Вытяжка металла на токарном станке

Обновлено: 13.05.2024

Будущему давильщику стоит начинать с самого простого, а в давленке это алюминиевый конус толщиной 1-2мм. Итак, если есть желание изготовить воронку из цветного металла на своем родном токарном станке или свежеприобретенном давильно раскатном, собираемся и идем в ближайший лесок за подходящей заготовкой )). Правда если Вы хотите оставить на долгую память Ваш первый конус лучше сходить на рынок и купить клееный брус из бука, ясеня, дуба… или лист влагостойкой фанеры максимальной толщины и плотности. Остановившись на последнем варианте Вам придется нарезать из фанеры круги и склеить их на ПВА а при желании и собрать свое чадо на саморезах, разместив их таким образом, чтоб они не мешали при монтаже будущей оправки на станок и позволили обработать ее до нужного наружного диаметра. Итак какой бы вариант вы не выбрали – устанавливаете заготовку на станок и придаете ей нужную Вам форму. Отмечу, что при изготовлении оснастки на том станке на котором будет производиться дальнейшая вытяжка вы гарантируете себе отсутствие биений оправки. Так же потребуется некая прокладка для прижима листа металла к оправке со скольжением (если нет специального упорного носика с подшипником).

На фото приведен пример изготовления оправки для полусферы (в дальнейшем закрытой полусферы):

Таким способом можно изготавливать, как маленькие так и большие оправки: при этом они достаточно выносливы если не портить их при подрезке:

Для счастливых обладателей металлорежущих станков изготовление оправок из любого материала не нуждается в комментариях, так что на этом, о простом можно заканчивать.

Следующий вопрос возникает когда Вам потребуется изготовить «закрытую» форму которая не удовлетворяет «правилу теней». То есть изготовить оправку не проблема и обкатать не проблем, но вот снять потом готовое изделие очень даже проблематично даже если Вам не нежна больше оправка. В таком случае делаются составные оправки. Опять таки рассматриваем самый простой вариант, продолжаем раскатывать нашу полусферу за «экватор». Для этого обтачиваем оправку и распиливаем ее.

НО, если у Вас в планах не большая серия сначала откатайте нужное количество цилиндров со сферическим основанием, чтоб впоследствии на составной оправке только докатать оставшуюся часть закрытой формы.

Если вы выбрали деревянную оправку можно обойтись ножовкой по металлу для ее раскроя на составные части, толщина реза будет не велика и не существенно повлияет на форму конечного изделия.

Главное при раскрое понимать что должна быть «ключевая секция» которая будет сниматься первой!

Если Вы планируете уже серьезно подходить к раскатке высококачественного изделия закрытой формы или работать с твердыми металлами — Вам придется изготавливать высокоточную металлическую составную оснастку:

Посмотрите, пожалуйста, фильм.

О ручном давильном инструменте можете прочитать в статье «Ротационная вытяжка или «давленка» своими руками»

Ротационная вытяжка металла

Ротационная вытяжка — широко распространенный способ обработки металлов, он применяется для изготовления тонкостенных полых деталей в форме тел вращения.

Ротационная вытяжка металла

Осуществляется путем приложения давления к вращающейся листовой или полой заготовке, приобретающей в результате форму оправки.

Вытяжка металла и ее виды

Основные виды ротационной вытяжки металла:

Поступенчатое формование

Листовая заготовка в форме круга закрепляется между оправкой и суппортом. Оправка должна совпадать с внутренней конфигурацией изделия. Привод начинает вращать болванку, а управляемое формовочное давление осуществляется специальным пассивным роликом, приводимым в движение вращением заготовки. Давление осуществляется как в продольной, так и радиальной плоскостях. Ролик прижимает металл к оправке и двигается по сложной кривой то к краю болванки, то назад.

Прижим осуществляется за несколько проходов, ступенчато. В конце обработки проводится серия сглаживающих движений ролика с пониженным прижимом для получения высококачественной поверхности.

Проецирование — формование за один проход

Вытяжка осуществляется за один проход. Ролик перемещается параллельно оправке, в зависимости от угла его установки осуществляется большее или меньшее утонение стенки болванки, материал ее смещается под воздействием ролика в осевом направлении.

Проецирование — формование за один проход

Способ отличается экономичностью и точностью соблюдения размеров, а также высоким классом получаемой поверхности..

Закатка с оправкой или без нее

В этом случае осуществляется уменьшение внешнего диаметра заготовки с одновременным утолщением ее стенки за счет перераспределения материала. Закатка осуществляется по направлению к центру, в несколько проходов.

Закатка с оправкой или без нее

Как вариант применяется формование детали отдельными сегментами оправки посредством ролика со смещенным центром. Резка, дополнительное профилирование или отбортовку проводят в качестве завершающих операций.

Комбинированный

Для деталей сложной конфигурации поступенчатое формование, закатки, профилирования и резки применяются совместно в различных сочетаниях.

Процесс ротационной вытяжки металла

В качестве заготовки, как правило, используются листовая пластина в форме круга. Кроме того, для некоторых деталей используют и другие плоские фигуры — овал или эллипс, а также сложные криволинейные замкнутые контуры. Применяют и заготовки — отрезки труб, чаще всего круглых.

Подготовительные операции для уникальных деталей и небольших серий выполняются на кругорезах. В случае больших серий раскрой эффективнее выполнять на станках гидравлической резки, ввиду того, что лазерный или плазменный раскрой связан с воздействием высокой температуры в зоне разреза. Это может ухудшить пластичность материала.

Процесс ротационной вытяжки металла

Технология ротационной вытяжки используется в производстве трубообразных изделий с изменяющимся диметром и толщиной стенок, Кроме того, снаружи возможно сформировать ребра жесткости. Ротационную вытяжку металла используют и в сложных технологических процессах совместно с штамповкой, сваркой, клепкой и слесарными операциями.

Способы формоизменения ротационной вытяжкой металла

Многообразие приемов ротационной вытяжки металла сводится к одному из двух видов:

Прямой. Перемещение металла происходит по ходу формующего ролика.
Обратный. Перемещение металла происходит против хода формующего ролика.

Прямой способ

Наружный контур пуансона соответствует внутреннему контуру будущего изделия (с учетом необходимых припусков). Из-за этого оправка делается длиннее изделия. Устройство пуансона усложняется, вес, себестоимость и трудоемкость отладки технологического процесса возрастает.

Прямой способ ротационной вытяжки металла

Этот метод применим для формовки деталей в виде конуса и цилиндра с большим соотношением длины к диаметру и диаметра — к толщине стенок.

Обратный

В этом случае оправка должна совпадать по размерам и форме с внутренней поверхностью заготовки, что дает возможность выполнить оправку намного короче, чем будущее изделие.

Толстостенная ротационная вытяжка

Метод используют в производстве изделий с малым отношением длины к диаметру и относительно толстыми стенками.

Операции ротационной вытяжки металла делятся также на формовку:

С утонением — сохраняется наружный размер, толщина стенок снижается.
Без утонения — толщина стенок при обработке сохраняется, наружный диаметр меняется.
С раскатом — сохраняется наружный диаметр, толщина стенок увеличивается.

Основные виды ротационной вытяжки металла

Заготовку закрепляют между оправкой, зафиксированной на приводе, и прижимом суппорта.

Станки для ротационной вытяжки металла

Для реализации технологии применяют следующие виды станков:

Давильно-раскатные станки для ротационной вытяжки металла.
Станки ротационной ковки.
Кругорезы.

На ручных токарно-давильных станках формовка производится мышечной силой рабочего. Используются для выпуска уникальных изделий или особо малых серий. Для средних и больших серий применяют давильно-обкатные (раскатные) станки с числовым программным управлением. Гидравлика или электроприводы, управляемые контроллером согласно программе, загруженной в центральный блок ЧПУ, позволяют с большой точностью контролировать силу и направление прижима, равно как и направление движения ролика, включая самые сложные криволинейные траектории. Такие станки обеспечивают абсолютную идентичность изделий в серии, что особо важно для деталей реактивных двигателей и другой высокотехнологичной продукции

Схема ковки на станках ротационного типа

Станки ротационной ковки позволяют формовать изделия конической формы из труб путем обжимки трубы специальным инструментом — ковочным штампом. Особенность и главное преимущество заключается в уникальной возможности производства изделий, у которых:

длина во много раз превышает диаметр.
по длине возможно неоднократное изменение диаметра и угла раскрыва конуса.
требуется накатка ребер жесткости.

Кругорезы предназначены для раскроя листового проката на плоские заготовки в форме круга или эллипса. Также применяются как с ручным приводом, так и электрогидравлические.

Область применения ротационной вытяжки металла

Метод применяется для производства:

деталей реактивных двигателей в системах вооружения;
днищ и крышек резервуаров;
различных экранов в радиотехнике, включая радарные экраны;
тонкостенные сосуды сложной формы: бидоны, чайники, баллоны, котелки;
детали корпусов строительных миксеров;
детали вентиляторов и вытяжных зонтиков.

Изделия изготовленные путем ротационной вытяжки

Метод применяется также в производстве предметов современного искусства и в ателье по кастомизации уникальных мотоциклов и автомобилей.

Ротационная вытяжка или «давленка» своими руками

Наиболее активно в работе применяются утиный нос или овечий нос, хотя во многом это зависит от того какое изделие выкатывается. А самый простой инструмент в изготовлении для начала своих подвигов в давильном мастерстве выглядит следующим образом:

Его можно изготовить из кругляка инструментальной стали 16..30мм, в зависимости от того на каком станке Вы будете работать и каких габаритов будет Ваше изделие. На заточном станке или болгаркой придать необходимую форму наконечника, отшлифовать, закалить и отполировать до зеркальной поверхности. Все изъяны и недоработки после шлифовки и полировки инструмента будут переданы и приумножены на заготовке в работе! Не закаленный инструмент будет быстро приобретать повреждения поверхности — царапины и портить поверхность заготовки. При работе с таким инструментом по понятным причинам необходимо использовать смазки. Можно применять смазку для штампов, воск, мыло (для алюминия) и т.д. Главная задача обеспечить скольжение, максимально долгое прибывание смазки на заготовке в процессе работы и легкость ее очистки после окончания работы.

Следующим шагом в освоении «давленки» своими руками может быть прямой ручной инструмент с роликовыми насадками:

Он необходим для прокатки острых углов (с помощью роликов треугольной формы), закатки кромки и отбортовки (с помощью роликов с канавкой на поверхности), кроме того его можно применять для работы не только с цветными металлами, но и более твердыми ч/м (по способности к вытяжке холоднокатаный прокат толщиной до 2 мм групп прочности К260В, К270В, К310В, К330В, К350В — глубокой — Г, DX53D — Сталь формуемая коррозийно-стойкая. Качество для глубокой вытяжки, DX54D — Сталь формуемая коррозийно-стойкая. Качество для особо глубокой вытяжки, DX56D — Сталь формуемая коррозийно-стойкая — Качество для чрезвычайно глубокой вытяжки и т.д.), нерж. (304) и т.д… (крайний левый инструмент на фото оснащен твердосплавной напайкой и служит для подрезки кромки).

Инструмент для работы с черным металлом должен быть более мощным. Давить руками сталь толщиной от 1мм без рычага довольно трудоемкое занятие не говоря уже о работе с металлом толщиной 2 или 3 мм и тем более с нержавеющей сталью. Так же давильный инструмент для работы с ч/м должен быть роликовым, т.к. твердость заготовки становится близкой к твердости инструмента, а прилагаемые при раскатке усилия существенно возрастают и как результат при попытке раскатать простым инструментом он греется, повреждается и повреждает заготовку. Помимо собственно рычага применяемого для усиления давления оператора на деталь такой инструмент позволяет не заботиться об удержании в вертикальном положении раскатного ролика, снижает биение, а возросший вес инструмента ложится на опорную стойку.

Для примера приведу чертеж и фотографии готового рычажного инструмента для давильно-раскатных. Под свои задачи и на свое усмотрение можно его доработать и оптимизировать:

Опорная стойка:

Давильный рычаг с роликом + «пальцы»

Поворотный рычаг:

Фото готового инструмента:

Для облегчения работы этот инструмент хорошо применять и для работы с цветными металлами. К недостаткам инструмента с рычагом я бы отнес меньшую чувствительность, поэтому при работе с ювелирными изделиями из серебра лучше использовать прямой инструмент.

Различные модели давильно-раскатных станков можно посмотреть здесь.

Так же смотрите статью о составных оправках для изготовления ротационной вытяжкой «закрытых» форм

Формоизменяющие операции листовой штамповки. Вытяжка

Основные преимущества технологии РВ

Традиционные технологии обработки металлов такие как ковка, литье или штамповка лишены тех преимуществ, которыми обладает РВ. В процессе обработки деталей с использованием технологии РВ можно получить значительную экономию времени и средств. К преимуществам технологии РВ обычно относят:

Автоматизированные станки РВ имеют высокую производительность, особенно это касается операции формообразования конусов.
Деталь полностью повторяет профиль и почти не требует дополнительной обработки.
Даже изготовление малых или опытных серий деталей доказывает максимальную экономическую эффективность технологии РВ.
Технология РВ позволяет существенно сократить производственный цикл.
Технология РВ позволяет существенно ускорить процесс изготовления любых партий деталей самой сложной формы, такие традиционные методы обработки металлов, как ковка или литье, проигрывают по многим показателям.
При изготовлении деталей существенно сокращается расход материала.
Технология позволяет изготавливать детали из заготовок с толщиной близкой к толщине стенок детали.
Приспособления и инструмент имеют низкую себестоимость, обладают повышенной прочностью и небольшой массой.
Оснастка и инструменты, применяемые при изготовлении деталей по технологии РВ более экономически эффективные в сравнении с инструментами и оснасткой, используемой при традиционной обработке металла.
Нет необходимости производства штампов и литьевых моделей, которые, как правило, требуют использования дорогостоящих материалов и ручного труда.
Детали после изготовления по технологии РВ обладают повышенной прочностью и однородной структурой.
Благодаря этому удается существенно увеличить ресурс работы не только детали, но и сборочной единицы в целом.
Оборудование можно быстро переналадить для изготовления другой детали. Одно рабочее место позволяет производить несколько операций, благодаря этому существенно сокращается полный цикл обработки.
Нет необходимости использовать большое количество оборудования и специальной оснастки для каждого технологического перехода.

Достаточно невысокая стоимость подготовительного цикла для изготовления детали. Если производство опытное или мелкосерийное, то экономическая эффективность его является максимальной.

Возможные дефекты в процессе вытягивания металла

Автоматизированная технология ротационной вытяжки позволяет получать точные асимметричные полые детали. Благодаря давлению роликового элемента на заготовку, металл быстро принимает нужную форму. При мелкосерийном производстве используют ручные токарные станки. В сфере промышленности — устанавливают специальное давильно-раскатное оборудование.

Однако применение токарных станков имеет ряд недостатков, к которым относят необходимость постоянной смены заготовок. При ручном производстве получается невысокая скорость работы и низкая производительность. А также при постоянном нагреве металла нередко требуется его дополнительный обжиг для увеличения показателей прочности.

К другим недочетам и возможным дефектам ротационной вытяжки относят:

Наплыв металла перед зоной деформации (соприкосновение ролика и металла). Происходит при неправильном назначении режима подачи инструмента. Для устранения дефекта уменьшают рабочий угол ролика и скорость подачи металла.
Получение детали с увеличенным диаметром. Устраняется недочет при помощи увеличения рабочего угла и скорости подачи.
Появление спиральных волн на поверхности заготовки. Наличие такого дефекта ухудшает качество заготовки. Появляется недочет в результате превышения предельного значения частоты вращения, в результате инструмент «перескакивает» участки заготовки. Устраняется дефект корректировкой режима работы оборудования.

Чтобы не получалось дефектов и недочетов в процессе вытяжки деталей, за станком должен работать только профессионал.

Почему ротационную вытяжку применяют в ювелирном деле

Технология вытяжки металла подходит для разных областей промышленности, в том числе для ювелирных мастерских. Нередко мастера используют ручные токарные станки и специальное оборудование в виде удлиненной лопатки с внутренней пустотой (полостью), чтобы создать неповторимые объемные изделия.

Благодаря такой обработке удается сократить расход драгоценного металла, а также увеличить скорость создания уникальных украшений. Нередко ювелиры после получения заготовки нужной формы продолжают работать с ней вручную, добавляя драгоценные камни и создавая уникальный рифленый рисунок на поверхности.

Сферы применения и используемые материалы для изготовления деталей ротационной вытяжки

Прежде всего детали, изготовленные по технологии РВ нашли широкое применение в космической и авиационной отраслях, судостроении и машиностроении, в автомобильной и химической промышленности, в энергетическом машиностроении и средствах связи.

В авиации по технологии РВ изготавливаются детали для обтекателей и воздухозаборников, топливные баки, баллоны высокого давления, камеры сгорания и т, д.

Для производства деталей используются практически любые металлы и сплавы, широко используется алюминий и его сплавы, цветные металлы и сплавы (латунь, бронза, медь), жаростойкие стали различных марок, легированная сталь, титан и его сплавы.

Формоизменяющие операции листовой штамповки

Операции листовой штамповки подразделяются:

а) разделительные, при которых одна часть металла отделяется от другой;

б) формоизменяющие, при которых изменяется форма заготовок без их разрушения;

в) комбинированные, при которых сочетаются разделительные и формоизменяющие переходы обработки;

г) штампосборочные, при которых механически соединяются листовые штампованные детали.

К разделительным операциям относятся: резка, вырезка, вырубка. Схема операции вырубки показана на рис.1.

К формоизменяющим операциям листовой штамповки относятся: гибка, вытяжка, отбортовка, обжим, формовка и др. Условия деформации металла при этих операциях отличаются друг от друга.

Наиболее сложной операцией листовой штамповки является вытяжка (рис.2). Вытяжка ‑ это операция превращения плоской заготовки в полое изделие. При этом от металла требуется высокая пластичность, в частности равномерная деформация, определяемая (косвенно) отношением

. Наилучшие характеристики

имеет медь, латунь, малоуглеродистая сталь 08 кп и др.

Рис.1. Эскиз штампа вырубки: 1

‑ полоса листового металла;
3
– матрица.

Рис. 2. Эскиз штампа вытяжки: 1

– кольцевой прижим;
3
– матрица;
4
– заготовка.

Процесс штамповки ‑ вытяжки производится в штампе нажатием пуансона 1

на среднюю часть плоской заготовки
4
. Донышко будущей детали, проходя через матрицу, тянет за собой остальную часть заготовки к центру, что приводит к ее сворачиванию, уменьшению в диаметре и образованию стенки вытянутого изделия.

Втягивание (свертывание) заготовки диаметром D

З в отверстие матрицы диаметром
D
м приводит к наличию так называемого избыточного материала.

Вытеснение “избытка” материала обусловливает появление напряжений сжатия

, которые действуют на фланце заготовки в тангенциальном направлении. При определенных размерах фланец заготовки может потерять устойчивость, что приводит к образованию складок. Вероятность образования складок тем больше, чем больше отношение ширины фланца к толщине заготовки.

Чтобы исключить явление складкообразований, применяют кольцевые прижимы (складкодержатели) (см. рис.2), которые с определенной силой Рпр

прижимают фланец к торцу матрицы, предохраняя от образования складок.

Оборудование

Станок ротационной вытяжки предоставляет огромный потенциал для производства сложных деталей в форме цилиндра, конуса, параболы, трубы и др, которые изготавливаются за 1 рабочий цикл в большом количестве. Станок проводит тестирование изделий, выполняет обрезку и округление кромки, а также сжатие и прессование продукции. Станок оснащен системой ЧПУ, обеспечивающим максимальную точность как внешних, так и внутренних размеров детали.

Станок обладает прецизионными инструментами, безукоризненной работой сенсорики и измерительной техникой автоматов для изготовления высококачественной продукции сложных форм.

Читайте также: