоит из трех операций:

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

При выполнении холодной штамповки по второй технологической схеме к трем вышеуказанным этапам добавляется еще один – предварительная подготовка мерных заготовок, из которых и будут формироваться готовые изделия.

Видео

Виды вырубных штампов, технология изготовления

Штампы для работы с листовым металлом. Виды и назначение штампов. Изготовление штампов для холодной штамповки металла, разработка чертежей и основные этапы производства.

Изготовление изделий холодной штамповкой – один из основных способов в технологии холодной металлообработки, применяющийся в различных отраслях промышленности. При реализации метода осуществляется пластическая деформация ненагретых заготовок с использованием специальных штампов: гибочных, формовочных, вырубных и иных. Применение специальной оснастки позволяет выпускать продукцию любых размеров и формы. Изготовление штампов для холодной штамповки металла – процесс не из простых, требующий не только тщательной разработки технологической документации, но и неукоснительного следования им на каждом этапе производства.

Что такое штамп

Штамп – это один из видов технологической оснастки, используемый для придания заготовке из листового металла формы и объема на специализированном оборудовании.

Существует два способа обработки металла штампованием:

горячий, подразумевающий предварительный нагрев заготовки;
холодный, выполняемый без температурной обработки материала.

Горячий способ используется для металлов и сплавов, обладающих низкой пластичностью при толщине заготовок от 5 мм. Процесс подразумевает наличие значительных размерных допусков, так как при остывании материал коробится, меняет форму.

Холодная штамповка позволяет создать продукцию с минимальными отклонениями от назначенных параметров.

При холодном штамповании материал теряет пластичность, но при этом дополнительно упрочняется. Для предотвращения увеличения хрупкости по окончании технологического цикла изделия подвергаются рекристаллизационному отжигу.

Виды штампов и их назначение

технологическому;
конструктивному;
способу подачи заготовок.

По технологическому признаку оснастка относится к одной из двух основных групп, предназначенных для выполнения операций с листовым металлом:

К первой группе отнесены штампы для вырубки металла, отрезки, нарезки, обрезки, пробивки, зачистки. Для изменения геометрических параметров заготовок применяется оснастка для вытяжки, формования, гибки, объемной штамповки.

Помимо этого, классификация инструмента по технологическому признаку подразумевает их разделение по степени совместимости операций на одно- и многооперационные (комбинированные). Последние также разделяются на приспособления последовательного и совмещенного действия.

По типу конструкции штампы делятся на модели:

без направляющих элементов;
блочные (с колонками);
пакетные (с плитой).

В зависимости от реализованного метода подачи заготовки оснастка для холодной штамповки разделяется на ручную и автоматическую.

Изготовление штампов

Определяющим моментом для достижения качества продукции, соответствия ее заданным геометрическим параметрам является проектирование и процесс изготовления штампов для холодной штамповки металла.

Разработка рабочего чертежа оснастки и последующее ее производство осуществляется в несколько стадий:

выполнение эскиза;
проработка технологической схемы, в соответствии с которой производится раскрой металла, проверка работоспособности принятого варианта в специальной программе;
внесение корректив в предварительно составленный рисунок (при необходимости);
проверка параметров;
нанесение размеров и позиций отверстий, выполняемых на поверхности оснастки.

При разработке инструмента для штамповки металла важно определить «золотую середину» между качеством изготавливаемой продукции и ее минимальной стоимостью.

Производство штампов следует начинать после тщательного изучения чертежей. Отдельного внимания требуют условия, предъявляемые к характеристикам готовой продукции из металла. Для каждой стадии технологического процесса должна быть разработана маршрутная карта, учитывающая срок осуществления операций и параметры заготовок на различных этапах сборки.

Точность инструмента для штамповки металла во многом определяет качество создаваемой продукции.

Изготовление изделий в условиях поточного производства в большинстве случаев включает в себя множество операций:

резание;
вырубку;
формовку;
вытяжку;
холодную высадку;
обжим.

По завершении штамповки изделия обычно подвергаются дополнительным операциям: травлению или отжигу, – придающим необходимые эксплуатационные характеристики. Для повышения износостойкости поверхности на металл наносятся разнообразные защитные покрытия.

А вы когда-нибудь работали со штампами для холодной штамповки на производстве или в домашних условиях? Поделитесь, пожалуйста, своим опытом в комментариях.

Читайте также: