Штамповка мелких изделий из тонколистового металла. Листовая штамповка как технология серийного изготовления деталей

Листовая штамповка - метод изготовления плоских и объем­ных тонкостенных изделий из листового материала, ленты или полосы с по­мощью штампов на прессах или без применения прессов. Листовая штам­повка подразделяется на горячую и холодную.

Горячая штамповка. Применяется главным образом в производст­ве котельных днищ, полушариев, буев и других корпусных деталей для судостроения. Изготовляются они из стального листа толщиной 3 ... 4 мм. Операции горячей листовой штамповки аналогичны операциям хо­лодной штамповки. Однако при составлении технологического процесса всегда учитывается нагрев. Составляя чертеж заготовки, надо учитывать утяжку металла при вырубке, пробивке и гибке, а также и степень короб­ления при остывании детали, так как ее размеры при этом несколько со­кращаются. Это обстоятельство заставляет увеличивать допуски на раз­меры в сравнении с холодной штамповкой. Нагревают заготовки в пла­менных и электрических печах, а также в электронагревательных уст­ройствах.

Холодная штамповка . Это наиболее прогрессивный метод обработки давлением, так как он позволяет получить детали, не требующие в боль­шинстве случаев дальнейшей обработки резанием. Холодной листовой штамповкой изготовляют как крупные, так и мелкие детали (рамы и кузо­ва автомобилей, шасси самолетов, элементы обшивки судов, детали часо­вых механизмов и др.).

Листовая штамповка дает большую экономию в использовании металла, обеспечивая в то же время высокую производительность. Но наибольший эффект она дает при массовом и крупносерийном производстве.

При холодной листовой штампов­ке применяются углеродистая и ле­гированная стали, алюминий и его сплавы, медь и ее сплавы, а также неметаллические материалы: кар­тон, эбонит, кожа, резина, фибра, пластмасса, поставляемые в виде ли­стов, лент и полос.

Технология листовой штампов­ки. Основным технологическим обо­рудованием для изготовления изде­лий методом листовой штамповки яв­ляются вибрационные ножницы (рис. 77), кривошипные (см. рис. 87 и рис. 88) и гидравлические прессы. Операции листовой штамповки могут быть разделены на два основных вида: разделительные и формоизменяющие. К ос­новным разделительным операциям относятся: резка, вырубка и пробивка.

Рис. 77

Рис. 87

Рис. 88

Резкой называют операцию, где происходит последовательное отделе­ние части заготовки по прямой или кривой линии. Применяется резка для получения как готовых деталей, так и раскроя листа на полосы нужной ши­рины. При раскрое листа необходимо, чтобы выход деталей из листа был максимальным, а отходы были минимальными. Рациональность раскроя определяется на основании подсчета коэффициента использования матери­ала. Под коэффициентом понимается отношение площади вырубленных де­талей к площади листа. Операция резки производится с помощью вибраци­онных, дисковых, гильотинных и других ножниц.

Вибрационные ножницы (рис. 77) представляют собой станок с корот­кими ножами. Верхний нож 5 получает колебательные движения от элек­тродвигателя 1 через эксцентриковый механизм. Листовой металл уста­навливают на столе 7 и подвигают между верхним 5 и нижним 6 ножами до упора 3, который может передвигаться и закрепляться в скобе стани­ны, 2,4 - головку, 8 - стойка станины.

Вырубка - операция по получению заготовки замкнутого контура (рис. 78). На рис. 79 приведены чертеж (I) и схема (II) типовой детали, изго­товляемой из полосы вырубкой.

Рис. 78

Рис. 79

Пробивка - получение отверстий в детали нужной формы (рис. 80).

Рис. 80

К основным формоизменяющим операциям * относят гибку, вытяжку, отбортовку, обжим и формовку.

Гибка - операция, при которой плоской заготовке придают изогну­тую форму (рис. 81: 1 - пуасон; 2 - нейтральный слой; 3 - матрица): R и г - внешний и внутренние радиусы гибки, S - толщина материала. Она может быть V -образная, U-образная и др. (рис. 82).

Рис. 81

Рис. 82

На рис. 83 представлен чертеж де­тали, отверстия в которой получены пробивкой. После этого деталь изо­гнута на штампе.

Рис. 83

Вытяжка - операция, превра­щающая плоскую заготовку в полую пространственную деталь или полу­фабрикат 2 (рис. 84). Вытяжкой из­готовляют не только цилиндрические детали, но и сложные по форме ко­робчатые, конические и полусферические. При вытяжке плоская заготов­ка 5 втягивается пуансоном 1 в отверстие матрицы 3. Для предотвращения в заготовке при сжимающем напряжении образования складок применяют прижимы 4.

Рис. 84

Вытяжка может быть без утонения и с утонением. В первом случае она происходит без заметного изменения, во втором изменяется не только фор­ма заготовки, но и толщина ее стенок. В случае, когда нужно получить глу­бокую вытяжку, ее ведут в несколько проходов. На рис. 85 показан чертеж типовой детали и из металлического листа 1, изготовленной штамповкой с вытяжкой.

Рис. 85

Отбортовка - операция образования бортов по наружному конту­ру листовой заготовки или вокруг заранее пробитых отверстий (рис. 86). Она применяется главным образом для образования горловин у плоских деталей 2, необходимых как для нарезания резьбы, так и сварки или сбор­ки. Обычно она выполняется последовательно (I, II, III) за один или не­сколько проходов в штампах, состоящих из пуансона 1 и матрицы 3. Опе­рацию отбортовки очень часто выполняют на концах труб при подсоедине­нии к ним фланцев, с помощью которых трубы будут в дальнейшем соеди­няться.

Рис. 86

Обжим - операция сужения (уменьшения) концевой части полых или объемных деталей. Осуществляется она путем обжатия материала штампом снаружи в конической матрице. При этом конфигурация обжимаемой части целиком зависит от формы штампа.

Формовка - операция, связанная с местным изменением формы с сохранением конфигурации наружного контура детали. Примером формов­ки может служить изготовление ребер жесткости на машиностроительных деталях, а также увеличение размеров по диаметру средней части полой де­тали.

Технологический процесс обработки различных материалов давлением, как упоминалось выше, производят на прессах. Прессы бывают гидравли­ческие и механические (кривошипные, винтовые, реечные и т. д.). По на­значению прессы подразделяют на ковочные, штамповочные, листоштамповочные, чеканочные, обрезные, трубопрофильные, гибочные, правильные, брикетировочные (для изготовления брикетов из кусковатых или по­рошкообразных материалов), кузнечно-штамповочные автоматы, термо- пластавтоматы и др.

Кривошипные горячештамповочные прессы ГОСТ 6809-87Е (рис. 87) изготавливаются в России давлением от 61,78 до 617,8 кН (mc - единица силы и веса). Они состоят из станины 1, ползуна 2, шатуна 3, кривошип­ного вала 4, стажных колонн 5, зубчатого колеса 6 и фрикционной муфты 7. Применение прессов для горячей объемной штамповки очень эффек­тивно в сравнении с другим технологическим оборудованием. Они обеспе­чивают более высокую точность поковок при значительной экономии ме­талла. Наличие в них индукционного электрического нагрева способству­ет улучшению условий труда в цехе: уменьшаются шум и сотрясение зда­ния, устраняется задымленность производственных помещений. Управление прессом осуществляется ор­ганами регулирования и с помо­щью сжатого воздуха из цеховой магистрали.

Рис. 87

На рис. 88 показан пресс для хо­лодной штамповки ГОСТ 9408-89Е, состоящий из стойки 1, электро­двигателя 2, цилиндра уравнове­шивания ползуна 3, зубчатого ко­леса 4, направляющих 5, ползуна 6 и стола пресса 7. На подобных прессах изготавливают как мел­кие, так и крупные листовые дета­ли, например, кузова автомобилей. Возможное давление пресса - 30,89 кН.

Рис. 88

Гидравлические прессы обладают наилучшей характеристикой для глу­бокой вытяжки и других операций листовой штамповки, так как осуще­ствляют деформирование металла с постоянной скоростью. Подобные прессы широко применяют в авиационной и ракетостроительной промыш­ленности.

На рис. 89 и 90 показаны крупные сборочные единицы самолетов, де­тали которых изготовлены прессованием. Так, каркас пола пассажир­ской кабины самолета (рис. 89) включает: обшивку 1, шпангоут 2, стрин­геры 3, поперечные балки 4 и продолжные балки 5. А гондола турбо-винтового двигателя самолета (рис. 90) состоит из обтекателя втулки винта - 1, воздухозаборника 2, крышки переднего капота 3, крышки заднего капота 4, люка 5, силовой фермы в, кожуха 7, стекателя 8, хвостовой ча­сти гондолы 9, силового шпангоута 10, рамы маслорадиатора 11, силово­го шпангоута 12 и боковой балки 13.

Рис. 89

Рис. 90

Прогрессивные способы хо­лодной листовой штамповки. Но­вые, виды штамповки благодаря своей простоте и экономичности находят широкое применение в ус­ловиях мелкосерийного и единич­ного производства. К ним относят штамповку резиной, жидкостью, взрывом, электрогидравлическую и др.

Штамповка резиной . С ее помощью осуществляются разделительные и формоизменяю­щие операции. При этом пуансо­ном или матрицей является рези­на. Штамповку резиной чаще все­го применяют для изделий из тон­колистового металла толщиной до 2 мм (алюминия, медных сплавов, малоуглеродистой стали).

Штамповка жидкостью. В этом случае металл дефор­мируется под давлением жидкос­ти, принимая форму матрицы. Данный способ применяют для вы­тяжки полых деталей разной фор­мы.

Штамповка взрывом . Для пластического формоизмене­ния заготовки применяют и взрыв­чатые вещества (взрывчатые газо­вые смеси из метана, пропана, гиксогена и др.), создающие высокое давление, под действием которого заготовка принимает форму штам­па.

Штамповку взрывом применя­ют для изготовления крупных де­талей и деталей сложной формы, когда изготовление их другими способами невозможно (напри­мер, сплавы труднодеформируемые) или неэкономично. Такая

штамповка не требует сложного и до­рогостоящего оборудования.

Электрогидравлическая штамповка . Этот метод характерен тем, что энергоносителем является вы­соковольтный электрический заряд в жидкости. Разряд вызывает появление ударной волны, которая и деформирует заготовку, придавая ей необходимую форму.

Этот вид штамповки дает возмож­ность выполнять все операции холод­ной листовой штамповки с большой точностью и с сравнительно малыми за­тратами.

Магнитно-импульсная формовка. Формирование изделий этим методом происходит при создании импульсного магнитного поля вокруг заготовки и взаимодействия этого поля с импульсными токами, протекающими в заготовке. В результате такого взаи­модействия в заготовке возбуждаются вихревые токи, что приводит к образо­ванию вокруг нее также электромагнитного поля. Это создает предпосылки для динамического воздействия на за­готовку и ее деформирование.

Этим методом осуществляют обжатие трубных заготовок, рельефную формовку, вырубку и др.

Существуют и другие прогрессивные методы листовой штамповки, но мы их рассматривать не будем.

* Формоизменяющими операциями называют такие, при помощи которых из плоской заготовки получают детали пространственной формы

Штамповка деталей из листового металла сегодня является очень распространенной технологией, по которой производят изделия практически для всех отраслей промышленности. Благодаря применению такой технологии из плоского металлического листа можно получать как миниатюрные, так и габаритные детали даже сложной геометрической формы.

Что собой представляет листовая штамповка

Говоря о штамповке деталей, изготовленных из листового металла, имеют в виду технологическую операцию, при выполнении которой на заготовку оказывается значительное давление. Под воздействием такого давления заготовка деформируется, приобретает требуемую конфигурацию и размеры.

Использовать такую операцию (правда, в значительно упрощенном виде) начали еще наши далекие предки. Именно при помощи воздействия на металл давлением они изготавливали сельскохозяйственные орудия, оружие, предметы домашнего обихода и различные украшения.

Активное развитие штамповка как технология производства изделий из листового металла получила в конце XIX века. Именно в тот период (начиная с 1850-х годов) данная технология активно совершенствовалась, а для ее реализации специалисты создали мощное оборудование. Штампованные детали, которые в то время можно было уже производить серийно, отличались достойным качеством и обладали хорошими эксплуатационными характеристиками.

На совершенно новый уровень развития как горячая, так и холодная штамповка вышла уже в начале XX века. Именно благодаря совершенствованию технологии стал возможен серийный выпуск автомобилей, для которых с помощью данного метода производились кузовные детали. Начиная с 1930-х годов данную технологию начали активно применять предприятия, работающие в авиа- и судостроительной отрасли, а чуть позже (спустя всего пару десятков лет) при помощи штамповки стали производить детали космических аппаратов.

Высокая популярность, которую штамповка завоевала за относительно долгий период своего развития, объясняется возможностями:

• производства изделий различных геометрических форм и размеров, качество и точность изготовления которых позволяют сразу использовать их по прямому назначению;
• полной механизации и автоматизации производственных процессов, что достигается, в частности, путем оснащения производства роторно-конвейерным оборудованием для штамповки листового металла;
• серийного производства изделий, геометрические параметры которых отличаются особо высокой точностью (такие изделия могут быть легко заменены друг на друга, если в этом возникает необходимость).

Использование такой технологической операции, как объемная штамповка, позволяет превратить металлический лист в геометрически сложное и небольшое по массе изделие, прочностные характеристики которого находятся на высоком уровне. Применение методов штамповки деталей из листового металла позволяет изготавливать как очень массивные изделия, используемые при производстве машиностроительной продукции, водных и воздушных судов, так и миниатюрные детали для электронных устройств и часовых механизмов.

Горячая и холодная штамповка часто используется в качестве подготовительной операции. Например, по таким технологиям производят детали, которые затем обрабатываются другими методами – сваркой, резкой и др.

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.

Существует целый ряд разделительных штамповочных операций, для выполнения которых используется пресс, оснащенный специальным инструментом.

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.

Пробивка

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

Вырубка

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

Формоизменяющие штамповочные операции в полном соответствии со своим названием используются для того, чтобы без механического разрушения изменить форму листовой металлической заготовки, а также ее размеры.

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.

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.

Обжим

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

Гибка

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

Формовка

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

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.

Следует иметь в виду, что выполнение сопровождается увеличением его прочностных показателей.

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.

Оборудование, инструменты и приспособления

Для штамповки деталей, изготовленных из листового металла, необходимы пресс и сам рабочий орган такого оборудования – штамп. В свою очередь рабочими органами штампа, элементы конструкции которого изготавливаются из инструментальных сталей, являются матрица и пуансон. Деформирование обрабатываемого листа как раз и осуществляется матрицей и пуансоном, а происходит это в тот момент, когда они сближаются друг с другом.

В процессе обработки двигается только верхняя часть штампа, которая фиксируется на ползуне пресса. Нижняя часть рабочего инструмента, являющаяся неподвижной, устанавливается на рабочем столе оборудования. В отдельных случаях, когда штамповке подвергают не листовую сталь, а более мягкий материал, рабочие элементы штампа могут изготавливаться из древесины или полимерных сплавов.

С помощью листовой штамповки различными отраслями промышленности сейчас производятся изделия в достаточно широкой номенклатуре. Это один из многих способов обработки металла, который используются человеком очень давно.

Общие принципы штамповки

Процесс производства изделий из металлического листа штамповкой - это основа изготовления многих видов продукции в виде готовых деталей и различных полуфабрикатов. Изделие получается путём деформации листовой заготовки под действием внешнего давления.

Технология листовой штамповки металла известна ещё из древности, когда таким путём человек научился обзаводиться оружием, когда у него появилась потребность в различных украшениях и предметах бытового назначения. Ещё с середины 18-го века этот способ обработки металла начал совершенствоваться, благодаря чему появились первые технологии серийного производства различных предметов, пользующихся большим спросом у населения. Важно, что штампованные детали в большинстве своём являются высококачественными и обладают отличными свойствами при эксплуатации.

Лишь в 20-м столетии приёмы штамповки листовой стали достигли более высокого производственного уровня. Большим двигателем в развитии этого производства стала автомобильная отрасль, ведь именно путём штамповки получают детали автомобильных кузовов и другие детали любых транспортных средств. Теперь штамповка глубоко внедрена в такие отрасли, как ракетостроение, строительство судов и самолётов. Штамповочная технология стала просто незаменимой в современном машиностроении.

Популярность технологий штамповки объясняется их следующими качествами:

• возможностью наладить механизированные и автоматизированные производственные процессы, роторно-конвейерные линии производства;
• доступностью простых приёмов изготовления металлических полуфабрикатов любых геометрических форм и размеров;
• снижением себестоимости производства высокоточных взаимозаменяемых деталей без последующих обработок абразивными и режущими инструментами.

Следует отметить, что горячая и холодная штамповка листового металла служит надёжной гарантией того, что полученные детали не будут иметь излишней металлоёмкости, их форма будет рациональной, а прочность не уступит исходному материалу. Штамповка листового металла позволяют получать массивные изделия для машиностроительной и судостроительной отраслей, одновременно и филигранные изделия с тонкими стенками для различных бытовых приборов.

Часто предприниматель организует оказание услуг листовой штамповки на заказ. Для этого клиент обязан предоставить ему чертёж требуемой детали и материал, из которого её следует изготовить. Если у заказчика отсутствует нужный листовой материал, он может купить его у производителя. Стоимость таких услуг напрямую связана со сложностью заказываемых деталей. Если для выполнения работы требуется изготовление специального пресса, то стоимость услуги значительно возрастает.

Технологические особенности штамповки

Сырьём для получения изделий методом штамповки являются полосы и листы из стали и других металлов, различные ленты, профилированные заготовки.

Штамповка разделяется на горячую и холодную, но предпочтение производственники всё же отдают холодной, так как в этом случае не требуется энергозатратных операций нагрева исходного материала. Горячая листовая штамповка металла применяется в тех случаях, когда штамповочное оборудование не обладает достаточной мощностью, чтобы деформировать листы большой толщины. Второй причиной применения горячей штамповки является низкая пластичность исходного материала, когда в холодном состоянии его деформации начинают носить не пластичный, а разрушающий характер.

Методы листовой штамповки делят на операции разделительного и формоизменяющего типов. Разделительные операции применяются для получения деформации сдвига по контуру производимой детали из металла.

К разделительным операциям штамповки нужно отнести:

• резку металлических листов гильотинными, дисковыми или вибрационными ножницами по прямой или кривой линии;
• пробивку или прошивку листа для получения в заготовке отверстий требуемой формы и нужного размера;
• вырубку деталей, имеющих замкнутый контур.

Изменение же формы деталей при штамповке не требует разрушения целостности листа, таким путём лишь получают требуемые конфигурации деталей и их заданные размеры.

К формоизменяющим операциям можно причислить:

• отбортовку или создание бортиков на изделии по заданным контурам и размерам;
• вытяжку, благодаря которой на деталях получают различные полости и геометрические формы;
• обжимку, когда конической матрицей получают сужение торцевых участков металлических полых заготовок;
• гибку и формовку, благодаря которым плоские детали получают изогнутую конфигурацию.

При холодной штамповке чаще используют листовой материал из медных или алюминиевых сплавов. Широко используются и листы углеродистой и легированной стали. Нередко штамповке подвергаются материалы неметаллической природы, это заготовки из картона, кожи, пластмассы.

Станки и пресса для штамповки

Работы по штамповке листового металла выполняются с помощью специальных штампов, которые изготавливают из стали инструментального класса. Обычно штамп состоит из двух частей – подвижной и неподвижной. В подвижную часть станка устанавливается пуансон, а в неподвижную – матрица. Это рабочие элементы большинства штампов, именно при сближении их и происходит деформация листового металла и получение штампованных деталей.

Пуансон и матрицу крепят к рабочим элементам пресса для штамповки листового металла. К исполнительному элементу пресса закрепляется пуансон, а матрицу закрепляют на рабочем столе станка.

Рабочие элементы штампов изготавливают из дорогих стальных сплавов инструментального класса. В случаях же штамповки мягких металлов, например, меди, алюминия, для изготовления штампов можно использовать и более дешёвые материалы, включая пластмассы и даже прессованную древесину.

Чтобы понизить себестоимость штамповки больших по размерам и по весу деталей, изготавливаемых малыми партиями, матрицы штампов иногда изготавливают даже из бетона или чугуна. А в качестве пуансона применяют специальный контейнер, заполненный водой. Контейнер размещается над матрицей, опускается вниз до упора. Затем внутри контейнера инициируется пороховой заряд, благодаря которому достигается требуемое давление на обрабатываемый металл. Происходит его деформация и при этом формируется нужная заготовка или готовая деталь.

Основными видами штамповочного оборудования являются станок для листовой штамповки и гильотинные или вибрационные ножницы. Ножницы используют для раскроя металлического листового материала, обычно они легки в эксплуатации и обладают высокой функциональностью. А вот подборку пресса следует производить, исходя из вида операций, которые будут с его помощью выполняться. Часто на производстве устанавливают пресс кривошипного типа, так как его работа очень проста и не требует интенсивного обслуживания.

Разберёмся с этим принципом работы :

• с помощью клиноремённой передачи от двигателя через муфту на кривошип передаётся требуемое вращательное движение;
• шатун, который можно регулировать по длине хода, передаёт своё движение на ползун устройства;
• запуск рабочего хода ползуна с пуансоном осуществляется с помощью педальной муфты.

Чтобы выполнять прессовку простых по конфигурации деталей, достаточно иметь обычный прессовый станок и штампы для листовой штамповки. Для того же, чтобы штамповать изделия средней и высокой сложности, потребуется особый тип прессового устройства, которое снабжено двумя и более ползунами и более сложные комплекты штампов.

При обработке металла совершает движение лишь пуансон, который закреплён на ползуне прессового станка. Неподвижная матрица снизу представляет опору, на которой и происходит требуемая деформация листовой заготовки.

Чтобы изготавливать изделия высокой точности и без дефектов, потребуется специальное оборудование, не образующее при воздействии на металл трещин, заусенец, рисок и царапин. При холодной штамповке пуансон должен преодолеть большое сопротивление холодного металла. Таким путём получать изделия сложной формы без дефектов проблематично. Выходом из этой ситуации является горячая штамповка.

Промежуточным этапом между холодной и горячей штамповкой является обработка листового материала давлением или объемная листовая штамповка металла. Заготовка при этом не нагревается предварительно, она также остаётся холодной. Просто движение ползуна с пуансоном происходит в замедленном темпе, а в качестве заготовок используются тонколистовой металл, полоса, лента. При этом способе обработки практически не происходит изменение толщины металлической заготовки, получить же изделия пространственной конфигурации без дефектов вполне возможно. Но для этого требуется применять лишь материалы высокой пластичности, не склонные к деформациям сдвига.

Покупка оборудования для штамповки

Компании, производящие оборудование для холодной и горячей штамповки металлов, проводят постоянные модификации своих станков с той целью, чтобы оно позволяло получать высококачественные детали и функционировать длительный срок.

К такому оборудованию относятся:

• электрические пресса;
• пневматические пресса;
• гидравлические прессовые устройства.

Продажи производятся непосредственно с сайтов компаний-производителей, где с клиентом предварительно проводятся различные беседы консультационного типа. Большинство этих компаний занимаются изготовлением не только стандартной прессовой техники, но и производят оборудование с учётом требований заказчиков.

Современные гидравлические прессовые станки изготовлены из такого металла, что практически могут создавать деформации любого материала. На сайте производителя клиенту предлагают прессовое оборудование в широкой номенклатуре. Чтобы купить оборудование для листовой штамповки, достаточно оформить свой заказ и произвести предварительную оплату.

Условия доставки заказа в любой регион РФ также нужно обговорить заранее. Компании охотно оказывают транспортные услуги, но уже за дополнительную плату. По дополнительному же договору специалисты поставщика берутся за установку и пуско-наладку поставляемых прессовых устройств. Очень важно при этом не забыть оформить договорённость на гарантийное обслуживание станков, которая предусматривает их бесплатный ремонт в случае выхода из строя в период действия гарантии поставщика.

Листовая штамповка в наши дни активно используется для производства широкой номенклатуры изделий многими промышленными отраслями, имеющими отношение к процессу обработки металла.

1

Штамповка деталей из листового металла - под таким процессом понимают производство готовой продукции, разнообразных деталей и полуфабрикатов из металлов методом деформирования исходного сырья под давлением.

Подобную технологию знали еще наши далекие предки, которые посредством элементарного штампования изготавливали оружие, всевозможные украшения и предметы для домашнего обихода.

С 1850-х годов описываемый вид обработки начали модернизировать и технически совершенствовать, что позволило серийно производить штампованием разнообразные изделия массового спроса. Причем готовая штампованная продукция отличалась довольно-таки высоким качеством и превосходными эксплуатационными характеристиками.

С приходом 20 столетия листовая штамповка изделий из металла вышла на совершенно новый производственный и технический уровень. Благодаря ей начала развиваться сфера производства автомобилей (из штампованного материала делали кузова транспортных средств и многие другие детали). В 1930-х годах штампование взяли на вооружение судо- и авиастроительные предприятия, а через пару десятков лет она стала незаменимой для нужд ракетостроения.

Конструкции из штампованного металла характеризуются рядом особых свойств, что, в принципе, и обусловило популярность рассматриваемой технологии. К ее достоинствам относят следующие возможности:

• механизация и автоматизация производственных процессов, которые достигаются посредством внедрения мощных роторно-конвейерных линий оборудования;
• изготовление любых по геометрическим параметрам и формам готовых к применению изделий и разнообразных полуфабрикатов;
• производство высокоточных по размерам деталей, которые взаимозаменяют друг друга без необходимости их дополнительной обработке при помощи режущего инструмента и оборудования.

Кроме того, горячая и холодная штамповка гарантирует получение сравнительно "скромных" по массе металлических изделий с рациональными формами и высокими прочностными параметрами. Операции листовой штамповки позволяют производить как массивные заготовки для судо-, машино- и автостроительных предприятий, так и тонкостенные, буквально филигранные детали (например, тонкие стрелки для часов).

Нельзя не отметить отдельно также высокую производительность операции листовой штамповки и возможность получения при ее использовании совместно со сварочными мероприятиями любых по размерам узлов неразъемного типа, без коих не могут обойтись такие производственные отрасли, как судо- и вагоностроение.

2

Исходным сырьем для технологической операции выступают стальные полосы, тонкие ленты или листовой металл. По виду их обработки штамповка бывает двух видов: холодной; горячей. В большинстве случаев используется холодная штамповка. В тех случаях, когда мощность и производительность штамповочного оборудования является низкой, а также при небольшой пластичности заготовки рекомендована горячая штамповка. Обычно в горячем виде обрабатывают материал толщиной не более пяти миллиметров.

Технологический процесс штампования принято делить на такие операции: разделительные; формоизменяющие. Разделительные необходимы для разделения деформируемого участка изделия из металла по определенному контуру в процессе сдвига материала. К данным операциям относят:

• Резку: отделение по прямой либо кривой линии части заготовки (процесс выполняется последовательно). Резка производится гильотинными, дисковыми, вибрационными и другими видами ножниц при необходимости раскроя на полосы требуемых размеров металлических листов, а также при изготовлении готовых к эксплуатации изделий.
• Пробивку. Она используется тогда, когда в заготовке нужно получить разные по форме отверстия.
• Вырубку. Эта операция позволяет создать деталь, имеющую контур замкнутого вида.

А вот формоизменяющие операции осуществляются для модификации (без явления разрушения) геометрических размеров и конфигурации обрабатываемой детали. К ним причисляют:

• Отбортовку: создание вокруг отверстий и по контуру (наружному) изделия бортиков заданных размеров. Отбортовка, как правило, производится на концах трубных конструкций, к которым впоследствии планируется прикреплять фланцы.
• Вытяжку: получение пространственных полых изделий (полусферических, конических, цилиндрических, коробчатых и так далее) из исходных заготовок плоского вида.
• Обжим: сужение при помощи конической матрицы торцов полых и объемных деталей из металла.
• Гибку: придание изогнутой конфигурации плоским деталям.
• Формовку: наружный контур заготовки остается неизменным, а вот локальная ее форма изменяется по заданным параметрам.

Холодная штамповка подразумевает применение медных и алюминиевых сплавов (а также чисто медных и алюминиевых листов), легированной и . Нередко используются и материалы из группы неметаллов – пластмасса, кожа, плотный картон и другие.

Важным представляется то, что холодная обработка металла обеспечивает достаточно высокое качество поверхности полученных полуфабрикатов либо готовых деталей. Их чистота может в отдельных случаях достигать 8 класса. Хотя обычно таких требований к штампованному прокату потребители не предъявляют, их вполне устраивает чистота поверхностей на уровне 2–6 классов.

Заметим, что холодная штамповка листовых материалов увеличивает показатель удельной прочности готовых деталей, что отличает ее в лучшую сторону от стандартного металлического проката. Но при штамповании очень важно изучить и учесть все особенности материала, который используется для получения того или иного изделия. Для того чтобы холодная штамповка прошла качественно, необходимо принять во внимание следующие характеристики исходного сырья:

• магнитную и электрическую проводимость;
• твердость, механическую прочность;
• массу;
• ударную вязкость;
• теплостойкость и теплопроводность;
• долговечность, возможность противостоять коррозии и эксплуатационному износу.

3

Листовая штамповка производится в специальных штампах, сделанных из . Они в большинстве случаев имеют подвижную и неподвижную части, в которых монтируется пуансон и матрица (рабочие компоненты штампа). При сближении указанных частей происходит деформирование листового материала. Используя специальный пресс, выполняют крепление неподвижной и подвижной части. Вторая фиксируется в исполнительном устройстве, а первая – на столе, коим располагает пресс.

Как было сказано, штампы (а точнее их рабочие элементы) делают из дорогостоящих инструментальных сплавов. Но в тех случаях, когда выполняется штамповка мягких металлов (например, меди или алюминия), на материале штампа можно сэкономить, используя древесину, спрессованную в плотные валки, или пластмассу.

Также снизить расходы на штамповку крупных по размерам изделий, которые изготавливаются мелкими партиями, можно путем изготовления матрицы из бетона либо чугуна. При этом в качестве второй части штампа (пуансона) используют контейнер с водой. Его размещают над обрабатываемым изделием на матрице. Затем в воде путем подрыва заряда пороха (или воздействия электрическим разрядом) формируют требуемое давление, которое и деформирует лист металла по заданной матрицей форме.

Главное оборудование для штамповки – это пресс и ножницы. При помощи ножниц выполняют раскрой материала. Сейчас чаще всего используются вибрационные ножницы, характеризуемые легкостью эксплуатации и достаточной функциональностью. А вот пресс для штампования выбирают в зависимости от того, какие операции осуществляются. Как правило, используется кривошипный пресс, который бывает четырех-, двух- и однокривошипным. Работает он по достаточно простому принципу:

• двигатель, используя клиноременную передачу, передает через муфту на кривошипный вал необходимое движение;
• регулируемый по длине шатун передает движение далее (на ползун кривошипного устройства);
• на рабочий ход пресс запускается через муфту педалью.

Для обработки простых деталей применяются несложные по конструкции устройства. А вот для штамповки по-настоящему сложных изделий используют пресс особого типа, который снабжается несколькими ползунами.

Штамповка как технологический процесс обработки заготовок, изготовленных из металла, позволяет получить готовые изделия плоского или объемного типа, отличающиеся как своей формой, так и размерами. В качестве рабочего инструмента при выполнении штамповки может выступать штамп, закрепленный на прессе или оборудовании другого типа. В зависимости от условий выполнения штамповка металла бывает горячая и холодная. Эти два вида данной технологии предполагают использование различного оборудования и соблюдение определенных технологических норм.

Особенности технологии

Ознакомиться с требованиями ГОСТ к обработке металла штампованием можно, скачав документ в формате pdf по ссылке ниже.

Кроме разделения на горячую и холодную, штамповка изделий из металла подразделяется и на ряд других категорий в зависимости от ее назначения и технологических условий. Так, операции штамповки, в результате которых происходит отделение части металлической заготовки, называются разделительными. Сюда, в частности, относятся резка, рубка и пробивка деталей из металла.

Другой категорией таких операций, в результате которых штампуемый лист металла изменяет свою форму, являются формоизменяющие штамповочные операции, часто называемые формовкой. В результате их выполнения детали из металла могут подвергаться вытяжке, холодному выдавливанию, гибке и другим процедурам по обработке.

Как уже отмечалось выше, существуют такие виды штамповки, как холодная и горячая, которые, хотя и реализуются по одному принципу, предполагающему деформирование металла, имеют ряд значимых отличий. , предполагающую их предварительный нагрев до определенной температуры, применяют преимущественно на крупных производственных предприятиях.

Это связано прежде всего с достаточно высокой сложностью такой технологической операции, для качественного выполнения которой необходимо сделать предварительный расчет и точно соблюсти степень нагрева обрабатываемой заготовки. С помощью штамповки, выполняемой по горячей технологии, из листового металла различной толщины получают такие ответственные детали, как днища котлов и другие изделия в форме полусфер, корпусные и другие элементы, используемые в судостроении.

Для нагрева деталей из металла перед их горячей штамповкой используется нагревательное оборудование, которое в состоянии обеспечить точный температурный режим. В этой функции, в частности, могут использоваться электрические, плазменные и другие нагревательные устройства. Перед началом выполнения горячей штамповки необходимо не только рассчитать нормы нагрева обрабатываемых деталей, но и разработать точный и подробный чертеж готового изделия, в котором будет учтена усадка остывающего металла.

При выполнении металлических деталей процесс формирования готового изделия протекает только за счет давления, оказываемого рабочими элементами пресса на заготовку. За счет того, что заготовки при штамповке по холодной технологии предварительно не нагреваются, они не подвержены усадке. Это позволяет изготавливать изделия законченного вида, которые не требуют дальнейшей механической доработки. Именно поэтому данная технология считается не только более удобным, но и экономически выгодным вариантом обработки.

Если квалифицированно подойти к вопросам проектирования размеров и формы заготовок и к последующему раскрою материала, то можно значительно уменьшить его расход, что особенно актуально для предприятий, выпускающих свою продукцию крупными сериями. В качестве материала, заготовки из которого успешно подвергаются штамповке, может выступать не только углеродистые или легированные стали, но также алюминиевый и медный сплавы. Более того, оснащенный соответствующим образом штамповочный пресс успешно используется для обработки заготовок из таких материалов, как резина, кожа, картон, полимерные сплавы.

Разделительное штампование, целью которого является отделение от обрабатываемой заготовки части металла, – это очень распространенная технологическая операция, используемая практически на каждом производственном предприятии. К таким операциям, которые выполняются посредством специального инструмента, установленного на штамповочный пресс, относятся резка, вырубка и пробивка.

В процессе резки металлические детали разделяются на отдельные части, причем такое разделение может осуществляться по прямой или кривой линии реза. Для выполнения резки могут использоваться различные устройства: дисковые и вибрационные станки, гильотинные ножницы и др. Резку чаще всего используют для того, чтобы раскроить металлические заготовки для их дальнейшей обработки.

Вырубка – это технологическая операция, в процессе которой из металлического листа получают детали, имеющие замкнутый контур. При помощи пробивки в заготовках из листового металла делают отверстия различной конфигурации. Каждая из таких технологических операций должна быть тщательно спланирована и подготовлена, чтобы в результате ее выполнения получилось качественное готовое изделие. В частности, должны быть точно рассчитаны геометрические параметры используемого инструмента.

Перфорированный металлический лист получается в результате вырубки отверстий на координатно-пробивном прессе

Технологическими операциями штамповки, в процессе которых осуществляется изменение начальной конфигурации металлических деталей, являются формовка, гибка, вытяжка, отбортовка и обжим. Гибка – это наиболее распространенная формоизменяющая операция, в процессе которой на поверхности металлической заготовки формируются участки с изгибом.

Вытяжка – это объемная штамповка, целью выполнения которой является получение из плоской металлической детали объемного изделия. Именно при помощи вытяжки металлический лист превращается в изделия цилиндрической, конической, полусферической или коробчатой конфигурации.

По контуру изделий из листового металла, а также вокруг отверстий, которые в них выполнены, часто необходимо сформировать бортик. С этой задачей успешно справляется отбортовка. Такой обработке, выполняемой посредством специального инструмента, подвергают и концы труб, на которые необходимо установить фланцы.

При помощи обжима, в отличие от отбортовки, концы труб или края полостей в заготовках из листового металла не расширяют, а сужают. При выполнении такой операции, осуществляемой при помощи специальной конической матрицы, происходит наружное обжатие листового металла. Формовка, которая также является одной из разновидностей штамповки, предполагает изменение формы отдельных элементов штампованной детали, при этом наружный контур детали остается неизменным.

Объемная штамповка, которая может выполняться по различным технологиям, требует не только тщательных предварительных расчетов и разработки сложных чертежей, но и использования специально изготовленного оборудования, поэтому реализовать такую технологию в домашних условиях проблематично.

Инструменты и оборудование

Даже обработка мягких металлов, в частности штамповка алюминия, требует применения специального оборудования, в качестве которого могут выступать гильотинные ножницы, кривошипный или . Кроме того, необходимо умение производить расчеты расхода материала и разрабатывать технические чертежи. При этом следует учитывать требования, которые содержит соответствующий ГОСТ.

Штамповку, для выполнения которой не требуется предварительный нагрев обрабатываемой заготовки, выполняют преимущественно на гидравлических прессах, производство которых регулирует ГОСТ. Разнообразие серийных моделей этого оборудования позволяет подбирать станок для производства изделий различных конфигураций и габаритных размеров.

Выбирая пресс для выполнения штамповки, в первую очередь следует ориентироваться задачи, для решения которых он необходим. Например, для выполнения таких технологических операций, как вырубка или пробивка, используют штамповочное оборудование простого действия, ползун и шайбы которого в процессе обработки совершают небольшой ход. Для того чтобы выполнить вытяжку, требуется оборудование двойного действия, ползун и шайбы которого в процессе обработки совершают значительно больший ход.

По своей конструкции, как указывает ГОСТ, оборудование для выполнения штамповки делится на несколько типов, а именно:

• однокривошипное;
• двухкривошипное;
• четырехкривошипное.

На прессах двух последних категорий устанавливают ползуны более крупных размеров. Однако вне зависимости от конструктивного исполнения каждый штамповочный пресс оснащается матрицей. Основное движение, за счет которого и выполняется обработка заготовки на штамповочном прессе, совершает ползун, нижняя часть которого соединена с подвижной частью штампа. Для сообщения такого движения ползуну пресса приводной электродвигатель связывается с ним посредством таких элементов кинематической цепи, как:

• клиноременная передача;
• пусковая муфта;
• шайбы;
• кривошипный вал;
• шатун, при помощи которого можно регулировать величину рабочего хода ползуна.

Для запуска ползуна, который совершает возвратно-поступательное движение по направлению к рабочему столу пресса, используется ножная пресс-педаль, напрямую связанная с пусковой муфтой.

Несколько другим принципом работы отличается четырехшатунный пресс, рабочие органы которого создают усилие с центром, приходящимся на середину четырехугольника, образуемого четырьмя шатунами. Благодаря тому, что усилие, создаваемое таким прессом, приходится не на центр ползуна, это устройство успешно используется для того, чтобы изготавливать изделия даже очень сложной конфигурации. Прессы данной категории, в частности, применяют для того, чтобы изготовить асимметричные изделия, отличающиеся значительными габаритами.

Чтобы изготовить изделия более сложной конфигурации, используют прессовое оборудование пневматического типа, конструктивная особенность которого заключается в том, что оно может быть оснащено двумя или даже тремя ползунами. В прессе двойного действия применяются одновременно два ползуна, один из которых (внешний) обеспечивает фиксацию заготовки, а второй (внутренний) выполняет вытяжку поверхности обрабатываемого металлического листа. Первым в работе такого пресса, конструктивные параметры которого также регламентирует ГОСТ, участвует внешний ползун, фиксирующий заготовку при достижении самой нижней точки. После того как внутренний ползун выполнит свою работу по вытяжке листового металла, внешний рабочий орган поднимается и освобождает заготовку.