Технология изготовления штампов и прессформ

Холодная и горячая листовая штамповка

Получение деталей из листового металла может быть выполнено в холодном или горячем виде.

Холодная штамповка

Применение холодной обработки давлением считают наиболее эффективным способом обработки листового металла. Применение такого способа выполняют в тех случаях, когда нет необходимости в дальнейшей механической обработке, например, резанием. Такой метод получения деталей применяют чаще всего при изготовлении автомобильных деталей, элементов конструкции авиационной техники и ряда других.

Использование метода холодной обработки металла давлением позволяет осуществить существенную экономию листового металла, разумеется, при грамотном раскрое листа и правильно изготовленной штамповой оснастки. Наибольшую эффективность штамповка показывает в крупносерийном и массовом производстве.

Такой способ показывает наибольшую эффективность при работе с такими сталями, как углеродистые и легированные. Кроме того, штамповкой получают детали из многих цветных металлов, например, медных или алюминиевых сплавов.

Холодная штамповка листового металла

Кроме листовых металлов, метод листовой штамповки допустимо использовать и при получении деталей из резины, картона и многих полимеров.

Как происходит штамповка?

В зависимости от того, какие технологические нормы используются, штамповка деталей может значительно отличаться.

Первый тип штамповки заключается в резке, рубке или пробивке материала – его называют разделительный.

Существует также вариант штамповки, когда происходит формовка, вытяжка, холодное выдавливание и прочие манипуляции с листовым металлом.

Также существуют горячая и холодная штамповки листового металла.

Горячую штамповку используют только на крупном производстве: используя этот метод, происходит изготовление днищ для котла, разнообразных деталей в форме полушарий, буев и пр.

Чтобы получилась объемная или плоская деталь, требуется, прежде всего, часть листового металла толщиной до 4 мм.

Перед началом работы всегда проводится расчет и соблюдаются нормы нагрева – это довольно тонкая и сложная работа, поэтому горячая штамповка не применяется в домашних условиях.

В остальном же технология и расчет аналогичны методу холодной штамповки, о котором мы поговорим дальше.

Видео:

Прежде чем приступать к работе, нужно произвести расчет и составить чертежи деталей, при этом расчет должен учитывать, что металл утягивается во время вырубки, пробивки или гибки.

При горячей штамповке, чтобы нагреть детали, используют специальное оборудование – пламенные печи или печи, работающие на электричестве, либо другое электронагревательное оборудование.

Также нужно следить, чтобы нормы процесса и правильный расчет были соблюдены.

При холодной штамповке пресс создается с помощью давления и подобное оборудование не используется.

Холодный вид штамповки металла более удобен, т.к. в этом случае возможно изготовление изделий законченного вида, которым не нужна дополнительная резка.

Во время штамповки холодного типа бывает изготовлена как объемная, так и плоская деталь крупного или мелкого размера.

ВАЖНО ЗНАТЬ: Убираем ржавчину с металла — как и чем?

В целом же технология штамповки металла выгодная процедура, т.к. она предполагает уменьшение расхода материала при высокой производительности. Особенно это заметно при массовом производстве деталей.

Оборудование холодной штамповки способно обрабатывать не только металлические объекты, но также работать с картоном, кожей, резиной, пластмассой и другими элементами.

Холодная штамповка может быть двух типов: разделительной и формоизменяющей.

Разделительная штамповка металла — это резка, вырубка или пробивка деталей.

Резка деталей заключается в разделении металлической заготовки на части по заранее определенным кривым или прямым линиям.

Резка широко применяется на производстве – с ее помощью делают готовые детали, либо раскраивают листовой металл, разделяя его на полосы нужного размера.

Для резки необходимо специальное оборудование, а именно дисковые или вибрационные, гильотинные или другие профессиональные ножницы.

Технология вырубки листового металла заключается в производстве деталей, имеющих замкнутый контур. А процесс пробивки используют, чтобы сделать в детали отверстия требуемой формы.

Штамповка заготовок может быть произведена как своими руками, так и на заказ. Однако при самостоятельной работе нужно соблюдать предписанные нормы, что не так просто.

Этот процесс включает следующие элементы: гибку, вытяжку, отбортовку, обжим и формовку. С помощью процесса гибки создают детали с изгибом.

Видео:

При вытяжке из плоской заготовки изготавливается объемная полая пространственная деталь.

Путем вытяжки возможно сделать из заготовок объекты цилиндрической, полусферной, коробчатой или конической формы.

При отбортовке на детали делают борты, идущие вокруг наружного контура листа и возле заранее изготовленных отверстий.

Процессам обжима подвергается обычно объемная или имеющая полость деталь – с его помощью детали приобретают суженную концевую часть.

Происходит это с использованием конической матрицы с помощью наружного обжатия листового металла. При формовке форма деталей изменяется, сохраняя форму контура снаружи.

Стоит отметить, что чаще всего объемная штамповка изделий из металла делается на заказ, т.к. требуется необходимое оборудование, которое не сделать в домашних условиях.

Принцип работы и устройство прессов различных типов

Прессовое оборудование механического типа может использовать в своей работе энергию сжатого воздуха. Для этого в штамповочных цехах применяют линии подачи сжатого воздуха. Рабочее давление в них составляет 8 – 12 атм. Станки этого типа оснащают системами очистки воздуха от воды и следов масел.

Прессовое оборудование механического типа

Сжатый воздух, принимает участие в раскрутке маховика, который поднимает шатун в верхнее положение. Нажимая на педаль или кнопки управления прессом, оператор открывает муфту, воздух выходит из системы и шатун под своим весом устремляется вниз.

Особенности технологии штампования

Штамповкой называют сложный технологический процесс, во время которого металлическая заготовка подвергается механическому давлению, что приводит к ее пластической деформации. Для выполнения подобной обработки используется специальное оборудование. В результате его воздействия на материал получают заготовки требуемой формы и размеров. Основным сырьем, применяемым для штампования, является листовой металл разной толщины.

Данный метод обработки разделяют на два вида:

Детали, изготовленные холодной штамповкой

• горячий. Подразумевает предварительное нагревание заготовок;
• холодный. Перед штамповкой заготовки не нагреваются.

Горячее штампование применяется для материалов, не обладающих высокой пластичностью. Данный метод обработки чаще всего используется при производстве заготовок небольшими партиями из металлического листа, имеющего толщину 5 мм. При изготовлении деталей возникает необходимость применения больших допусков. При их остывании происходит коробление и другие негативные процессы, влияющие на размеры будущей заготовки.

Конструкция и принцип работы прессового оборудования

Штамповочные станки не делятся по технологическим операциям. Горячие и холодные виды деформации производятся на одном оборудовании. Прессы подбираются по таким параметрам:

• мощность;
• производительность;
• ход ползуна;
• наличие рядом дополнительного оборудования для нагрева и раскроя;
• размер стола.

Основной инструмент, участвующий в деформации — штамп. Его рабочие детали: матрица и пуансон, которые проектируются под конкретную деталь и операцию. Ползун и стол имеют стандартные пазы для крепления:

• Т-образные;
• ласточкин хвост.

Для создания плоских деталей из листа с большим количеством одинаковых отверстий используют станок для штамповки листового металла. Небольшие детали с фигурной конфигурацией изготавливают на прессах кривошипного типа. На гидравлическом оборудовании делают кузова автомобилей и детали для самолетов.

Металлообрабатывающий пресс

Прессы кривошипно-шатунного типа

В основе устройства оборудования лежит кривошипно-шатунный механизм. Он превращает вращательное движение привода в поступательное перемещение ползуна. Прессы классифицируются по количеству ползунов — 1, 2 и 4. На производстве, в основном, востребованы одностоечные станки с 1 и 2 кривошипами. Работающие синхронно от одного привода и распределительного редуктора 4 узла стоят на крупном оборудовании, предназначенном для изготовления габаритных деталей с большой степенью деформации, например, крылья, капоты и багажники автомобилей.

Для прошивки отверстий без деформации заготовки на конвейерах используют станки для штамповки листового металла. Они представляют собой простейшие прессы кривошипного типа.

Достоинства кривошипных прессов:

• простая регулировка;
• высокая производительность;
• малая погрешность.

Основной недостаток кривошипа заключается в его возможном заклинивании. Если мощности не хватает, ползун останавливается в крайней нижней точке. Чтобы его поднять, необходимо разобрать половину механизма.

Гидравлические прессы

Прессы гидравлического типа относятся к наиболее мощным штамповочным агрегатам. На самых крупных из них штампуют кузова автомобилей, крылья и фюзеляжи самолетов. В цилиндре, под давлением масла снизу и сверху, перемещается поршень, к которому прикреплен ползун и другие элементы рабочего механизма. Длина хода рабочего инструмента настраивается переключателями. Достигнув их, упор выключает подачу масла.

Гидравлический пресс можно остановить в любой точке рабочей траектории. К его недостаткам относятся:

• сложная система гидравлики;
• низкая производительность.

Пуансон давит равномерно по всей длине рабочего хода с большим усилием, но движется медленно.

Гидравлический пресс

Прессы радиально ковочного типа

Для создания из плоского листа цилиндров с продольным соединением торцов используют оборудование радиального типа. Деформация заготовки производится на валу, который вращаясь, прижимает лист к рабочему инструменту, производящему деформацию. В результате заготовка приобретает форму цилиндра. Диаметр определяется размером вала.

Для вальцовки толстых листов применяется индукционный нагрев.

Оборудование радиального типа непригодно для других видов технологических операций.

Прессы электромеханического типа

Работа электромагнитного пресса основана на усилии, которое создает электрическое магнитное поле. В механическом станке перемещение рабочего инструмента осуществляется за счет движения электрического сердечника. Он перемещает ползун.

Достоинство электромеханических станков — питание электроэнергией и высокая производительность. Нет необходимости в сложных механизмах и гидравлике.

К недостаткам относится малая мощность, низкий КПД и неравномерное усилие в разных точках рабочего хода. Штамповка значительно упрощает изготовление тонкостенных деталей со сложной конфигурацией и сводит к минимуму расход материала. Ее выгодно использовать при массовом производстве деталей от 1000 штук. Единичное производство не окупит изготовление дорогостоящих штампов со сложной и длительной технологией их изготовления.

История возникновения процесса

Известен и используется издревле, так как был изобретен еще до Средневековья и уже тогда позволял нашим предкам изготавливать оружие, украшение и другие нужные в быту вещи. В течение столетий неуклонно совершенствовался, всегда отличаясь сравнительной простотой и высокой производительностью, но выполнялся вручную вплоть до 1850-х годов, после чего уровень развития технологий позволил вплотную заняться его механизацией.

С середины XIX века технические операции стали проводить на станках, с начала XX – приступили к выпуску кузовов авто, с 1930-х – корпусов и механизмов морских и речных судов и летательных аппаратов, с 1950-х – функциональных узлов и элементов в ракетостроении.

Металлическая штамповка столетиями сохраняла популярность из-за следующих своих особенностей и преимуществ:

• Универсальность – с ее помощью выполняют детали каких угодно размеров и форм, причем как нуждающиеся в последующей обработке, так и уже готовые к эксплуатации.
• Точность изготовления, особенно при современном уровне технологий, что позволяет обеспечить взаимозаменяемость выпускаемых элементов даже без доводки.
• Склонность к механизации и автоматизации – высокая производительность всегда была очевидным достоинством, и сегодня она достигается за счет использования роторно-конвейерных линий.
• Прочность конечных изделий, даже тонких, легких, габаритных.

Особенно актуален процесс при массовом выпуске – как мелких элементов, вроде шестеренок для часов, так и крупных предметов, например, кузовов автомобилей.

Инструменты и оборудование

Основные виды кузнечно-штамповочного оборудования:

1. Ножницы – сортовые, комбинированные (для резки различных профилей проката) или листовые. Используют принцип хорошо известной гильотины, когда за счёт разницы в угле наклона подвижного ножа последовательно осуществляется разделение металла. Исполнительный механизм ножниц – кривошипного типа.
2. Паровоздушные, пневматические и гидравлические штамповочные молоты, энергоносителем в которых выступают соответственно пар, сжатый воздух или жидкость высокого давления. Являются оборудованием ударного действия, деформируют металл не усилием нажатия, а энергией, воздействующей на поковку.
3. Кривошипные прессы, подразделяющиеся на оборудование для горячей штамповки (КГШП), универсальные прессы для листовой штамповки и гидравлические прессы. Формоизменение происходит за счёт усилия, развиваемого исполнительным механизмом.
4. Ротационные машины, инструмент которых совершает вращательное движение – вальцы, дисковые ножницы. Этот вид оборудования деформирует металл крутящим моментом.
5. Винтовые машины с механическим, электромеханическим или гидромеханическим приводом. Их энергетические характеристики являются промежуточными между прессами и молотами.
6. Гидро- и газостаты – машины, развивающие чрезвычайно высокие статические давления, которые достаточны для компактирования металлических порошков.

Технология штамповки подразумевает применение специализированного инструмента – штампов. Их различают:

• По числу позиций: одно- и многопозиционные;
• Временем выполнения переходов штамповки: штампы последовательного, совмещённого и последовательно-параллельного действия;
• По относительному расположению; на вертикальные и горизонтальные;
• Конструкцией направляющих и фиксирующих узлов;
• По степени точности – обычные или прецизионные.

Штампы прессов-автоматов обычно именуют комплектом деформирующего инструмента. Для некоторых разновидностей штамповки (например, для взрывной или электромагнитной формовки) штампы как инструмент отсутствуют.

В современных конструкциях штампов обязательно предусматриваются узлы подачи, удаления или перемещения обрабатываемых заготовок.

мтомд.инфо

Формообразующие операции — в которых стремятся получить заданную величину деформации, чтобы заготовка приобрела требуемую форму. Основные формообразующие операции: гибка, вытяжка, отбортовка, обжим, раздача, рельефная формовка.

Листовая штамповка. Холодная листовая штамповка. Штамповка листовая металла. Разделительные операции листовой штамповки. Отрезка. Вырубка. Пробивка. Высечка.

Схемы формообразующих операций

а — гибка; б,в — вытяжка; г — отбортовка; д — обжим; е — рельефная формовка

Гибка – образование угла между частями заготовки или придание заготовке криволинейной формы. При гибке пластически деформируется (см. Пластическая деформация) только участок заготовки в зоне контакта с пуансоном 1 (рис., позиция а): наружные слои заготовки растягиваются, а внутренние – сжимаются. Деформация растяжения наружных слоев и сжатия внутренних увеличивается с уменьшением радиуса скругления рабочего торца пуансона, при этом возрастает вероятность образования трещин. Поэтому минимальный радиус пуансона ограничивается величиной в пределах 0.1…2,0 от толщины заготовки, в зависимости от механических свойств материала.

При снятии нагрузки растянутые слои заготовки упруго сжимаются, а сжатые – растягиваются, что приводит к изменению угла гибки α, т.е. к пружинению детали. Это следует учитывать или уменьшением угла инструмента на величину пружинения, или применением в конце рабочего хода дополнительного усилия.

Гибку производят в штампах, а также вращающимися фигурными роликами, играющими роль матрицы, на профилегибочных станах.

Холодная обработка металлов давлением

Вытяжка – образование полого изделия из плоской или полой заготовки (рис., позиция б). Вырубленную заготовку диаметром Dз и толщиной S укладывают на плоскость матрицы 3. Пуансон 1 надавливает на заготовку и она, смещаясь в отверстие матрицы, образует стенки вытянутой детали диаметром d.

Формоизменение при вытяжке оценивают коэффициентом вытяжки kв = Dз / d, который в зависимости от механических характеристик металла и условий вытяжки не должен превышать 2,1.

При Dз — d > (18..20)S, возможны потеря устойчивости фланца и образование складок при вытяжке. Их предотвращают прижимом 2 фланца заготовки к матрице с определенным усилием Pпр.

Высокие детали малого диаметра получают за несколько операций вытяжки с постепенным уменьшением диаметра D полуфабриката и увеличением его высоты (рис., позиция в). При последующих переходах для предотвращения разрушения металла принимают:

Промежуточный рекристаллизационный отжиг для устранения наклепа позволяет увеличить kв до 1,4…1,6.

Опасность разрушения заготовок устраняют применением смазочных материалов для уменьшения сил трения между поверхностями заготовок и инструмента.

При вытяжке зазор между матрицей и пуансоном составляет (1..1.3)S.

Отбортовка – получение борта диаметром dб путем вдавливания центральной части заготовки с предварительно пробитым отверстием dо в матрицу (рис., позиция г). Формоизменение оценивают коэффициентом отбортовки:

который зависит от механических характеристик металла заготовки и ее относительной толщины S / do. Большее увеличение диаметра можно получить, если заготовку отжечь перед отбортовкой или изготовить отверстие резанием, создающим меньшее упрочнение (см. Наклеп. Наклеп металла. Сущность явления наклепа.) у края отверстия.

Отбортовку применяют для изготовления кольцевых деталей с фланцами и для образования уступов в деталях для нарезания резьбы, сварки, а также для увеличения жесткости конструкции при малой массе.

Листовая штамповка. Холодная листовая штамповка. Штамповка листовая металла. Разделительные операции листовой штамповки. Отрезка. Вырубка. Пробивка. Высечка.

Обжим – уменьшение периметра поперечного сечения концевой части полой заготовки. Производится заталкиванием заготовки в сужающуюся полость матрицы (рис., позиция д). За один переход можно получить d = (0.7..0.8)Dз. Для большего формоизменения выполняют несколько последовательных операций обжима.

Раздача – увеличение периметра поперечного сечения концевой части полой заготовки коническим пуансоном; это операция противоположная обжиму.

Рельефная формовка – местное деформирование заготовки с целью образования рельефа в результате уменьшения толщины заготовки (рис., позиция е). Формовкой получают конструкционные выступы и впадины, ребра жесткости, лабиринтные уплотнения.

Принцип работы

Пресс ХШ состоит из механизма, который повергает его в работу и устройство, что выполняет непосредственно сам процесс штампования.

Кривошипный пресс. Что касается работающего механизма, то это кривошипный вал, который вращается при помощи электропривода. В результате вращения маховика происходит цепочная передача вращения на кривошипный механизм.

Гидравлический пресс. Принцип работы такого устройства заключается в том, что формирования происходит в ходе придавливания материала с помощью жидкости, что находится в специальных резервуарах, соединенные специальными трубопроводами. В ходе создания давления в одном цилиндре происходит давление на другой, что, в свою очередь, передается на ползун, приводя его в действие. В результате таких усилий продавливается заготовка.

Относительно самого штампа, то он заключает в себя две основные рабочие части, это матрица и пуансон.

Матрица располагается в нижней части оборудования и является неподвижной, а вот пуансон, его движущая часть, что в ходе деформирования прижимается к матрице, на которой располагается соответствующий материал. Таким способом осуществляется формирование на металлической поверхности.

Холодная высадка

Холодная высадка осуществляется путём деформирования исходной заготовки многократным ударным нагружением в штампах. При этом осуществляется местное увеличение поперечных размеров с одновременным уменьшением длины. Заготовка заводится в матрицу с помощью пуансона, где осуществляется высадка. Детали, в которых за один удар не удаётся изменить форму до требуемых размеров, производятся на многопозиционных высадочных автоматах.

Методом холодной высадки можно производить изделия с поперечными параметрами 8—9 квалитета (допуск точности), что позволяет применять эту технологию для выпуска деталей, образующих сопряжение.

Оборудование и материалы

Для выполнения холодной штамповки важно правильно выбирать материалы. Чтобы делать детали различных форм и габаритов, используется низкоуглеродистая и легированная сталь, латунь, медь, магниевые сплавы

Очень популярна алюминиевая штамповка, в которой используется алюминий и его сплавы.

При изготовлении заготовок используется специальное оборудование. К нему относятся автоматы и прессы.

Прессовочные станки разделяются на две группы:

1. Механические. К этой группе относится однопозиционное и многопозиционное оборудование. Во многопозиционных станках можно совмещать несколько операций, что ускоряет производство.
2. Гидравлические. Они используются при мелкосерийном производстве. С помощью гидравлических прессов производят детали удлинённой формы. Такое оборудование обладает множеством преимуществ. Гидравлические прессы не боятся больших нагрузок, в них доступна регулировка усилий, появляется возможность изменять скорость движения ползуна. Если снизить скорость рабочей части в момент её соприкосновения с заготовкой, можно уменьшить динамический удар. Однако у гидравлических прессов есть серьёзные недостатки. Они имеют низкую производительность. Дополнительно к этому подвижный механизм имеет неравномерную скорость хода, из-за чего он быстро выходит из строя или повреждает заготовки.

Автоматы для проведения холодной штамповки могут выполнять различные операции — осадка, выдавливание, высадка, обжим, отрезка, калибровка, чеканка. От количества операций зависит возможность изготавливать сложные детали.

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.

Прогрессивные способы штамповки листового металла

Существует несколько инновационных методов холодной штамповки:

1. Обработка жидкостью. С помощью высокого давления и жидкости происходит деформация металла. В итоге он принимает форму матрицы. Этот способ используют для изготовления полых, продолговатых деталей.
2. Штамповка взрывом. Чтобы изменить форму металла, используются взрывчатые газы (гексоген, метан, пропан). Благодаря взрыву создаётся высокое давление. Из-за этого изначальная заготовка принимает форму подготовленного заранее штампа. Давление, которое создают взрывчатые газы, позволяет производить детали большого размера и сложных форм. Главное преимущество такой обработки — минимальные затраты на обработку заготовок и исключение необходимости приобретения дорогостоящего оборудования.
3. Обработка резиной. Этот способ используется только для обработки тонколистового металла (до 2 мм).
4. Электрогидравлическая обработка. Особенность этого метода в том, что электрический заряд большого напряжения является энергоносителем. Разряд проходит по жидкости и вызывает ударную волну. Под воздействием давления изменяется форма заготовки. Ключевые преимущества этого метода — высокая точность и малые затраты энергии на производственный процесс.

Каждый год появляются новые технологии обработки металлов, которые экономичнее и производительнее старых.

Электрогидравлическая обработка

Сущность технологии

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

Так выглядит нижняя часть простого одноручьевого штампа

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

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

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

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

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

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

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

Преимущества и недостатки горячей объемной штамповки

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

Удлиненные

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

Дисковые

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

Примеры изделий, изготовленных методом горячей объемной штамповки

История возникновения процесса

Известен и используется издревле, так как был изобретен еще до Средневековья и уже тогда позволял нашим предкам изготавливать оружие, украшение и другие нужные в быту вещи. В течение столетий неуклонно совершенствовался, всегда отличаясь сравнительной простотой и высокой производительностью, но выполнялся вручную вплоть до 1850-х годов, после чего уровень развития технологий позволил вплотную заняться его механизацией.

С середины XIX века технические операции стали проводить на станках, с начала XX – приступили к выпуску кузовов авто, с 1930-х – корпусов и механизмов морских и речных судов и летательных аппаратов, с 1950-х – функциональных узлов и элементов в ракетостроении.

Металлическая штамповка столетиями сохраняла популярность из-за следующих своих особенностей и преимуществ:

• Универсальность – с ее помощью выполняют детали каких угодно размеров и форм, причем как нуждающиеся в последующей обработке, так и уже готовые к эксплуатации.
• Точность изготовления, особенно при современном уровне технологий, что позволяет обеспечить взаимозаменяемость выпускаемых элементов даже без доводки.
• Склонность к механизации и автоматизации – высокая производительность всегда была очевидным достоинством, и сегодня она достигается за счет использования роторно-конвейерных линий.
• Прочность конечных изделий, даже тонких, легких, габаритных.

Особенно актуален процесс при массовом выпуске – как мелких элементов, вроде шестеренок для часов, так и крупных предметов, например, кузовов автомобилей.

Холодная и горячая листовая штамповка

Значительная доля рынка металлообработки приходится и на горячую листовую штамповку. В отличие от холодной штамповки металла:

• существует меньший риск разрушения заготовки;
• на деформацию требуется не так много усилий, а значит, и мощности оборудования;
• обработанный материал может приобрести зернистую структуру, а с ней и повышенную прочность.

Но у этой методики есть и недостатки, причем существенные:

• намного большие затраты на производство;
• меньшая точность, в том числе из-за колебаний температур;
• образующаяся на поверхности металла окалина.
• ухудшение некоторых механических характеристик материала.