Штамповка деталей из листового металла: холодная штамповка

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.

Разделительная штамповка: что это такое

Это распространенная разновидность рассматриваемого нами процесса, осуществляемая для получения части материала от общей обрабатываемой детали. Может включать в себя операции резки, пробивки, вырубки, как одну, так и две-три сразу, выполняемые последовательно, с помощью размещенного на прессе инструмента. Последний выбирается по ситуации, в зависимости от проводимых работ, и это может быть как гильотина или ножницы, так и дисковая пила или даже вибрационная головка. Траектория его движения допустима как простая (по прямой), так и сложная (по ломаной линии), главное – получить заготовку нужной формы и с необходимым контуром.

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.

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:

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

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.

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.

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 : они помогут подобрать станок, чтобы поставить нужную вам разновидность штамповки на поток.

Холодная штамповка листового металла: суть и назначение

Это наиболее популярный метод выпуска широкой группы изделий из полимеров и металлов, потому он заслуживает детального рассмотрения. Прежде всего подкупает своей универсальностью – можно изготавливать детали любых размеров и геометрии, начиная от миниатюрных элементов бытовых приборов и заканчивая габаритными корпусами авиатехники. Но есть и другие неоспоримые достоинства.

Практические преимущества способа:

Высокая степень использования основного материала – обрезков или остатков не остается, что сокращает общие расходы.
Возможность выпуска элементов даже с тонкими стенками без снижения их конечной прочности.
Низкая себестоимость, особенно удобная в условиях серийного и масштабного производства.
Отсутствие необходимости проведения финишной обработки – поверхность продукции, как правило, получается достаточно гладкой.
Перспективность в вопросе автоматизации – процесс штамповки можно всячески механизировать и совершенствовать.

Есть и условный минус, логично вытекающий из технологичности проводимой операции и высокого качества результата. Недостаток в том, что для наладки нужны специалисты, причем с опытом, хорошей квалификации. Также не стоит забывать о временных затратах на проектирование – это достаточно трудоемкая часть задачи. Хотя преимуществ, естественно, больше, и достоинства продолжают определять назначение способа, которое сводится к тому, чтобы оставаться наиболее производительным и удобным вариантом обработки заготовок под давлением.

Операции холодного метода штамповки

Предпринимаемые действия либо разделительного, либо формоизменяющего характера. Поэтому главные процедуры следующие:

Резание – разделка основного материала, может осуществляться как по прямой линии, так и по более сложной траектории. Выполняется при помощи промышленных гильотин и/или ножниц больших размеров, причем как на стартовых, так и на финишных этапах производственного цикла.
Пробивка – создание технологических отверстий необходимого (произвольного) диаметра и даже формы.
Вырубка – еще одна разделка, но она уже производится по замкнутому контуру, с отделением нужной части, становящейся заготовкой (здесь и кроется принципиальное отличие от предыдущей операции, при которой отрез считался был отходом).
Вытяжка – изменение объема детали (из плоской делают полую, при этом толщина стенок тоже может стать другой, обычно тоньше).
Отбортовка – создание рельефной кромки по периметру, внутреннему или наружному. Наиболее распространенные случаи применения – места монтажа фланцев и торцы труб.
Гибка – превращение плоской конфигурации в изогнутую, обычно U или V-образную, но возможны и другие варианты, вплоть до довольно сложных.
Обжим – элемент фиксируют в конической матрице и давлением воздействуют на его торцевую часть, уменьшая ее размеры.
Формовка – изменение геометрии на каком-то локальном участке заготовки (при этом ее наружный контур сохраняет свои габариты).

История кузнечно-штамповочного производства

Кузнечное ремесло и кузнечное производство имеют многовековую историю. Человеку давно были известны простейшие кузнечные инструменты для ковки: молот, клещи и наковальня, а также и простейшее нагревательное оборудование — горн. Первая механизация процессов ковки относится к XVI веку, когда стали применять механические рычажные, вододействующие молоты, приводимые энергией водяного потока. При отсутствии гидроэнергии применялись копровые (падающие) молоты.

В 1842 году Джеме Несмит построил первый паровой молот, а в 1846 году Армстронг — первый паровой гидропресс. В том же XIX веке начали применять приводные механические и пневматические молоты, получили развитие кривошипные прессы и другие кривошипные кузнечно-штамповочные машины.

Станок для литья пластмассы дома

Далее видеоматериал, объясняющий, как изготовить станок для литья пластмассы. Что для этого потребуется в домашних кустарных условиях? Шток с поршнем. Труба на три четверти в качестве цилиндра. Полдюймовой переходник на 3/4 трубу. Штуцер, срезанный для удобства. Металлическая прокладка со слюдой для изоляции. Термостат. Он регулирует температуру до 350 градусов. Тен на 600 ватт. Две гайки и коробка для крепления термостата. Одеваем переходник. Закручиваем шайбу. Для того, чтобы нихром не сползал вниз.

Начинаем собирать блок управления. Потом прикрепим термопару от термостата к корпусу цилиндра. Автор не стал показывать, как он будет все это собирать, но представил схему. На фото устройства показано в сборе.

Крепим блок управления к шприцу. Затягиваем гайками. Термопары по длине достаточно. Теперь нужно закрепить. Слюда для предотвращения проскакивания термопары через керамические изоляторы. Для перематывания используется не просто нить, а кремнеземная. Она жаростойкая, то есть не горит, не плавится. Можно использовать асбестовый шнур. Но поскольку его не было в наличии у мастера, пришлось покупать кремнеземную.

Обматываем ТЭНом. Далее можно использовать минеральную вату или асбестовую ткань. Необходимо для избежания теплопотерь. Мастер использовал минвату от старой духовки. Алюминиевым проводом зафиксировал. Сборка закончена. Можно проводить испытания под давлением.

Выставляем термостат на 100 градусов. Посмотрим, как в этом режиме дома будет работать станок.

Оборудование и инструменты

Оборудование, которое необходимо для выполнения штамповки включает в свой состав – прессы, а в качестве рабочего инструмента применяют штампы.

Как правило, в цехах, где выполняют штамповку применяют пресса двух типов – механические и гидравлические. В станках первого типа, для выполнения операции используют энергию падающего шатуна, в оборудовании второго типа, для обеспечения необходимой нагрузки используют гидравлическую машину, которая создает усилие на штамповочном узле.

К механическим станкам относят и такие как кривошипно-шатунные, винтовые, гильотинные, комбинированные и некоторые другие.

Усилие, которое будет направлено на формование детали, в зависимости от модели пресса может составлять несколько килограмм (настольные прессы, пневматического действия), а может несколько сотен тонн, например, пресс марки КА9536. Его усилие составляет 400 тонн, дина хода шатуна составляет 250 мм, а максимальный размер штамповой оснастки составляет 1000 на 1000 мм в плане.

На территории нашей страны действует ГОСТ 6809-87. Он определяет технические параметры для прессового оборудования, применяемого в горячей штамповке.

Станок для штамповки листового металла должен быть установлен на отдельный фундамент, который не связан с основным фундаментом здания, в котором размещаю штамповочный цех.

Прессовое оборудование может быть использовано в производствах по крупносерийному или массовому изготовлению деталей.

Прессы, практически всех типов имеют два режима работы, ручной и автоматический. Последний, позволяет встраивать их в линии по производству сложных деталей.

Например, при изготовлении кузовных автомобильных деталей, в одной линии размещено несколько прессов. На каждом из них установлены индивидуальные штампы, последовательное использование которых позволяет получать из листа готовую деталь, например, крышку багажного отделения или дверь.

Точность обработки на таком оборудовании позволяет запускать полученные детали в дальнейшее производство без использования промежуточных операций, связанных с механической обработкой.

Технология процесса

Процесс холодной листовой штамповки начинается с совместной работы технолога и конструктора оснастки. Они рассматривают все изменения, которые должны произойти с плоской заготовкой на ее пути к готовому изделию, планируют и группируют разделительные и формообразующие операции. После такой группировки определяются операции, выполняемые при каждом проходе пресса (если деталь не удается отштамповать за один проход). Под этот конкретный перечень операций проектируется пара матрица — пуансон.

Матрицы и пуансоны, как правило, изготовляют методом фрезерования на многокоординатных обрабатывающих центрах. От точности изготовления напрямую зависит точность соблюдения размеров штамповки и конечное качество изделия. В качестве материалов используют высоколегированную сталь — пресс- форма должна выдержать сотни, а то и миллионы циклов штамповки и при этом не измениться в размерах. Часто пресс-формы делают состоящими из нескольких частей, которые потом надежно соединяют.

Иногда в пресс-форму устанавливают вставку из более прочного материала, например, в той части, где будет осуществляться вырубка или вытяжка и которая будет подвержена существенно большим напряжениям, чем остальная часть пресс-формы.

Исключительно важный этап технологии — это наладка прессов для листовой штамповки. Каждый рабочий проход пресса нуждается в строгом соблюдении предписанного технологией усилия, чтобы, с одной стороны, точно отформовать заготовку, а , с другой стороны ,не повредить ее.

Технология штамповки

Для изготовления деталей методом штамповки используют металлический лист, тонкую стальную ленту или полосу.

Чаще всего детали изготавливают методом холодной штамповки листового металла. При этом виде производства деталей, металл приобретает дополнительную прочность, что увеличивает срок службы изделия.

Горячую штамповку используют тогда, когда оборудование не может выдать мощность, нужную для деформации в нужную форму холодного металла. Или при выполнении изделия из непластичного металла. Листы для изготовления деталей горячим методом берутся толщиной менее 5 мм.

Дальнейший выбор технологии производства зависит от того, каким образом нужно воздействовать на металл, то есть технология изменения формы изделия отличается от той, что используют для разделения. В результате разделительных операций от детали отделяется часть.

Это можно делать по кривой или по прямой линии или по контуру. Металл отделяется путём сдвига частей заготовки в разные стороны. Для разделения применяется несколько операций, при которых используется пресс со специальным инструментарием.

Виды разделительных операций:

Отрезка – части металлической заготовки разделяются по фигурной линии или по прямой. Пресс для этого вида операций называют ножницами. С помощью этой операции производят готовые к эксплуатации детали и заготовки, которые затем дорабатываются иными способами.
Надрезка – операция по неполному отрезанию части заготовки под давлением с сохранением целостности детали.
Обрезка – убирается небольшая деталь заготовки, при этом часть металла идёт в отходы.
Пробивка – в листе металла формируются отверстия различной формы. Часть металлической основы будет считаться отходами и подлежать удалению.
Вырубка – формирует из заготовки изделие, контур которого замкнут.
Зачистка – позволяет убрать неровные края и придать изделию аккуратный вид, выровняв его грани.
Проколка (просечка) – в изделии делается углубление конусообразным инструментом.

Формоизменяющая штамповка деталей также имеет несколько видов. Операции этого типа используют для изменения формы и размера заготовки из листа металла, не разрушая материала.

Виды формоизменяющих операций:

Отбортовка отверстий – формирование вокруг отверстий заготовки бортиков нужной формы и размера.
Отбортовка контура – формирование по контуру изделия бортиков нужной формы и размера. Обычно этот метод применяют для обработки концов труб для фиксации фланцев.
Вытяжка – объёмная штамповка, в результате которой из плоского листа металла получаются пространственные изделия, полые внутри. Таким способом изготавливают детали полусферической, коробчатой, конической, цилиндрической и других форм. Вытяжка может быть последовательной, с плоским прижимом в плоской матрице или с крюком.
Обжим – сужение торцов деталей из листа металла, полых внутри с помощью конической матрицы. Конец детали вставляется с большой силой в воронку матрицы.
Гибка – металлическим заготовкам придают нужный по конструкции изгиб. Различают несколько типов гибки, в зависимости от конечной формы изделия: V-образная или одно угловая, U-образная или двух угловая, много угловая, трубная и криволинейная.
Формовка – при неизменном контуре изделия, изменяются размеры и форма его участков. Видов формовки несколько: она может быть с предварительным набором, а может выполняться цилиндрическим пуансоном с плоским концом.

Горячая штамповка металла, автоматизированные линии

Технология штамповки деталей из листового металла. Оборудование

Изготовление деталей с помощью штамповки занимает ведущее место в технологии обработки металлов давлением и используется в разных отраслях промышленности. Особое значение имеет штамповка металлических изделий из листового проката. В ее основе лежит пластическое деформирование металла без его нагрева с помощью специальных штампов. Такой способ пластической деформации деталей широко применяется для изготовления деталей разных размеров и сложных форм с большой точностью, что невозможно осуществить с помощью других способов обработки.

Они используются для сборки крупногабаритных изделий машиностроительной отрасли, в автомобилестроении и судостроении, а также в приборостроительной сфере и быту, где часто требуются различные миниатюрные детали.

Конструкция и принцип работы прессового оборудования

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

Т-образные;
ласточкин хвост.

Металлообрабатывающий пресс

Прессы кривошипно-шатунного типа

Достоинства кривошипных прессов:

простая регулировка;
высокая производительность;
малая погрешность.

Гидравлические прессы

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 вальцовки толстых листов применяется индукционный нагрев.

Оборудование радиального типа непригодно для других видов технологических операций.

Прессы электромеханического типа

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.

Холодное выдавливание

Холодное выдавливание осуществляется методом давления, по своей сути схожим с прессованием металла. Отличие заключается в образовании трёхосного неравномерного сжатия в области деформации, что приводит к повышению пластичности обрабатываемого материала и позволяет получать большое формоизменение заготовки. Процесс формования детали заключается в следующем: под влиянием давления, создающегося при обжимании заготовки до состояния текучести, металл вытекает через отверстия матрицы соответствующей формы. Течения металла относительно к движению пуансона может иметь разную направленность и в зависимости от этого направления различают типы выдавливания.

Прямое выдавливание характеризуется совпадением движения пуансона и направления течения металла. Он применяется для получения сплошных удлинённых поковок: деталей значительной длины.
Боковое выдавливание характеризуется вытеканием металла через боковые отверстия, под углом к движению пуансона. Применяется для получения поковок с отростками: деталей сложной формы.
Обратное выдавливание характеризуется направлением вытекания, противоположным движению пуансона. Применяется для пустотелых поковок: деталей полых внутри.
Комбинированное выдавливание характеризуется одновременным течением в нескольких направлениях и применяется для производства деталей сложной формы.

Оборудование

Штамповка листового металла производится с помощью пресса и штампа. Пресс применяется для создания давления, то есть самого процесса штамповки, а штамп придаёт изделию нужную форму. Штамп выполнен из инструментальных сталей и состоит из пуансона и матрицы.

Процесс деформации происходит при помощи пуансона и матрицы в момент их сближения. Движимой является верхняя половина штампа, зафиксированная на прессе, а именно на его ползуне.

Нижняя половина остаётся недвижимой и находится на рабочей поверхности оборудования. Если штампуется не сталь, а материал мягкий, то рабочие части штампа могут быть сделаны из полимерных сплавов или дерева.

При изготовлении штамповкой единичного изделия особо крупного размера обычно применяется не пресс, а особое приспособление из чугунной или бетонной матрицы и контейнера с жидкостью (обычно водой). Лист металла располагают на матрице, а над ним жидкий пуансон.

Приспособление из бетонной матрицы

Для создания давления в жидкости, нужное для деформации металла по нужной форме, в контейнере подрывают заряд на основе пороха или сообщают воде электрический разряд достаточной мощности.

Для резки по листовому металлу применяют не пресс, а ножницы. Они бывают нескольких видов:

с параллельными ножами;
дисковые;
гильотинные;
вибрационные.

Чаще всего используют ножницы вибрационного типа.

Для качественного изготовления изделий нужно внимательно выбирать пресс для каждого вида операции и обрабатываемого материала. Существует несколько видов прессов:

Молот (максимальная скорость до 20 м/с).
Гидравлический пресс (максимальная скорость до 0,3 м/с);
Кривошипная машина (максимальная скорость до 0,5 м/с);
Машина ротационного типа (максимальная скорость 8 м/с);
Импульсная штамповочная машина (максимальная скорость до 300 м/с).

Для большинства видов операций подходят кривошипные машины. Они могут иметь от одного до четырёх кривошипных механизмов. Принцип работы кривошипной механизмы можно описать по схеме:

На кривошипный вал передаёт движение приводной электрический двигатель через кинематическую цепочку, которая состоит из фрикционной муфты и клиноременной передачи.
Шатун с регулируемой длиной приводит в движение ползун кривошипного механизма.
Ножная педаль через муфту запускает рабочий ход пресса.

Оборудование для штамповки сложных по конфигурации изделий может иметь несколько ползунов.