Что такое штамповка металла

Обновлено: 21.01.2025

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

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

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

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

Главными вехами в развитии технологии стали следующие события:

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

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

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

Сферы применения

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

Что производят при помощи штамповки:

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

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

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

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

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

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

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

Особенности холодной штамповки

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

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

Предусматривается классификация методов штамповки по типу обрабатываемых полуфабрикатов:

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

Виды холодной штамповки металла:

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

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

Горячая объемная штамповка

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

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

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

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

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

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

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

Характеристики и виды деталей, производимых на горячештамповочных прессах

Листовая штамповка

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

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

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

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

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

Наряду с распространенными способами используются прогрессивные виды обработки эластичными средами:

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

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

Инструменты и оборудование

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

Виды станов:

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

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

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

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

Виды и способы современной штамповки металла

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

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

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

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

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

Виды штамповочных технологий

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

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

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

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

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

Листовая штамповка

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

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

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

Объемная штамповка

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

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

Рассмотрим особенности каждого процесса.

Технология горячей объемной штамповки (ГОШ)

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

Готовые изделия отличаются точностью размеров и качеством поверхности.

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

По завершении разработки проекта экономисты рассчитывают себестоимость выполнения работ.

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

Метод холодной объемной штамповки

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

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

Суть и назначение холодной штамповки листового металла

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

Холодную листовую пластичную деформацию ценят за следующие преимущества:

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

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

Операции холодной штамповки

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

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

Классификация оборудования для штамповки

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

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

Рассмотрим оборудование, которое применяется на производственных предприятиях.

Кривошипно-шатунные прессы

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

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

Гидравлические прессы

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

Радиально-ковочные прессы

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

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

Электромагнитные прессы

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

Автоматические штамповочные линии

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

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

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

Виды вырубных штампов, технология изготовления

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

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

Что такое штамп

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

Существует два способа обработки металла штампованием:

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

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

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

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

Виды штампов и их назначение

технологическому;
конструктивному;
способу подачи заготовок.

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

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

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

По типу конструкции штампы делятся на модели:

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

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

Изготовление штампов

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Штамповка металла – технология, разновидности, оборудование, ГОСТ

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.

Штамповка – пластическая деформация металла, изменяющая форму или размеры материала

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.

Схемы и разновидности выдавливания (прессования)

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. Штамповку деталей, 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.

Характеристики и виды деталей, производимых на горячештамповочных прессах

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 холодной штамповки 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.

Методом холодной штамповки обрабатывают листовой металл толщиной до 10 мм

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.

На этом прессе установлены специальные плунжеры для пробивки отверстий в заготовке

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.

Отбортовка может выполнятся различными способами

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.

Даже обработка мягких металлов, в частности штамповка алюминия, требует применения специального оборудования, в качестве которого могут выступать гильотинные ножницы, кривошипный или гидравлический пресс. 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.

В мелком производстве часто используют эластичный метод штамповки, когда шаблон является металлическим элементом, а матрица – резиновым или пластиковым

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.

Кривошипный пресс КД-238 относится к категории простого оборудования. Предназначен для холодной штамповки: гибки, пробивки, вырубки и неглубокой вытяжки

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

однокривошипное;
двухкривошипное;
четырехкривошипное.

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

Схема гидравлического пресса

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.

Промышленные четырехшатунные прессы могут развивать усилие в сотни тонн

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.

Для штамповки тонколистового металла используются преимущественно специальные фрикционные прессы, технические параметры которых также устанавливает ГОСТ. Чтобы обрабатывать более толстый листовой металл, лучше всего применять гидравлическое штамповочное оборудование, которое оснащено более надежными шайбами и другими конструктивными элементами.

Штамповка металла любой толщины должна производится с высокой точностью

Отдельную категорию составляет оборудование, при помощи которого выполняется штамповка взрывом. На таких устройствах, в которых энергия управляемого взрыва преобразуется в усилие, оказываемое на металл, обработке подвергают металлические заготовки значительной толщины. Работа такого оборудования, считающегося инновационным, даже на видео выглядит очень эффектно.

Чтобы получаемый сгиб и общая конфигурация готового изделия из металла отличались высоким качеством, в последнее время стали активно использовать прессы, оснащенные встроенными вибрационными ножницами. Использование такого оборудования с более короткими ножками позволяет изготавливать изделия практически любой конфигурации.

Таким образом, выполнение штамповки листового металла требует наличия не только специализированного оборудования, но и соответствующих навыков и знаний, поэтому реализовать такую технологию в домашних условиях достаточно сложно.

Штамповка листового металла (горячая и холодная): виды, оборудование

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.

Листовые заготовки, изготовленные на координатно-револьверном прессе

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.

Современный пресс для штамповки кузовных деталей

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 штамповки листового металла 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).

Холодная штамповка на гидравлическом прессе

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.

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.

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

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

В процессе пробивки часть материала удаляется в отход

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

Пример детали, изготовляемой из полосы вырубкой

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.

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

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

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

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

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.

Производственный цех, в котором ведется процесс листовой штамповки

Следует иметь в виду, что выполнение холодной штамповки листового металла 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.

Штамповая оснастка для вырубки

Когда методом штамповки необходимо изготовить крупногабаритную единичную деталь, нередко используют не пресс, а несложное приспособление, состоящее из бетонной или чугунной матрицы и контейнера, наполненного жидкостью, в качестве которой выступает вода. Обрабатываемый металлический лист укладывают на матрицу, а жидкий пуансон располагают над ним.

Чтобы создать в жидкости давление, которое деформирует лист металла по форме матрицы, в ней подрывают пороховой заряд или создают электрический разряд требуемой мощности. Для выполнения такой технологической операции, как резка, используют не пресс, как уже говорилось выше, а ножницы, отдавая предпочтение моделям вибрационного типа.

Классификация прессовых машин по кинематической схеме

Собираясь выполнить штамповку изделия из листового металла, следует уделить особое внимание выбору пресса. Чаще всего в качестве такого оборудования выбирают устройства кривошипного типа, которые могут быть оснащены одним, двумя или четырьмя кривошипными механизмами. Принцип работы этого устройства достаточно прост и заключается в следующем.

Приводной электродвигатель передает движение на кривошипный вал через кинематическую цепочку, состоящую из клиноременной передачи и фрикционной муфты.
Чтобы сообщить движение ползуну кривошипного механизма, используется шатун, длина которого может регулироваться.
Чтобы запустить рабочий ход пресса, используют ножную педаль.

Штамповочное оборудование, которое применяется для изготовления изделий сложной конфигурации, может быть оснащено не одним, а несколькими ползунами.

Читайте также: