Какие виды штамповки применяются для обработки деталей из листового металла?

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:

1. Магнитно-импульсная. Для изменения формы деталей используются кратковременные импульсы электрического тока.
2. 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.
3. 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.

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

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

1. 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.
2. 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

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.

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

По завершении разработки проекта экономисты рассчитывают себестоимость выполнения работ.

Метод холодной объемной штамповки

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.

Виды штамповки металла

Естественно, за столько веков появился целый ряд методов выполнения данной операции. До наших дней дожили те из них, которые обеспечивали должный уровень скорости, точности, качества, безопасности обработки заготовки. По этой причине ручные способы сегодня не находят широкого применения, а используются лишь в частных случаях.

Отдельную нишу занимают варианты, при которых результат достигается не давлением, а другими путями, например, воздействием кратковременных электрических импульсов или нагревом с изотермической деформацией и применением гидравлического пресса, или даже взрывом в водной среде.

Более подробно мы рассмотрим классические и актуальные сейчас виды.

Листовая штамповка металла

Особенно востребована при массовом выпуске плоских и/или объемных конструкций. Готовый предмет формируется специальным инструментом. По температуре осуществления операций подразделяется на 2 категории:

• Холодная – максимально эффективна при выборе меди, стали (легированной или углеродистой), алюминия в качестве основного материала, но при условии грамотной разделки. Наиболее распространенный случай применения – создание кузовных элементов машин.
• Горячая – заготовку предварительно помещают в электрическую или пламенную печь, в остальном же технология аналогична предыдущему варианту. Подходит для листов толщиной до 5 мм, чаще всего используется для изготовления корпусов водных судов.

Объемная

Очень интересный вариант, при котором, за счет пластической деформации сразу по трем плоскостям, из простейших заготовок делают более сложные. Обладает высокой степенью перспективности, классифицируется на две группы – с изменением агрегатного состояния продукции и без него. Рассмотрим обе по порядку.

Технология ГОШ – горячей объемной штамповки изделий из металла

Деталь подвергают давлению и, одновременно, температурному воздействию, нагревая в закрытой без зазоров пресс-форме. Данная полость получила сразу два названия – «ручей» и, по другой версии, «гравюра». Да, на начальном этапе реализации способ требует повышенного внимания к подготовке основного материала, но зато хорош своей точностью соответствия готового элемента заданным размерам и высоким качеством его поверхностей, и это при малом проценте облоя.

Относительный минус в том, что рабочее оборудование в этом случае стоит сравнительно дорого, а оператора требуется дополнительно обучать, но и такие затраты времени и средств многократно окупаются в долгосрочной перспективе производства.

Процесс ГОШ можно условно разбить на 7 этапов:

1. выбор типа штампа по металлу;
2. создание чертежа, максимально подробного;
3. расчет числа выполняемых технологичных переходов;
4. подготовка проектной документации для каждого из промежуточных этапов;
5. определение подходящих пресс-форм;
6. установка основных параметров и режима нагрева заготовки;
7. задание нужных финишных процедур (учитывая эксплуатационные требования, предъявляемые к готовому изделию).

Кроме того, экономистам необходимо найти себестоимость единицы продукции, выпущенной по согласованному алгоритму.

Если сравнивать с горячей ковкой, ГОШ гораздо точнее, у него лучшая производительность и он дает больше вариантов для достижения результата, поэтому он объективно перспективнее.

Метод холодной объемной штамповки деталей из металла

Хорош высокой точностью и чистотой (гладкостью) конечной поверхности. Основной материал не рекристаллизируется ни на одном из этапов производственного цикла, что делает готовую продукцию устойчивой к различным механическим воздействиям и нагрузкам. Заготовками в данном случае являются проволочные и калиброванные прутки.

Относительный минус данного варианта – значительные усилия, затрачиваемые на выпуск: они больше в 10 раз, если сравнивать с ГОШ. Также следует отметить негативное влияние чрезмерных механических нагрузок, на практике уменьшающих ресурс пресс-форм, но в целом способ пока частично сохраняет актуальность.

Выбор технологии

По выбранной технологии можно производить несколько типов деталей:

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

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

Таблица типовых изделий для разной формы поковок с подробным описанием:

№ п/п	Краткое описание характеристики	Типовые изделия
Изделия удлиненной конфигурации
1.	Прямая ось	Балки, валы, втулки, шатуны
2.	Изогнутые по оси	Рычаги, предназначенные для рулевого управления
Симметричные
1.	Круглые изделия	Фланцы, шестеренки и ступицы
2.	Квадратные и многоугольные	Гайки, фланцевые соединения и ступицы
3.	Изделия, имеющие отростки	Типа вилки и крестовины
Иные изделия
1.	Комбинированной формы	Коленвалы, поворотные кулачки
2.	С количеством необрабатываемых поверхностей большего объема	Рычажные элементы для переключения передач, крюки для буксира и балки для параллельных осей
3.	С внутренними отверстиями и заглублениями	Валы с полостями, шестеренчатые блоки и детали для фланцевых соединений

► Штамповочные ручьи, которые в свою очередь подразделяются на:

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

► Разновидности штамповочных ручьев:

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

Оборудование, используемое для горячей объемной штамповки

Для обработки металлических деталей методом горячей объемной штамповки используется специальное оборудование:

• молотовые штампы;
• горячештамповочные кривошипные прессы;
• горизонтально-ковочные машины.

Наиболее распространенными являются паровоздушные молоты двойного действия и приводные фрикционные молоты простого действия. Суть их работы заключается в ударном характере деформирующего воздействия на заготовку.

Качественное перераспределение металла достигается при одновременном регулировании хода подвижных деталей и силы удара совместно с кантованием заготовки. Молоты – относительно недорогое оборудование.

В процессе ГОШ чаще всего применяются кривошипные горячештамповочные прессы.

Кривошипный горячештамповочный пресс

К отличительным чертам конструкции штамповочного пресса необходимо будет отнести жесткий привод, который не позволяет менять направление ползуна, отсутствие ударных нагрузок.

Полученные на прессах поковки имеют более высокую точность за счет жесткого хода, особенно по высоте. Это снижает появление припусков на механическую обработку (основное преимущество пресса перед молотом).

Однако, есть и недостатки. При отсутствии предварительной очистки заготовки от окалины, она вжимается в тело поковки. При контакте нагретого металла со стенками пресса происходит остывание заготовки в связи с большим количеством времени, затраченного на процесс деформации.

Способы горячей объемной штамповки

1) Штамповка в открытых штампах характеризуется переменным зазором между подвижной и неподвижной частями штампа. В этот зазор вытекает заусенец (облой), который закрывает выход из полости штампа и заставляет металл целиком заполнить всю полость. В конечный момент деформирования в заусенец выжимаются излишки металла, находящегося в полости, что позволяет не предъявлять слишком высоких требований к точности по массе. Заусенец затем обрезается в специальных штампах. Штамповкой в открытых штампах получают заготовки всех типов.

2) Штамповка в закрытых штампах характеризуется тем, что полость штампа в процессе деформирования остается закрытой. Зазор между подвижной и неподвижной частями штампа при этом постоянный и небольшой, так что образование заусенца в нем не предусмотрено. Устройство таких штампов зависит от типа машины, на которой штампуют. Например, нижняя часть штампа может иметь полость, а верхняя выступ (на прессах), или наоборот (на молотах) Закрытый штамп может иметь не одну, а две, взаимно перпендикулярные плоскости разъема, т.е. состоять из трех частей.

При штамповке в закрытых штампах необходимо строго соблюдать равенство объемов заготовки и поковки, иначе при недостатке металла не заполняются углы полости штампа, а при избытке размер поковки по высоте будет больше требуемого. Следовательно в этом случае процесс получения заготовки усложняется, поскольку отрезка заготовок должна обеспечивать высокую точность.

Существенное преимущество — уменьшение расхода металла, поскольку нет отхода в заусенец.

Поковки, полученные в закрытых штампах Поковки, полученные в закрытых штампах, имеют более благоприятную макроструктуру, так как волокна обтекают контур поковки, а не перерезаются в месте выхода металла в заусенец. При штамповке в закрытых штампах металл деформируется в условиях всестороннего неравномерного сжатия при больших сжимающих напряжениях, чем в открытых штампах. Это позволяет получать большие степени деформации и штамповать малопластичные сплавы.

Холодная штамповка металла

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

Листовое штампование

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

Для проведения работ используется два вида прессов:

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

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

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

Виды операций, проводимые во время листовой штамповки

Детали изготавливают двумя способами:

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

Плюсы и минусы метода

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

Преимуществами данного метода являются:

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

Объемная холодная штамповка

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

Холодное выдавливание

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

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

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

Высадка

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

Холодная объемная штамповка металла в открытых штампах

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

Достоинства и недостатки объемной штамповки

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

Преимущества объемной штамповки:

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

Качество изготовления продукции зависит от правильной сборки и работы штампа.

Автоматические штамповочные линии

Это передовые и многофункциональные комплексы, оснащенные ЧПУ-системами, с наглядными и удобными в пользовании сенсорными дисплеями. У них есть все, чтобы минимизировать работу оператора, полностью исключить ошибки, вызванные «человеческим фактором», обеспечить высокую производительность труда. Единственное НО: они должны функционировать строго по алгоритму, заданному опытным инженером-технологом.

Мы детально рассмотрели все основные и популярные варианты оборудования, постарались наглядно показать преимущества и недостатки каждого из них. Для более подробной консультации обращайтесь к менеджерам завода «Сармат»: они помогут подобрать станок, чтобы поставить нужную вам разновидность штамповки на поток.