Штамповка деталей из листового металла

Холодная штамповка металла

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

Листовое штампование

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

Для проведения работ используется два вида прессов:

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

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

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

Виды операций, проводимые во время листовой штамповки

Детали изготавливают двумя способами:

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

Плюсы и минусы метода

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

Преимуществами данного метода являются:

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

Объемная холодная штамповка

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

Холодное выдавливание

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

  • прямое;
  • обратное;
  • боковое;
  • комбинированное.

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

Высадка

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

Холодная объемная штамповка металла в открытых штампах

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

Достоинства и недостатки объемной штамповки

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

Преимущества объемной штамповки:

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

Качество изготовления продукции зависит от правильной сборки и работы штампа.

1 Основные виды штамповки металлов

Такой способ обработки применяется в мелком, среднем и большом объеме в производствах, специализирующихся на машино- и приборостроении. Штамповка изделий из металла применяется почти во всех отраслях, позволяя создавать любые детали (от стрелок часов до автомобильных дисков и элементов корпуса самолетов). Данная технология имеет очень долгую историю и даже сейчас активно развивается. Постоянно появляются новые методы, использующие силы разного происхождения, кроме гравитации. Деформирование происходит под действием гидравлического давления, электрического тока, магнитного поля и т. д. Далее мы рассмотрим вопросы, связанные с принципом действия штамповочных прессов, видами и методами деформации металла и использованием изделий, созданных таким способом в разных отраслях промышленности.

Деформация листового металла может осуществляться под действием высокого давления либо при комбинировании давления и температуры. Исходя из этого, все типы штамповки можно разделить на две большие группы:

  • холодная;
  • горячая.

Деформация листового металла

Оба типа имеют свои преимущества и недостатки, которые разграничивают сферы их использования. Холодная штамповка осуществляется при температуре ниже точки плавления металла. Это позволяет избежать усадки при остывании, но накладывает ограничения на форму конечного изделия. Таким методом создают детали без большого количества рельефных элементов, например, детали корпуса автомобиля. Основные требования к используемому материалу при холодной штамповке – высокая пластичность и отсутствие хрупких деформаций. Метод подходит для низкоуглеродистых и легированных сталей, меди, латуни, сплавов алюминия и магния, титана. Поверхность изделий получается ровной, гладкой, размеры продукции с высокой точностью соответствуют заданным.

В зависимости от вида готовой продукции холодная штамповка может быть листовой и объемной. Листовая предназначена для создания таких элементов, как корпуса приборов, детали автомобильного кузова, различные пластины сложной геометрической формы. Заготовки сохраняют свою первоначальную толщину, изменяется только их геометрическая форма. При помощи объемной штамповки производят детали, к которым выдвигаются требования особой надежности и точных геометрических размеров: коленвалы автомобилей, шаровые опоры и т. п. В процессе таких деформаций происходят вдавливание одних структурных элементов поверхности и выдавливание других.

Преимущества листовой штамповки перед обычной резкой довольно значительные. Во-первых, такая поковка имеет большую производительность – до 40 тысяч деталей за смену. Во-вторых, таким способом можно создать изделие большой мощности при малой толщине материала, например, оборудовав конструкцию ребрами жесткости, что сделать практически невозможно при любом типе резки. Поверхность полученных деталей ровная, не требует шлифовки и грунтовки перед покраской. Все перечисленные преимущества позволили повсеместно внедрить методы штамповки во всех отраслях промышленности, особенно в автомобилестроении, авиации и электронном производстве.

Листовая штамповка деталей

Горячая штамповка, или ковка, требует предварительного нагрева самой заготовки либо заготовки и штамповочного молота. Данным методом создаются детали сложной геометрической формы, требующие дальнейшей механической обработки, поскольку на стыке пресс-форм остается часть материала. Поверхность изделий вследствие нагревания до высокой температуры покрывается пленкой окислов, которые удаляются на последующих этапах производства.

Данный метод штамповки производится посредством действия на горячую деталь, которая находится между подвижной и неподвижной частями пресса. В зависимости от зазора между частями штампа ковку делят на два вида:

Листовая штамповка

  • Листовая штамповка – один из видов холодной обработки давлением, при котором листовой материал деформируется в холодном или подогретом состоянии.
  • Листовой штамповкой изготавливаются разнообразные плоские и пространственные детали – от мелких, массой от долей грамма и размерами в доли миллиметра (секундная стрелка часов), до средних (металлическая посуда, крышки, кронштейны) и крупных (облицовочные детали автомобилей).
  • Толщина заготовки при листовой штамповке обычно не более 10 мм, но иногда может превышать 20 мм, в этом случае штамповка осуществляется с предварительным подогревом до ковочных температур.
  • При листовой штамповке используют: низкоуглеродистые стали, пластичные легированные стали, цветные металлы и сплавы на их основе, драгоценные металлы, а также неметаллические материалы: органическое стекло, фетр, целлулоид, текстолит, войлок и др.
  • Листовую штамповку широко применяют в различных отраслях промышленности, особенно, автомобилестроении, ракетостроении, самолетостроении, приборостроении, электротехнической промышленности.
  • Основные преимущества листовой штамповки:
  • возможность изготовления прочных легких и жестких тонкостенных деталей простой и сложной формы, получить которые другими способами невозможно или затруднительно;
  • высокие точность размеров и качество поверхности, позволяющие до минимума сократить механическую обработку;
  • сравнительная простота механизации и автоматизации процессов штамповки, обеспечивающая высокую производительность (30 000…40 000 деталей в смену с одной машины);
  • хорошая приспособляемость к масштабам производства, при которой листовая штамповка может быть экономически выгодна и в массовом, и в мелкосерийном производствах.

Холодная листовая штамповка заключается в выполнении в определенной последовательности разделительных и формоизменяющих операций, посредством которых исходным заготовкам придают форму и размеры детали.

Операцией листовой штамповки

называется процесс пластической деформации, обеспечивающий характерное изменение формы определенного участка заготовки.

Различают разделительные

операции, в которых этап пластического деформирования обязательно завершается разрушением, иформообразующие операции, в которых заготовка не должна разрушаться в процессе деформирования.

При проектировании технологического процесса изготовления деталей листовой штамповкой основной задачей является выбор наиболее рациональных операций и последовательности их применения, позволяющих получить детали с заданными эксплуатационными свойствами при минимальной себестоимости и хороших условиях труда.

Все операции выполняются при помощи специальных инструментов – штампов, которые имеют различные конструкции в зависимости от назначения. Штампы состоят из рабочих элементов – матрицы и пуансона, и вспомогательных частей – прижимов, направляющих, ограничителей и т.д. Пуансон вдавливается в деформируемый металл или охватывается им, а матрица охватывает изменяющую форму заготовку и пуансон.

Операции листовой штамповки

Разделительные операции

предназначены или для получения заготовки из листа или ленты, или для отделения одной части заготовки от другой. Операции могут выполняться по замкнутому или по незамкнутому контуру.

Отделение одной части заготовки от другой осуществляется относительным смещением этих частей в направлении, перпендикулярном к плоскости заготовки. Это смещение вначале характеризуется пластическим деформированием, а завершается разрушением.

Отрезка

– отделение части заготовки по незамкнутому контуру на специальных машинах – ножницах или в штампах.

Обычно ее применяют как заготовительную операции для разделения листов на полосы и заготовки нужных размеров.

Основные типы ножниц представлены на рис. 15.5.

Рис. 15.5. Схемы действия ножниц: а – гильотинных; б – дисковых

Ножницы с поступательным движением режущих кромок ножа могут быть с параллельными ножами, для резки узких полос, с одним наклонным ножом – гильотинные (рис.15.5.а).

Длина отрезаемой полосы L не должна превышать длины ножей.

Классификация оборудования для штамповки изделий из металла

В самом общем случае оно представляет собой станки-прессы с определенным типом привода (о котором ниже), а также различными характеристиками прочности, производительности, количества выполняемых операций, максимального размера обрабатываемых предметов и так далее.

Выбор нужно осуществлять в зависимости от особенностей производства и от того, какую конечную продукцию следует получить: учитывая, что для сравнительно мягких материалов не нужна значительная мощность, что для серийного выпуска требуется высокая скорость, и другие нюансы конкретного случая.

Просто необходимо, чтобы модель станка соответствовала рекомендациям актуальных межгосударственных стандартов. Помимо рабочих параметров оборудования для штамповки листового металла, ГОСТы также определяют расход, нормы безопасности труда, правила проектирования и другие сопутствующие моменты.

Перейдем к рассмотрению наиболее часто используемых видов техники.

Кривошипно-шатунные прессы

Считаются сравнительно простыми по конструкции механизмами с двойным или тройным характером действия. Преобразуют крутящий момент в возвратно-поступательное движение, благодаря которому:

  • подающее устройство перемещает стальную ленту (или другой материал);
  • шаговый нож отрезает заготовки согласно заданной программе.

Достаточно надежны (в силу отсутствия сложных функциональных узлов), поэтому нашли свою нишу в массовом выпуске однотипных элементов, чаще всего небольших размеров. Оправдывают себя с экономической точки зрения в перспективе долгосрочного использования.

Гидравлические прессы

Лидируют среди всех видов оборудования по своим мощностным характеристикам: наиболее производительными их моделями выштамповка металла осуществляется с усилием до 2 килотонн.

Принцип их действия базируется на передвижении пары цилиндров разных размеров. За счет отличия в диаметрах при вращении создается определенное давление на поверхность заготовки, которое изменяет геометрию листа и позволяет получить элемент нужной формы.

За перемещение жидкости отвечают насосы: оснащенные электроприводами, они быстро обеспечивают необходимую интенсивность воздействия. Результат – готовая продукция с гладкой поверхностью, параметры которой с высокой степенью точности соответствуют заданным.

Радиально-ковочные прессы

Классический случай их применения – выпуск цилиндрических заготовок, но также они широко используются для серийного производства предметов с круглым, прямоугольным, квадратным сечением.

Современные модели таких станков, как правило, оснащаются индукционной печью, в которой материал (обычно уже в виде болванки) проходит предварительный нагрев. Термическое воздействие позволяет обеспечить должную пластичность при сохранении максимальной прочности.

Точность соответствия заданной геометрии главным образом зависит от того, какая была выбрана форма для штамповки металла, но и мастерство оператора тоже играет свою роль. Обслуживать такие станки должны специалисты, прошедшие профильную подготовку.

Электромагнитные прессы

Наиболее современные и в чем-то даже инновационные варианты оборудования.

  • Создают ЭМ-поле, энергия которого является основной движущей силой, давящей на сердечник.
  • Последний, обладающий проволочной обмоткой, в свою очередь, воздействует на инструмент (исполнительный орган).

От интенсивности влияния и зависит степень изменения размеров заготовки. Задав соответствующую программу, можно с максимальной точностью выполнить предмет любой геометрии, даже самой сложной.

Этапы изготовления штампов

Чтобы выполнить штамповку деталей, нужно уметь проектировать штампы. Если расчёты проведены неправильно, достичь хорошего результата невозможно. Этапы изготовления штампов:

  1. Чертёж будущего изделия.
  2. Разбор рабочего процесса, этапов взаимодействия элементов оборудования.
  3. Подгон окончательных размеров штампа.

Если расчёты проведены верно, нужно изготовить штамп и приступить к обработке металлических листов. Штамповка на кривошипных прессах требует точного расчёта размера заготовки, её толщины и прочности. При работе с толстыми заготовками нужно материал предварительно разогреть. Так уменьшаются показатели твердости, прочности, металл становится податливым к механическим нагрузкам.

Штамповка металлических листов считается популярным технологическим процессом. С его помощью изготавливают детали, использующиеся в автомобилестроении, самолётостроении, судостроении, строительстве. Учитывая особенности используемого оборудования, правильно изготавливая штампы, можно увеличить эффективность производства, сделать его экономичнее.

Принципы листовой штамповки

Холодная штамповка детали — технологический процесс, при котором на лист металла оказывается сильное давление. Механическое воздействие передаётся на обрабатываемый материал с помощью специальных машин. Помимо холодной существует горячая обработка.

У листовой обработки металла есть сильные и слабые стороны. Преимущества:

  • увеличение эффективности производства;
  • минимальная дополнительная обработка материалов после выдавливания;
  • возможность создания прочных изделий сложной формы;
  • актуальность применения технологического процесса при серийном производстве деталей;
  • минимальное количество отходов при обработке металлических листов.

Недостатки:

  • возникают сложности при проектировании хода работ;
  • пресс-формы требуют дополнительных вложений;
  • настройка промышленного оборудования требует наличия определённых навыков.

При серийном производстве деталей минусы скрашиваются высокой эффективностью технологического процесса.

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.

Особенности технологии

В качестве исходного сырья для штамповки может выступать металлический лист, стальная полоса или тонкая лента. Наибольшее распространение по целому ряду причин получила холодная листовая штамповка. Технологию горячей штамповки применяют в тех случаях, когда мощности используемого оборудования не хватает для деформирования металла в холодном состоянии или когда обработке необходимо подвергнуть деталь из металла, отличающегося невысокой пластичностью. Как правило, по технологии горячей штамповки выполняют обработку листовых заготовок, толщина которых не превышает 5 мм.

В зависимости от того, что в процессе выполнения штамповки необходимо сделать с листовым металлом, различают разделительные и формоизменяющие технологические операции. В результате выполнения первых от заготовки отделяется часть металла, что может происходить по прямым или кривым линиям, а также по определенному контуру. Отделение металла в таких случаях происходит из-за сдвига его частей относительно друг друга.

Резка

В процессе резки части металлической детали отделяются друг от друга по прямой или фигурной линии. Пресс, при помощи которого выполняется такая операция, правильнее называть ножницами, которые могут быть дисковыми, вибрационными или гильотинными. При помощи резки получают готовые к дальнейшей эксплуатации изделия или формируют заготовки для их дальнейшей обработки другими методами.

Схемы резки листового металла ножницами

Пробивка

Эта операция используется для того, чтобы сформировать в листовой заготовке отверстия различной конфигурации.

В процессе пробивки часть материала удаляется в отход

Вырубка

При помощи вырубки из металлической детали формируют готовое изделие с замкнутым контуром.

Пример детали, изготовляемой из полосы вырубкой

Отбортовка

Это технологическая операция штамповки листового металла, в результате выполнения которой вокруг отверстий в металлической заготовке, а также по ее контуру формируются бортики требуемых размеров и формы. Чаще всего отбортовке подвергают концы труб, на которых впоследствии планируется фиксировать фланцы.

Схема отбортовки детали вокруг заранее пробитого отверстия

Вытяжка

Это по-настоящему объемная штамповка, целью которой является получение из плоского металлического листа полых пространственных изделий. При помощи такой технологической операции можно изготавливать предметы коробчатой, полусферической, цилиндрической, конической и других форм.

Инструментальные способы вытяжки

Обжим

Данная операция выполняется при помощи матрицы конического типа. Целью обжима является сужение торцов полых деталей, изготовленных из листового металла.

При обжиме конец заготовки вталкивается в воронкообразное отверстие матрицы

Гибка

При помощи такой технологической операции штамповки заготовкам из листового металла придают требуемый изгиб.

Гибка позволяет получать детали разнообразных форм, в зависимости от которых различают типы гибки

Формовка

Это такое изменение формы и размеров локальных участков заготовки, при котором внешний контур изделия остается неизменным.

Схемы формовки

Обработке по технологии холодной штамповки могут подвергаться не только листы из углеродистых и легированных сталей, но также детали из меди, алюминия и их сплавов. Более того, используя пресс и соответствующие штампы листовой штамповки, можно выполнять обработку таких материалов, как кожа, картон, резина, полимерные сплавы.

Детали, для производства которых была использована холодная штамповка, отличаются не только точностью своих геометрических параметров, но и высоким качеством поверхности. Чистота последней в отдельных случаях может соответствовать 8-му классу. В среднем чистота поверхности штампованных изделий находится в интервале 2–6 классов, что вполне устраивает потребителей такой продукции.

Производственный цех, в котором ведется процесс листовой штамповки

Выбирая пресс для выполнения такой технологической операции, а также занимаясь проектированием штампов листовой штамповки, следует учитывать целый ряд параметров исходного сырья. Только так можно обеспечить высокое качество готовых изделий. К таким параметрам, в частности, относятся:

  • электрическая и магнитная проводимость материала, который будет подвергаться обработке;
  • твердость и механическая прочность металла;
  • масса заготовки;
  • ударная вязкость, которой обладает обрабатываемый металл;
  • теплопроводность металла, а также его теплостойкость;
  • степень устойчивости металла к коррозии и его износостойкость, что будет оказывать влияние на долговечность, которой будет обладать штампованный лист.

4 Заключение по теме

Штамповка применяется уже очень давно, так как происходит от ковки металлов – процесса, развивающегося вместе с человечеством, без которого невозможно представить себе создание орудий труда, строительных инструментов и оружия.

Современные методы изготовления деталей требуют не только высокой точности, но и экономии материала. Тогда как при резке металла очень большая его часть уходит в стружку, штамповка с максимальной рациональностью расходует материал, придавая ему форму, практически не нуждающуюся в дальнейшей обработке.

Хотя прессы, используемые для штамповки, постоянно развиваются, увеличивая мощность и производительность, их технические характеристики иногда не позволяют создать детали очень больших размеров. В таком случае на помощь приходят альтернативные методы, которые используют гидравлические, взрывные и электромагнитные силы.

Поделитесь в социальных сетях:vKontakteFacebookTwitter
Напишите комментарий