Горячая объемная штамповка

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:

  1. Безграничные возможности для механизации и автоматизации процесса.
  2. Низкая себестоимость производства.
  3. Высокий коэффициент использования материала.
  4. При изготовлении тонкостенных элементов не снижается прочность конструкции.
  5. 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:

  1. 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.
  2. Пробивка. Получение отверстия произвольной формы.
  3. Вырубка. Разделка конструкции по замкнутому контуру. При этом отделенная часть является деталью, а не отходом, как при пробивке.
  4. Отбортовка. Операция создания бортика по наружному или внутреннему контуру. Чаще всего процедуру проводят на торцевой части труб, в местах установки фланцев.
  5. Вытяжка. Преобразования плоского изделия в полую объемную деталь. Процесс может сопровождаться изменением толщины стенок.
  6. Обжим. Уменьшение размеров торцевой части путем обжатия в конической матрице.
  7. Гибка. Придание изогнутой конфигурации плоским деталям. Наиболее распространенной является V- и U-образная гибка.
  8. Формовка. Изменение локальной формы детали с сохранением размеров наружного контура.

Прогрессивные способы штамповки листового металла

Штамповка резиной. Используется для заготовок малой толщины и высокой пластичности. Роль матрицы или пуансона выполняет твердая резина. Упрощается изготовление пуансона, подходит для малых серий штамповки.

Схемы листовой штамповки эластичными средами

Штамповка жидкостью. Роль пуансона играет жидкость, подаваемая под давлением. Она прижимает заготовку к матрице и заставляет лист в точности повторять ее форму. Метод используют для вытяжки изделий сложной пространственной формы.

Штамповка взрывом. В защищенной камере производят подрыв небольшого заряда взрывчатых веществ. Возникающее в результате высокое давление вдавливает заготовку в матрицу. Метод используют для деталей больших размеров и замысловатой конфигурации, которые затруднительно изготовить по-другому. Достигается существенная экономия в стоимости оснастки.

Электрогидравлическая штамповка листового метал

Электрогидравлическая штамповка. Роль механического давления выполняет ударная волна в жидкости, которая вызывается разрядом высокого напряжения. Метод отличается высокой точностью и экономичностью.

Схема магнитно-импульсной штамповки листового металла

Магнитно-импульсная штамповка. Магнитные импульсы высокой интенсивности формируют высокоэнергетическое магнитное поле, воздействующее на заготовку, вызывающее в ней вихревые токи и вынуждающее ее принимать заданную форму. Таким способом проводят обжатие труб, формовку сложных рельефов.

Жидкая штамповка

В отличие от предыдущих способов, относящихся к холодной объемной штамповке, данный метод является комбинацией двух технологий: штамповки и литья. Вначале в матрицу заливают необходимый объем расплавленного металла, после чего в нее опускают пуансон.

Жидкая штамповка

Происходит выдавливание жидкого металла в зазор между матрицей и пуансоном, который и представляет собой форму будущего изделия. Способ используют при изготовлении больших тонкостенных деталей корпусов из легкоплавкого и пластичного сплава.

Изготовление штампов по металлу

Для изготовления штамповки из заготовки конструируются штампы по металлу. На первом этапе идет разработка чертежей со спецификацией и деталировкой.

  1. Рабочие части — пуансон и матрица. Изготавливаются из инструментальной стали У8а, У10а, Х12М. После термообработки получают закалку до 60 единиц по Роквеллу.
  2. Пуансонодержатель. Материал — Ст.3
  3. Прокладки. Изготавливаются из конструкционной стали со степенью закалки 45 единиц по Роквеллу.
  4. Съемник. Делается из Ст.3
  5. Верхняя и нижняя плиты. Их толщина зависит от усилия, затрачиваемого на штамповку.
  6. Колонки и втулки. Материалом является Сталь 20. По поверхности ведется цементация на глубину 1–1,5 мм. Затем проводится закалка этого слоя.
  7. Хвостовик. Вставляется в ползун пресса.

Детали для изготовления штампа

Кто такой штамповщик и чем он занимается

Название профессии происходит от слова штамповать. Сам процесс представляет собой изготовление изделия из цельного куска путем давления специальным прессом на него. Это может быть рулон металла, лист стали или пластика.

Штамповщик работает за специальным оборудованием – штамповочным прессом. Кроме этого мастер нередко стоит за трубогибочными станками разного назначения и типа. Штампование сегодня – важная деятельность в самых различных сферах. Таким способом делают колесные диски, кухонную утварь, прокладки, цельные детали для машиностроения и даже для ювелирного ремесла.

Задача штамповщика следить за процессом работы оборудования, при необходимости производить отбраковку деталей, налаживать станок, предварительно останавливая весь процесс.

Спектр задач, возложенных на штамповщика достаточно большой. Специалист обязан:

  • уметь настраивать оборудование;
  • знать технологию штампования больших деталей разнообразного типа, применять ее на практике;
  • следить за исправностью рабочего оборудования (кривошипных, фрикционных и других прессов);
  • обладать навыками работы с измерительными инструментами знать, их назначение;
  • уметь работать с разными штампами (для просечки, ковки, сворачивания, пробивки отверстий);
  • обладать навыками работы с разными металлами – сталью, серебром, платиной, золотом.
  • знать и соблюдать технику безопасности на рабочем месте;
  • сообщать руководству информацию о неисправности оборудования.

Для собственной защиты, сотрудник цеха обязан не только соблюдать правила безопасности, но и носить специальную защитную амуницию, включающую в себя каску, спецодежду, защитную маску.

Выбор технологии

По выбранной технологии можно производить несколько типов деталей:

► Удлиненные – к ним относятся рычаги, валы, воротки и иные. Обработка производится плашмя при использовании штамповочного пресса. Последним этапом этой работы является фасонирование, исполняемое в заготовительных вальцах для ковки.

► Дисковые – к ним относятся кольца, диски, шестерни, крышки и иные изделия. При выполнении данной операции используется метод осадки, производимый в торец заготовки. Для этого процесса применяются штамповочные переходы.

Таблица типовых изделий для разной формы поковок с подробным описанием:

№ п/пКраткое описание характеристикиТиповые изделия
Изделия удлиненной конфигурации
1.Прямая осьБалки, валы, втулки, шатуны
2.Изогнутые по осиРычаги, предназначенные для рулевого управления
Симметричные
1.Круглые изделияФланцы, шестеренки и ступицы
2.Квадратные и многоугольныеГайки, фланцевые соединения и ступицы
3.Изделия, имеющие отросткиТипа вилки и крестовины
Иные изделия
1.Комбинированной формыКоленвалы, поворотные кулачки
2.С количеством необрабатываемых поверхностей большего объемаРычажные элементы для переключения передач, крюки для буксира и балки для параллельных осей
3.С внутренними отверстиями и заглублениямиВалы с полостями, шестеренчатые блоки и детали для фланцевых соединений

► Штамповочные ручьи, которые в свою очередь подразделяются на:

  1. Протяжные (увеличивается длина отдельных элементов на обрабатываемой заготовки, именно по этой части производится нанесение ударов с кантованием детали).
  2. Заготовительные (выполнение фасонирования детали или равномерное перераспределение металлической массы с минимальными потерями).
  3. Пережимные (при этом одновременно уменьшается высота и увеличивается ширины обрабатываемой заготовки).
  4. Подкатные (диаметр отдельных участков увеличивается при распределении металла по оси заготовки).
  5. Гибочные (производится формирование поковки заготовки с изгибом по оси под 90 0).

► Разновидности штамповочных ручьев:

  • Черновые – конфигурация обрабатываемого материала в большей степени приближена к форме поковки. К особенностям относятся увеличенная глубина, радиусы и уклоны по отношению к параметрам изделия, выполненного начисто.
  • Чистовые – при приобретении требуемой формы увеличиваются размеры на ту величину, на которую увеличиваются усадки металлической заготовки. Металлопрокат располагают в центральной оси штампа, так как на его оказываются максимальные усилия.

Плюсы и минусы

Список положительных характеристик штамповщика достаточно обширный. Сюда можно отнести официальное трудоустройство, стабильную заработную плату. Кроме того, сотрудник предприятия получает доплаты за вредный труд. При выполнении или перевыполнении поставленного плана штамповщику выплачиваются премиальные. Кроме финансовых выгод, к плюсам добавляются возможность карьерного роста и социальные льготы. Нередко на промышленных предприятиях имеется профсоюз, на поддержку которого можно рассчитывать в трудных ситуациях.

Вместе с тем, отрицательных факторов в профессии хватает

Самое важное, что штампование – сложная физическая работа, усугубляющаяся вредными производственными условиями. Высокий уровень ответственности, частые стрессы и монотонная работа могут негативно сказаться на здоровье сотрудника

Кроме того, не исключается риск производственных травм или аварийных ситуаций.

Технология штамповки

Технология изготовления деталей штамповкой как горячим, так и холодным способом предполагает наличие оснастки. Для обоих видов изготавливаются штампы, которые имеют определенные отличия. Применяются они для металла, который имеет разную степень толщины.

Заготовки большого размера предварительно нагреваются, а затем идет процесс ковки.  В холодном состоянии толщина листа редко превышает 1 мм. С таким материалом проводятся разные операции, например, штамповка значков.

Технология проведения штамповки

Холодная штамповка

В процессе холодной штамповки листового металла нагрев не проводится. Усилия пресса хватает, чтобы проводить разделительные или формоизменяющие операции. Как результат полученная деталь, не подверженная процессу усадки. Для экономии материала штамповку проводят согласно правилам раскроя листа, которые регламентируются ГОСТом.

К холодной штамповке относятся такие операции:

  1. Вырубка-пробивка. В процессе вырубки готовая деталь падает в контейнер, а снаружи остаются отходы. При пробивке, наоборот, отход падает в контейнер, а деталь формируется снаружи. Конструкция штампов одинаковая. В процессе работы проводится разделительная операция, в которой участвует пуансон и матрица штампа.
  2. Гибка. Относится к несложной операции. Деталь укладывается между упорами на матрицу и давится сверху пуансоном.
  3. Вытяжка. Часто получается за несколько переходов. Для этого изготавливаются отдельные штампы. В процессе работы из круглой заготовки получается стакан, конус или полусфера. Получается это за счет перераспределения металла в исходной заготовке.
  4. Отбортовка. Пуансон ловит фиксатором отверстие в детали и расширяет его, отбортовывая стенки.

Важным моментом является правильный выбор зазора между пуансоном и матрицей. Эта величина зависит от толщины и вида материала. Чем толще металл, тем больше зазор. Для алюминия и других мягких материалов этот размер уменьшается. В противном случае будут образовываться заусенцы.

Горячая штамповка

В процессе изготовления деталей из металла путем горячего прессования заготовки поступают в камеру нагрева. Горячая объемная штамповка металла начинается после достижения ими температуры 1200°С. Нагретые изделия закладываются в штамп, где имеются специальные ручьи, для предварительной и окончательной штамповки.

Если нужно осадить нагретую поковку, то она ставится в пространство между двумя плоскими бойками. Оборудование запускается, и заготовка осаживается на нужный размер.

Альтернативные методы штамповки

Штамповка металла может происходить и под действием других сил:

  1. Взрывом. Процесс проводится в воде. Материал располагается на матрице, в которой сделано углубление нужной формы. Сверху производится взрыв. В результате заготовка заполняет ручей и приобретает нужную форму.
  2. Электрогидравлическая. В водной среде подается напряжение. Происходит нагрев воды. Под действием высокой температуры возникает ударная волна, которая формирует заготовку.
  3. Протяжка металла через валки. Этот метод позволяет придать заготовке нужную форму.

Штампованные значки изготавливаются в штампе, где в углубление пуансона закладывается эмаль.

Горячая и холодная штамповка деталей / Холодная высадка

Холодную высадку выполняют на специальных холодновысадочных автоматах. Штампуют от прутка или проволоки. Пруток 1 подается до упора 2, поперечным движением ножа 3 отрезается заготовка требуемой длины и последовательно переносится с помощью специального механизма в позиции штамповки, на которых из заготовки поучают деталь.

Рис. 8. Холодная высадка

Высадка головки детали за один удар пуансона обеспечивается при l (2,5 – 2,8) d. При l (3,5 – 5,5) d – за два удара, и при l > (6 –

На холодновысадочных автоматах штампуют заготовки диаметром 0.5 – 40 мм из черных и цветных металлов. Получают такие детали как болты, винты, заклепки, гвозди, шарики, ролики и т.д. Штамповка на холодновысадочных автоматах характеризуется высоким коэффициентом использования металла ~ 95% (только 5% металла идет в отход).

Сущность технологии

Сущность процесса горячей штамповки заключается в том, что готовое изделие из металла получают из нагретой до определенной температуры заготовки, воздействуя на нее давлением, для чего используется специальный штамп. При выполнении горячей штамповки температура заготовки изменяется от состояния просто нагретой поверхности до ковочной. Чтобы ограничить течение нагретого металла в ненужном направлении, на отдельных участках внутренней поверхности штампа выполняют специальные полости и выступы. Таким образом, внутренняя поверхность штампа формирует замкнутую полость (ручей), конфигурация которой полностью соответствует форме готового изделия.

Так выглядит нижняя часть простого одноручьевого штампа

Горячая объемная штамповка (ГОШ) выполняется на металлических брусках различного профиля – квадратного, прямоугольного, круглого или периодического. В отдельных случаях производство готовых изделий по технологии горячей штамповки может выполняться из сплошного металлического прутка. Изначально его часть формируется в поковку с требуемыми геометрическими параметрами, а затем ее отделяют при помощи резки. Однако, как правило, заготовки для горячей штамповки нарезают из металлического прутка.

Наибольшую эффективность штамповка деталей, предполагающая их предварительный нагрев, демонстрирует при серийном и массовом производстве. В частности, в использовании данной технологии для производства металлопродукции крупными и массовыми сериями есть целый ряд преимуществ.

  • Отходы металла, из которого производится продукция, уменьшаются.
  • Увеличивается производительность труда.
  • При помощи данной технологии можно изготавливать изделия даже очень сложной конфигурации.
  • Готовые изделия, полученные методом горячей штамповки металла, отличаются не только особой точностью геометрических параметров, но и высоким качеством поверхности.

Схема технологического процесса изготовления детали типа «шатун» методом горячей объемной штамповки

Технологический процесс горячей штамповки включает в себя большой перечень операций, выполняемых начиная с момента загрузки детали из металла в зону обработки и заканчивая выгрузкой из оборудования готового изделия. Проектирование такого процесса подразумевает соблюдение следующего алгоритма:

  • выбрать метод, по которому будет изготовляться изделие: на штампах с открытым или закрытым ручьем;
  • разработать подробный чертеж готовой поковки;
  • установить, за сколько переходов можно сделать готовое изделие;
  • для каждого перехода разработать чертеж формируемой поковки;
  • в зависимости от требуемой мощности для каждого этапа технологического процесса выбрать соответствующее оборудование и сформировать штампы;
  • перед горячей штамповкой нагреть заготовку, выбрав способ нагрева и режимы его выполнения;
  • в зависимости от требований к качеству готового изделия определить перечень финишных операций, которым будет подвергнута поковка.

На завершающей стадии разработки технологического процесса необходимо выполнить расчет его экономических и технических показателей.

Преимущества и недостатки горячей объемной штамповки

Обработка металла, выполняемая методом горячей штамповки, может осуществляться по различным технологиям, особенности реализации которых зависят от целого ряда параметров: типа используемого оборудования, геометрических параметров и материала изготовления формируемого изделия. По технологии ГОШ можно изготавливать следующие типы деталей.

Удлиненные

В качестве таких изделий могут выступать валы различного назначения, шатуны, рычаги и другие детали подобной конструкции. Для их производства используют штамповочный пресс. Обрабатываются они методом горячей штамповки плашмя, при этом исходная заготовка подвергается операции протяжки. Заключительным этапом производства является фасонирование методом свободной ковки, выполняемое в заготовительных вальцах ковочных вальцов.

Дисковые

Это шестерни, фланцы, ступицы, крышки и другие детали круглой или квадратной конфигурации, отличающиеся относительно небольшой длиной. Чтобы изготовить продукцию данного типа, используют технологию осадки, которая выполняется в торец обрабатываемой заготовки. Для реализации такой технологии требуется использовать штамповочные переходы.

Примеры изделий, изготовленных методом горячей объемной штамповки

История возникновения процесса

Механизация процесса началась в 1850-е гг. Тогда к процессу штамповки металла начали подключать станки, что значительно ускорило процесс производства и повысило качество изделий.

А в ΧΧ веке произошёл новый подъём в области изготовления металлических деталей методом штамповки, что дало начало эре автомобилестроения. С помощью этого метода стали создаваться кузова машин и некоторые детали механизмов.

Детали для автомобиля

С 1930-х гг. штамповка деталей из листового металла стала применяться на заводах по производству летательных аппаратов и плавательных судов. А уже через 20 лет её внедрили в отрасль ракетостроения.

Метод штамповки металла стал популярен из-за ряда причин:

  • процесс производства механизирован и автоматизирован при помощи роторно-конвейерных линий, что позволяет максимально ускорить производство;
  • возможно изготовления деталей любой формы и параметров, которые могут быть как заготовкой, так и готовым изделием;
  • существует высокая точность изготавливаемых деталей, позволяющая заменять их друг на друга без доработки инструментом или на оборудовании;
  • возможно изготовление лёгких изделий высокой прочности.

Штамповка металлических деталей применяется и для массивных изделий, которые используются в качестве заготовок при строительстве автомобилей, судов, летательных аппаратов, и для маленьких лёгких деталей вроде часовых стрелок

Своей популярности штамповка обязана высокой скорости производства таких изделий и почти безграничным возможностям производства неразборных деталей любых размеров, что так важно при строительстве судов и поездов

Способы изготовления

Есть три способа изготовления формы для штамповки:

  • Переделывание имеющейся пресс-формы;
  • Изготовление с нуля;
  • Сборка из готовых материалов.

Первый вариант встречается крайне редко из-за затрат, проще сделать самостоятельно. В странах СНГ создают формы от колонков до формообразующих. Есть тенденция на изготовление пресс-форм по специализации. На разных заводах изготавливают все части формы, в конечном месте их собирают в готовый продукт.

Изготовление форм для штамповки алюминиевых деталей удешевляется путем повторного безремонтного использования пресс-форм, уже отработавших срок на более высокоточных деталях. Алюминиевые детали не имеют жестких допусков, поэтому такой вариант приемлем.

О работе механизмов

► Кривошипно – шатунные прессы. Принцип действия его заключается во вращении привода, который, в свою очередь, преобразует движение в возвратно-поступательное на установленном ползуне. Детали технического устройства выполняются из стали прочной структуры с ребрами жесткости.

Движется ползун по заданному режиму, при этом на него воздействует усилие в 8000 т. Установки кривошипного типа, используемые на производствах, снижают себестоимость деталей, а также упрощают их изготовление. Экономия составляет около 30%. Станки подразделяются на: простые, с двойным действием или с тройным действием.

С помощью технического устройства можно выполнять следующие технологические решения:

  1. Производство штампованных деталей при открытых или закрытых матрицах.
  2. Исполнение заусенца.
  3. Выдавливание заготовок.
  4. Прошивку.
  5. Обработку одновременно несколькими способами.

Под воздействием одной ударной нагрузки механические прессы производят работу, но при ударе меньшей силой от гидравлического пресса получается лучшие эффект. В связи с этим гидравлику используют для крупногабаритных и толстостенных деталей.

Гидравлические прессы. Завод – изготовитель выпускает оборудование для ковки, создания продавливающих усилий и проштамповывания поверхности. Переработка металлических отходов с их помощью тоже результативна. Принцип действия заключается в увеличении силы давления на изделие в несколько раз.

Выглядит пресс следующим образом: это два цилиндра, заполненные водой и между ними расположена труба. В каждом цилиндре находятся поршни, а основа принципа работы заложена на законе Паскаля.

► Радиально-ковочные механизмы. Заготовка располагается в модуле, в котором осуществляется нагрев по принципу индукции. После того как материал становиться мягким она подается на захват через конвейерный механизм непосредственно в зону обработки. В процессе приобретения нужной формы заготовка вращается, что обеспечивает ее равномерную обработку. Ковка детали осуществляется бойками.

Функционирование пресса производиться от мотора, присоединенного к клиноременным передачам. Их вертикальное размещение передает движение на боек и шатунный механизм. Для синхронности работы в устройстве расположены копирные барабаны. Червячные передачи приводят в работу держатель электромотором. Притормаживание движений осуществляется пружинной муфтой.

Republished by Blog Post Promoter

Особенности холодной штамповки

Холодная листовая штамповка подойдёт не только для изделий из легированных и углеродистых сталей, но и для алюминия, меди и сплавов этих металлов. При этом методе выбор штампуемых материалов может выходить за рамки металлов. Штампы для этого вида можно применять для изготовления деталей из картона, кожи, полимерных сплавов и резины.

Изделия, для изготовления которых применялась холодная штамповка металла, отличаются высокой прочностью, точностью параметров и форм, а также качеством поверхности.

В некоторых случая чистота поверхности соответствует 8 классу. Обычно чистота поверхности детали имеет от 2 до 6 класса, что является средним показателем. Но здесь нужно учитывать скорость производства, которая находится на самом высоком уровне.

Но одновременно с этим, при обработке металла методом холодной штамповки снижается пластичность материала. Из-за увеличения прочности металл становится хрупким, что относится к неоспоримым минусам этого вида обработки металла.

Для предотвращения этих негативных моментов между операциями, которые выполняются в ходе холодной штамповки, заготовка подвергается термической обработке. Это называется рекристаллизационный отжиг.

Для выбора используемого пресса и проектирования штампов, нужно знать и учесть большое количество свойств сырья, из которого будет изготавливаться продукция. Иначе может пострадать качество изделий или само оборудование.

Для выполнения операций штамповки для каждого вида изделия изготавливается индивидуальный штамп по нужным параметрам. Это делается в несколько шагов:

  • Составляется эскиз штампа нужной конфигурации.
  • Изучается схема раскроя материала и проверяется в специализированной программе на компьютере.
  • Если программа или человек выявили несоответствие эскиза с реальными требованиями, эскиз редактируется.
  • Разработка проверяется на соответствие размеров.
  • На эскизе обозначаются точные размеры и расположение отверстий на рабочей стороне штампа.

На подготовительном этапе штамповки учитывается:

  • Электропроводность и магнитная проводимость используемого материала.
  • Прочность к механическим воздействиям и твёрдость металла.
  • Ударная вязкость используемого металла.
  • Вес заготовки.
  • Износостойкость металла и его устойчивость к коррозии, что влияет на срок службы штампованного изделия.
  • Теплостойкость и теплопроводность обрабатываемого металла.

Поделитесь в социальных сетях:vKontakteFacebookTwitter
Напишите комментарий

Adblock
detector