Классификация способов холодной штамповки, их характеристика

Ковка и штамповка

С того времени, как человек узнал железо, он начал искать способы делать его прочнее, надежнее и в то же время придавать ему нужную форму. Губчатое железо в холодном состоянии били колотушками, чтобы придать металлу нужную форму и удалить из него примеси. Затем, чтобы легче было решать эту задачу, догадались бить его в нагретом состоянии. Этот способ назвали горячей ковкой.

Ковка — один из самых древних методов обработки металлов. Орудиями труда кузнеца в далеком прошлом были наковальня, молот и простейшие инструменты: бородки, зубила, гладилки и т. п. В XVI в. появились молоты, которые приводились в действие энергией движущейся воды (водяной привод).

Это дало возможность увеличить массу молота (падающего бойка) в 10-15 раз — до 400 кг. Сила удара такого молота, естественно, значительно возросла. С появлением паровых машин открылись новые возможности для увеличения силы удара молота. Почти одновременно с паровозом родился паровой молот.

Особенности технологии холодного штампования

Технология штамповки холодным способом подразумевает обработку заготовок с изменением их формы и размеров, но с сохранением других геометрических характеристик.

В качестве сырья для получения необходимых изделий используются полосы, лента или листы, полученные из легированных низкоуглеродистых сталей. Могут применяться сплавы алюминия, меди, латуни, магниевые, титановые или другие высокопластичные составы. Это связано с тем, что такие материалы легко поддаются деформации.

Перечень выполняемых операций во время штампования

В процессе холодной штамповки металла выполняются различные операции, которые помогают придать изделию требуемых характеристик. Они могут быть разделительными и формоизменяющими. В первом случае поверхность материала частично отделяют по указанному контуру. К разделительным операциям относят:

резка. Отделение части заготовки по прямой или фигурной линии при помощи пресса в виде ножниц;
пробивка. Выполняется для создания в детали отверстия необходимой формы и размера;
вырубка. Готовая деталь имеет вид замкнутого контура.

Классификация основных операций штамповки

Формоизменяющие операции при штамповке подразумевают изменение формы или размеров заготовки из листового металла путем перемещения ее частей определенным способом. При этом не происходит физическое разрушение детали. К самым распространенным формоизменяющим операциям относят:

вытяжка. Относится к объемной штамповке, при помощи которой получают полые детали разной формы (конуса, цилиндра, полусферы, куба);
гибка. С помощью такой штамповки изгибу листового материала придается практически любая форма;
рельефная формовка. Подразумевает локальные изменения при сохранении конфигурации самой заготовки;
холодная высадка. Позволяет получить деталь нужной длины с увеличением ее диаметра.

Возможно штампование комбинированным способом, подразумевающим разделение и формообразование детали.

Дополнительные операции, выполняемые в процессе штампования

Отжиг стали для штамповки

В процессе холодной штамповки металла его могут подвергать некоторым вспомогательным операциям, позволяющим повысить эксплуатационные качества полученных изделий. К таким относят отжиг и травление. С их помощью улучшаются механические характеристики, и увеличивается срок службы деталей.

Для улучшения износостойкости металла его обрабатывают специальными защитными покрытиями.

При объемной штамповке выполняется перечень операций, позволяющих улучшить механические характеристики изделий из металла:

предварительная термическая обработка металла для снижения его прочности;
подготовка поверхности к основным работам;
непосредственно обработка металла.

Технология процесса

Каждый технологический процесс подразумевает под собой проведения определенных операций. В данном случае они связаны с формированием листового металла при помощи ХШ, что выполняется на соответственном оборудовании. В его основу входит:

Изначально обозначается суть операции, основополагающие ее процессы, которые должны будут выполняться в соответствующей последовательности.
Составление эскиза.
Следующим этапом является расчет всех размеров на стадии заготовки, формирования и готового изделия.
Обозначается месторасположение всех необходимых отверстий, углублений и других элементов, что требует соответствующая деталь.
Обязательно необходимо оформить все стадии процесса с внесением данных с размерами документально.
После согласования чертежей происходит изготовление изделий.

Но допускается и внесение изменений, применяя дополнительные операции, что способствуют удобной ее обработке. Это может быть правка листового материала, нанесение смазки или другие операции, что потребуются в ходе штамповки.

Предоставленная информация дает полную картину самого процесса ХШ, что проводится на соответствующем оборудовании при использовании специальных материалов. Кроме этого, благодаря внедренным инновациям, применяемая технология дает возможность изготовления высококачественных изделий в промышленных масштабах. А также уменьшая количество отходного материала, что в свою очередь делает такое производство весьма экономным.

Republished by Blog Post Promoter

Какие операции подразумевает холодная штамповка

Все рабочие операции холодной листовой штамповки делятся на две большие группы: разделительные и формоизменяющие.

Разделительные операции листовой штамповки

К разделительным операциям листовой штамповки относятся операции, связанные с нарушением целостности материала листа. Наиболее употребительные из них-

Резка-отделение части заготовки по прямой или искривленной линии. Применяется как для получения готовых изделий, так и для разделения листа на заготовки нужного размера с целью дальнейшей обработки.
Вырубка-отделение части заготовки по замкнутому контуру. Внутри контура также может быть вырублена часть металла.
Пробивка — получение в заготовке отверстий круглой или произвольной формы.

Формоизменяющие операции листовой штамповки

К формоизменяющим операциям листовой штамповки относятся операции, изменяющие пространственную форму листа без нарушения его целостности, такие, как:

Гибка — придание плоской заготовке изогнутой вдоль продольной оси формы. Различают V образную, U- образную и более сложные формы гибки.
Вытяжка-преобразование плоской заготовки в полую пространственную форму. При вытяжке может меняться толщина заготовки.
Отбортовка-создание бортиков по наружному или внутреннему контуру изделия.
Обжим-обжатие материала заготовки в конической матрице с целью уменьшения размеров концевой части детали.
Формовка-Изменение формы части детали с сохранением линии наружного контура.

При проектировании технологии листовой штамповки технолог комбинирует операции из обеих групп.

Разновидности штамповочных технологий

Штамповочный процесс обработки заготовок может осуществляться горячим или холодным методом. Эти технологические разновидности предполагают использование специального оборудования и применение определённых условий обработки металла.

Холодная штамповка является одним из разновидностей штампования

Методом горячей штамповки обрабатываются заготовки, предварительно нагретые в специальных устройствах до заданной температуры. Горячая штамповка необходима, когда для обработки холодного сплава не хватает мощности оборудования. Нагревательными устройствами могут служить электрические или плазменные печи. Такой метод требует точного расчёта параметров готовой детали с учётом усадки металла в процессе остывания.

При холодной штамповке детали формируются за счёт механического давления элементов штамповочного пресса. Холодный вариант штамповки считается более распространённым методом обработки металла. Он не требует дополнительного оборудования, сложных расчётов и механической доработки деталей. Благодаря этому методу увеличиваются прочностные показатели материала. Полученные изделия отличаются высоким качеством поверхности и точностью.

Принцип работы

Физический принцип работы штамповочного оборудования — это пластическая деформация листовой заготовки под давлением. Форма будущей детали задается двумя деталями — матрицей и пуансоном, которые прижимают к листовой заготовке с двух сторон под большим давлением. Там где у матрицы находится выпуклость — у пуансона расположена соответствующая ей по форме и размерам впадина. Деформируясь, листовая заготовка повторяет форму матрицы и пуансона.

Вместе с этим может происходить просечка отверстий, вырубка отдельных деталей из материала листа. При проектировании технологического процесса холодной штамповки деталей из листового металла конструктор оснастки и технолог комбинируют и по возможности совмещает формоизменяющие разделительные операции, чтобы обойтись минимальным числом рабочих проходив штампа и снизить, таким образом, себестоимость изготовления изделия.

В случае тонких листов осуществляется холодная листовая штамповка. При работе с толстыми листами или с мало пластичными сплавами заготовку предварительно нагревают, чтобы повысить ее пластичность.

Какие операции подразумевает холодная штамповка

Холодная штамповка металла подразумевает наличие различных этапов обработки заготовок. Их можно разделить на две большие группы:

Разделительные операции. К ним относится грубая обработка заготовок. Сюда входят операции по вырезке, отрезке, обрезке, создании надрезов, зачистки листов, вырубке отверстий.
Формоизменяющие операции. Сюда относится обжимка заготовок, калибровка, правка, осадка, высадка, формовка, чеканка, клеймение, гибка.

Также в отдельную группу можно выделить комбинированные операции, которые представляют собой соединение нескольких методов обработки. Таким образом удешевляются детали, получаемые холодной штамповкой.

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.

Механизмы для обработки металла

Гидравлический пресс способен развивать значительное усилие до 2 тыс. тонн. Он применяется для операций гибки или объёмной штамповки толстостенных изделий. Действие механизма основано на перемещении поршней двух сообщающихся гидроцилиндров, которые имеют разный диаметр. Именно разница диаметров определяет величину усилия, которое может развивать пресс для штамповки металла.

Чертёж гидравлического пресса

Радиально-ковочный станок предназначен для выполнения формоизменяющих операций в целях получения цилиндрических изделий. В конструкцию механизма входит индукционная печь для предварительного нагрева детали. В процессе обработки обеспечивается вращение заготовки от электродвигателя при прохождении через зону ковки.

Чертёж радиально-ковочного станка

Электромагнитные прессы – новое высокопроизводительное экономичное оборудование для штамповки. Принцип действия основан на движении электромагнитного сердечника, который направляет исполнительный механизм станка к металлической детали.

Чертёж электромагнитного пресса

Изготовление холодной штамповкой

Производство болтов данным методом требует определенных параметров исходного сырья. К ним относится пластичность, равномерный состав, механические характеристики, отсутствие внешних и внутренних изъянов (неметаллических включений, пористости, рисок и плен на поверхности, газовых пузырей).

Поверхностные дефекты удаляют механически или огневым методом. Далее очищают загрязнения, представленные окалиной и жировыми отложениями. Последнюю удаляют путем травления, предполагающим погружение материала в 10 – 20% смесь серной кислоты либо концентрированную соляную. В первом случае процедура длится 15 – 110 мин, во втором – 10 – 30 мин. Далее промывают от шлама и кислоты последовательно горячей и холодной водой.

В завершение осуществляют нанесение смазки, представленной смесью машинного масла и сульфида молибдена либо парафиновой жидкости и укринола. Вместо нее можно применять мыльную эмульсию. Конечной операцией является волочение.

Холодная штамповка предполагает превращение заготовки в изделие с запланированными геометрическими параметрами. Название техпроцесса отражает, что в данном случае не используют нагревание металла. Это позволяет сократить удлинение и сужение материала, а также повысить твердость, прочность и текучесть. К тому же при рассматриваемой штамповке заготовок материал механически упрочняется.

Данная методика отличается некоторыми достоинствами. Во-первых, с ее применением возможно создавать изделия различных размеров (до 5,2 см в сечении). Во-вторых, холодная штамповка обеспечивает высокую производительность. В-третьих, при данной технологии изготовления расходуется немного материала. В-четвертых, она обеспечивает точность конечных размеров, чистоту поверхности и прочность деталей.

Для холодной штамповки существует несколько определяющих параметров:

Деформация заготовки. Это основной параметр, определяющий технологическую карту.
Отношение высоты головки к сечению конечного изделия. Определяет сложность производства.
Отношение сечения к длине осаживаемого фрагмента заготовки.

Технологический процесс изготовления болта по приведенной методике включает несколько этапов. На первой стадии создают начальную форму головки. Это осуществляют путем прокатывания проволоки через разные пресс-формы. Первая прокатка направлена на распрямление и удлинение ее. После прокатки исходный материал разделяют на заготовки с запасом для головок. Далее формируют стержень для каждого фрагмента путем пропускания через пресс и оформляют головки также рядом прессов.

Заключительный этап состоит в нанесении фаски методом обработки валиками с большой скоростью и под высоким давлением. В завершение острильной машиной скашивают резьбовую кромку.

Последние две операции осуществляют путем пластической деформации или нарезания. Чаще всего применяют вторую технологию производства болтов с использованием интегрированных в холодновысадочные механизмы приспособлений.

Наиболее часто используют вариант с одинарным редуцированием. Его применяют при производстве из легированных низко- и среднеуглеродистых сплавов. К тому же данным методом изготавливают болты с равными диаметром стержня и сечением резьбы. Без редуцирования обходятся при изготовлении коротких изделий с маленькими головками и резьбой до них прочностью 4,8–6,8. В данном случае обычно не осуществляют дополнительную термообработку. Приведенную технологию изготовления применяют редко, так как данным образом затруднительно производить болты со стандартными головками, и это часто приводит к формированию трещин и прочих дефектов на них.

Технология с двойным редуцированием актуальна для болтов прочностью от 4,6 до 10,9 из легированных сталей и среднеуглеродистых сплавов. На начальной стадии осуществляют обжатие стержня на 30%, на второй обрабатывают фрагмент под резьбу.

Технология с выдавливанием до редуцирования подходит для изготовления высокопрочных болтов с сопротивлением около 100 кг/мм2 без последующей термической обработки, что удешевляет производство.

Какие операции подразумевает холодная штамповка

Разделительные операции листовой штамповки

Резка-отделение части заготовки по прямой или искривленной линии. Применяется как для получения готовых изделий, так и для разделения листа на заготовки нужного размера с целью дальнейшей обработки.
Вырубка-отделение части заготовки по замкнутому контуру. Внутри контура также может быть вырублена часть металла.
Пробивка — получение в заготовке отверстий круглой или произвольной формы.

Формоизменяющие операции листовой штамповки

Гибка — придание плоской заготовке изогнутой вдоль продольной оси формы. Различают V образную, U- образную и более сложные формы гибки.
Вытяжка-преобразование плоской заготовки в полую пространственную форму. При вытяжке может меняться толщина заготовки.
Отбортовка-создание бортиков по наружному или внутреннему контуру изделия.
Обжим-обжатие материала заготовки в конической матрице с целью уменьшения размеров концевой части детали.
Формовка-Изменение формы части детали с сохранением линии наружного контура.

При проектировании технологии листовой штамповки технолог комбинирует операции из обеих групп.

Виды обработки и оборудования

Прежде чем говорить о штамповочном оборудовании следует разобраться с видами обработки:

Холодная — ряд действий, в ходе которых изготавливают детали для вентиляции, корпусов машин, самолётов. Преимущества этого метода — экономия материала, увеличение эффективности производства.
Горячая — технологический процесс, с помощью которого штампуют металлические листы толщиной до 4 мм. Изначально материал разогревается до определённой температуры, затем используется специальное оборудование для его обработки. Для разогревания используются печи разного типа.

Холодная штамповка металла не требует дополнительных навыков. Горячий метод проводится с учётом определённых особенностей. При остывании материал может изменять форму.

При обработке используются такие станки:

электромагнитные;
гидравлические;
кривошипно-шатунные;
радиально-ковочные.

Используя специальное оборудование, нужно учитывать ряд особенностей, зависящих от конструкции и возможностей станка.

Объективные преимущества штамповки в подкладных штампах

Производство подкладных штампов стоит сравнительно недорого, что положительно влияет на стоимость готовых деталей

Особенно это важно при выпуске небольшими сериями деталей, которые со многими технологиями не совместимы. Кроме того, невысокая стоимость штампов позволяет чаще их обновлять и, как следствие, снижать процент производственного брака

Сложность ручьев у подкладных штампов довольно высока. Благодаря этому они часто используются для изготовления деталей с большими значениями криволинейности. Штамповаться при этом может как заготовка целиком, так и любая ее часть. Именно поэтому штамповку в подкладных штампах очень часто используют для производства деталей смешанных форм, которые другими способами просто не изготовить.

Технология штамповки в подкладных штампах хорошо совместима с другими приемами металлообработки. Ее техническая простота позволяет легко оборудовать штамповочный участок в непосредственной близости от других металлообрабатывающих линий, тем самым получив комплексное производство изделий с минимальными затратами рабочего времени.

Устройство ХИП

Конструкция холодного изостатического пресса представляет собой следующее:

Предварительно изолированный корпус, состоящий из двух частей, которые при соединении образуют полностью герметичную ёмкость. Открывается она с помощью гидравлического привода. В нижней части расположены каналы подачи воздушной смеси и рабочей жидкости;
Систему энергопитания одно или трёхфазного напряжения;
Автоматический блок управления, с помощью которого осуществляется запуск непрерывно повторяющегося цикла, происходящего в автоматическом режиме с вероятностью внесения ручных корректировок основных параметров;
Гидравлическую систему и помпы избыточного давления, использующиеся для совокупного применения с разным давлением и вероятностью контроля за его увеличением или снижением. В зависимости от модификации оборудования, помпа может быть одноходовой или двухходовой, укомплектованной гидроприводом. Клапан высокого давления выполнен в виде блоков, что позволяет снизить количество и длину трубопровода;
Систему оборота среды давления, включающую запорные клапана и ёмкости-маслоприёмники, которые заполняются в результате откачивания давления, очистки среды давления и приёмной ёмкости;
Автоматический блок управления с HMI-интерфейсом и регистратором характеристик цикла. Автоматика максимально укомплектована оборудованием, относящимся к системам безопасности, имеет средство защиты степени IP-54. Содержит весь спектр необходимого оборудования, требующегося для безопасного использования агрегата. Возможность удалённого управления и контроля за текущими рабочими параметрами, позволяет получить моментальный доступ из любого места. Подключение осуществляется за счёт сигнала, который передаётся через Интернет и обеспечивает доступ к управлению оборудованием в режиме реального времени.

Устройство ХИП

Характеристика листовой штамповки

холодная листовая штамповка является на сегодня одной из самых широко распространённых технологий обработки металлов, пластмасс и некоторых других материалов. Диапазон применения технологии — от крупных конструкций в судостроении до тонкостенных деталей бытовой техники

Технология характеризуется следующими неоспоримыми преимуществами:

Исключительные возможности для механизации и автоматизации производственных процессов.
Снижение себестоимости изготовления массовых изделий.
Высокий коэффициент использования листового металла.
Возможность точного изготовления тонкостенных, но прочных изделий практически любой формы.
Минимальная потребность в последующей механической обработке.

Однако, кроме явных достоинств, холодная листовая штамповка металла обладает и недостатками. Это, прежде всего:

Высокая трудоемкость проектирования технологического процесса.
Высокая стоимость подготовки производства изготовление пресс-форм.
Высокая квалификация отладчиков прессового оборудования.

Штамповка листового металла

Следует отметить, что при больших сериях выпускаемых изделий эти недостатки нивелируются за счет известного из экономики эффекта масштаба, и себестоимость производимой продукции оказывается ниже, чем при альтернативных способах обработки металлов.

Холодная объёмная штамповка

При холодной объёмной штамповке (ХОШ) температура исходной заготовки ниже ковочной. Это обуславливает высокие значения сопротивления металла штамповочному давлению и существенно меньшую текучесть, что ограничивает возможность получения изделий сложной формы. Однако по сравнению с ГОШ металл не подвергается термическим модификациям, нет усадки при охлаждении и нет риска образования горячих трещин. Точность выполнения поверхностей при ХОШ сопоставима с таковой при обработке металлов резанием, однако после ХОШ на поверхности металла, отсутствуют концентраторы напряжений (риски и царапины). Поэтому методами ХОШ изготавливают высокоточные и (или) высоконагруженные детали, например: шаровые опоры подвески автомобилей, коленчатые валы ДВС, детали втулки несущих винтов вертолётов.