Если на производстве требуется большое количество металлических изделий или заготовок одинакового образца, целесообразно использовать метод штамповки. Штамповка металла осуществляется из листового материала, который особым образом деформируют до нужной формы давлением. Штамповка изделий из металла используется издревле: много веков назад таким способом наши предки делали украшения, оружие и предметы быта. Тогда это делалось вручную и с гораздо меньшей скоростью, сейчас же процесс автоматизирован, и производство одной детали занимает значительно меньше времени.
История возникновения процесса
Изначально все делалось вручную. Первые механические действия с помощью машин в металлообрабатывающей промышленности начались в середине XIX века. Станки повысили качество обработки материала. Еще через 50 лет штампование впервые применялось в сфере автомобилестроения – началось изготовление изящных кузовов с закругленным элементами.
Уже в 1930-х годах эту же технологию начали применять в авиастроении и судостроении, а спустя еще два десятилетия началось производство запчастей для ракет. Метод приобрел широкую популярность, теперь он используется для создания элементов абсолютно разного размера – от крыла самолета до маленькой часовой стрелки.
Технология штамповки деталей из листового металла
Исходный материал – это металлический лист, лента или любая плоская форма. Затем он будет подвергаться горячей или холодной обработке (об их отличии будем говорить ниже), но при любом способе исходник приобретает дополнительные свойства, увеличивается прочность.
Суть процесса – воздействие посторонними предметами на пласт, чтобы добиться его деформации или отделения части, то есть разреза. Часто две эти процедуры происходят вместе. Выбираются инструменты, которые соприкасаются с заготовкой, затем действует пресс. Он является основной силой, оказывающей давление.
Технологические операции
В процессе работы станок может производить следующие действия:
- Отрезка. Две части разъединяются по кривой или прямой линии.
- Надрезка. Делаются только надсечки, прорези, но не нарушается общая целостность.
- Обрезка. Процедура обычно происходит с краями листа, они отъединяются и идут в мусор.
- Пробивка. Происходит перфорация сразу несколькими или одним отверстием, появляется узор, рисунок.
- Вырубка. Изнутри заготовки появляется замкнутый контур. По нему убирают целый фрагмент, не нарушая того, что вся деталь остается замкнутой.
- Зачистка. Декоративный элемент, исправляет неровности, сглаживает концы.
- Проколка. На поверхности появляются конусы, то есть прорывы, но без отсечения какого-либо металлического слоя.
Изготовление штампов по металлу
Из металлической заготовки необходимо сконструировать штампы по металлу. Первый этап подразумевает разработку детализированных чертежей с расшифровкой.
Штампы состоят из таких элементов:
- Пуасон и матрица. Это рабочие части, которые производятся из инструментальной стали. После обработки под воздействием высоких температур они получают закалку до 60 единиц.
- Пуасонодержатель.
- Прокладки. Они производятся из конструкционной стали с закалкой до 45 единиц.
- Съемник.
- Нижняя и верхняя плиты. Их толщина зависит от усилия, которые затрачиваются на штамповку.
- Колонки и втулки.
- Хвостовик.
Разновидности штамповки деталей из листового металла
Вся металлическая продукция, подвергнутая штампованию, имеет небольшую ширину, так как трудно гнуть чрезмерно плотный лист. Но в зависимости от его прочности применяют различные подходы. Рассмотрим особенности.
Холодная выштамповка
Заготовка обрабатывается без предварительного нагревания. Метод недорогой и менее трудозатратный, так как является одноступенчатым. Так обрабатываются только тонкие поверхности. Этапы процедуры:
- Увеличение плотности стали с помощью пресса. Так материал становится менее пластичным, более устойчивым к внешним воздействиям. Форма остается за изделием надолго.
- Обработка посредством обработки высокими температурами – 550-620 градусов поддерживается в печи. Это приводит к разрушению химический кристаллической решетки и к наполнению структуры дополнительными атомами углерода.
- Заготовка переводится в цех для холодного штампования металла. Здесь металлические формы используются для длительной эксплуатации. Матрицы для них делаются из очень прочных сплавов, которые остаются точными после долгого срока использования.
Особенности холодной штамповки
Происходит она не в домашних условиях, а исключительно в цехах. Причем достоинством является возможность нахождения сотрудников в помещении в момент работы оборудования, потому что они не присутствуют в зоне с высокими температурами. Сам момент, когда наносится штамп посредством пресса, занимает не более нескольких секунд, механизм приводится в действие автоматически. Такой вариант подходит для:
- легированных, углеродистых сталей;
- алюминия;
- меди;
- некоторых сплавов.
Также аналогичный метод применяют для создания изделий из:
- картона;
- кожи;
- полимерной глины;
- резины.
Подгонка оборудования (масса пресса, сталь для ножей) будет осуществляться, исходя из расчета свойств материала.
Горячий процесс штамповки металла
С его помощью обрабатывают более плотные заготовки. Они гнуться и подвергаются штампованию по причине разлома связей между молекулами (они находятся на большем расстоянии). Вся процедура имеет аналогичные подготовительные этапы, как и холодная разновидность, то есть прессовка и обработка в печах, закалка. Но уже на третьем шаге требуется более современное и трудное оборудование. Здесь пресс совмещается с нагревательным элементом. Металл изначально достигает состояния красного накаливания. И уже в таком виде происходит основная работа. Особенности:
- Автоматизация процесса – за станками не должны стоять люди, это тем более актуально, что невозможно работать в такой температуре воздуха.
- На компьютере предварительно нужно выставлять параметры материала.
- Сталь для самих штампов – только легированная, высокопрочная.
Если не используется автоматический нагрев, то процесс аналогичный, но в два шага – сначала раскаление, а затем штампование. Тогда в цеху должен присутствовать работник, который перекладывает щипцами (на примере небольших изделий) заготовку с одного места на другое. Это очень трудная работа, поэтому многие крупные предприятия переходят на дорогостоящую автоматику.
После горячей металлической штамповки не требуется особенного охлаждения (водного или холодным воздухом). Температура приходит в норму в зависимости от того, какая масса и плотность у стали. Только после полного остывания можно проводить шлифование, оцинковку, покраску или прочие финишные работы.
Жидкое штампование
Второе название – литье под давлением, применяется не очень часто, так как оно дорогое, а также технологически трудное. Но для получения очень прочных, без заломов и возможных неточностей изделий, применяется именно этот способ. Он представляет собой расплавление металлического сплава и его последующее заливание в специальную штамповочную форму. После остывания может происходить повторная выштамповка, но уже в качестве финальной черты.
Разделительное штампование
Фактически это вырубка, пробивка и разрезка. То есть здесь материал не гнется, а только отсекается от него лишняя часть. Предаваться могут различные узоры и геометрические формы. Это может быть либо первичная обработка заготовки, а затем будет происходить формирование объемов, либо единственно необходимая для готового изделия ступень. Резка выполняется посредством специальных инструментов – ножей из высокопрочной и хорошо заточенной стали. Процедура может быть как по прямой, так и по изогнутой линии. Применяют:
- гильотинные ножницы;
- вибрационные станки;
- диски.
Также эту процедуру можно назвать раскройкой, термин используется у портных, которые аналогичным образам раскраивают подготовленную ткань.
Особенности технологии
Кроме разделения на горячую и холодную, штамповка изделий из металла подразделяется и на ряд других категорий в зависимости от ее назначения и технологических условий. Так, операции штамповки, в результате которых происходит отделение части металлической заготовки, называются разделительными. Сюда, в частности, относятся резка, рубка и пробивка деталей из металла.
Другой категорией таких операций, в результате которых штампуемый лист металла изменяет свою форму, являются формоизменяющие штамповочные операции, часто называемые формовкой. В результате их выполнения детали из металла могут подвергаться вытяжке, холодному выдавливанию, гибке и другим процедурам по обработке.
Как уже отмечалось выше, существуют такие виды штамповки, как холодная и горячая, которые, хотя и реализуются по одному принципу, предполагающему деформирование металла, имеют ряд значимых отличий. Штамповку деталей, предполагающую их предварительный нагрев до определенной температуры, применяют преимущественно на крупных производственных предприятиях.
Это связано прежде всего с достаточно высокой сложностью такой технологической операции, для качественного выполнения которой необходимо сделать предварительный расчет и точно соблюсти степень нагрева обрабатываемой заготовки. С помощью штамповки, выполняемой по горячей технологии, из листового металла различной толщины получают такие ответственные детали, как днища котлов и другие изделия в форме полусфер, корпусные и другие элементы, используемые в судостроении.
Характеристики и виды деталей, производимых на горячештамповочных прессах
Для нагрева деталей из металла перед их горячей штамповкой используется нагревательное оборудование, которое в состоянии обеспечить точный температурный режим. В этой функции, в частности, могут использоваться электрические, плазменные и другие нагревательные устройства. Перед началом выполнения горячей штамповки необходимо не только рассчитать нормы нагрева обрабатываемых деталей, но и разработать точный и подробный чертеж готового изделия, в котором будет учтена усадка остывающего металла.
При выполнении холодной штамповки металлических деталей процесс формирования готового изделия протекает только за счет давления, оказываемого рабочими элементами пресса на заготовку. За счет того, что заготовки при штамповке по холодной технологии предварительно не нагреваются, они не подвержены усадке. Это позволяет изготавливать изделия законченного вида, которые не требуют дальнейшей механической доработки. Именно поэтому данная технология считается не только более удобным, но и экономически выгодным вариантом обработки.
Если квалифицированно подойти к вопросам проектирования размеров и формы заготовок и к последующему раскрою материала, то можно значительно уменьшить его расход, что особенно актуально для предприятий, выпускающих свою продукцию крупными сериями. В качестве материала, заготовки из которого успешно подвергаются штамповке, может выступать не только углеродистые или легированные стали, но также алюминиевый и медный сплавы. Более того, оснащенный соответствующим образом штамповочный пресс успешно используется для обработки заготовок из таких материалов, как резина, кожа, картон, полимерные сплавы.
Разделительное штампование, целью которого является отделение от обрабатываемой заготовки части металла, – это очень распространенная технологическая операция, используемая практически на каждом производственном предприятии. К таким операциям, которые выполняются посредством специального инструмента, установленного на штамповочный пресс, относятся резка, вырубка и пробивка.
В процессе резки металлические детали разделяются на отдельные части, причем такое разделение может осуществляться по прямой или кривой линии реза. Для выполнения резки могут использоваться различные устройства: дисковые и вибрационные станки, гильотинные ножницы и др. Резку чаще всего используют для того, чтобы раскроить металлические заготовки для их дальнейшей обработки.
Вырубка – это технологическая операция, в процессе которой из металлического листа получают детали, имеющие замкнутый контур. При помощи пробивки в заготовках из листового металла делают отверстия различной конфигурации. Каждая из таких технологических операций должна быть тщательно спланирована и подготовлена, чтобы в результате ее выполнения получилось качественное готовое изделие. В частности, должны быть точно рассчитаны геометрические параметры используемого инструмента.
Технологическими операциями штамповки, в процессе которых осуществляется изменение начальной конфигурации металлических деталей, являются формовка, гибка, вытяжка, отбортовка и обжим. Гибка – это наиболее распространенная формоизменяющая операция, в процессе которой на поверхности металлической заготовки формируются участки с изгибом.
Вытяжка – это объемная штамповка, целью выполнения которой является получение из плоской металлической детали объемного изделия. Именно при помощи вытяжки металлический лист превращается в изделия цилиндрической, конической, полусферической или коробчатой конфигурации.
По контуру изделий из листового металла, а также вокруг отверстий, которые в них выполнены, часто необходимо сформировать бортик. С этой задачей успешно справляется отбортовка. Такой обработке, выполняемой посредством специального инструмента, подвергают и концы труб, на которые необходимо установить фланцы.
При помощи обжима, в отличие от отбортовки, концы труб или края полостей в заготовках из листового металла не расширяют, а сужают. При выполнении такой операции, осуществляемой при помощи специальной конической матрицы, происходит наружное обжатие листового металла. Формовка, которая также является одной из разновидностей штамповки, предполагает изменение формы отдельных элементов штампованной детали, при этом наружный контур детали остается неизменным.
Объемная штамповка, которая может выполняться по различным технологиям, требует не только тщательных предварительных расчетов и разработки сложных чертежей, но и использования специально изготовленного оборудования, поэтому реализовать такую технологию в домашних условиях проблематично.
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.
Это интересно: Обозначение и изображение резьбы на чертеже согласно ГОСТ
Особенно актуален процесс при массовом выпуске – как мелких элементов, вроде шестеренок для часов, так и крупных предметов, например, кузовов автомобилей.
Сферы использования
Метод востребован в различных отраслях, где необходимо придавать металлам заданную форму. К изготовлению деталей при помощи штамповки прибегают в следующих сферах:
- автомобилестроение;
- производства по выпуску электроники, часов и пр.;
- строительство;
- полиграфия;
- машиностроение;
- самолетостроение и др.
Благодаря высокотехнологичным приспособлениям в процессе обработки удается получать заготовки заданной формы разного размера с минимумом отходов.
Оборудование по ГОСТу
Есть следующие типы станков:
- однокривошипные;
- двухкривошипные;
- четырехкривошипные.
В любом варианте они оснащаются стальной матрицей и ползуном, который соединен со штампом. Движение начинается за счет электродвигателя, в котором есть элементы кинематической цепи. Для освобождения рук работника запуск производится ногой, снизу есть педаль, которая соединена с муфтой вращения. Далее сила передается на все движущиеся элементы, начинается процесс штамповки металлов, как вы понимаете, своими руками такой технологически трудный станок сделать нельзя.
Для сложных изделий
Структура, описанная выше, подходит для самых элементарных заготовок. Если форма имеет более трудную конфигурацию, применяют пневматический пресс с двумя или тремя ползунами. Это требуется для более прочной фиксации листа, а также для управления сразу несколькими матрицами. Если материал очень прочный и его не может «взять» ни один пресс, то используют инновационную разработку – взрыв. Его сила помогает пробить даже самые крепкие сплавы.
Оборудование и инструменты
Для формирования металлических изделий производятся штампы, вставляющиеся в прессах, которые бывают 2 типов:
- Кривошипно-шатунные. Основным элементом в них является ползун, двигающийся по направляющим. Сверху располагается электродвигатель, который дает толчок движению кривошипно-шатунного механизма. Снизу имеется плита, на которую ставится штамп. Оборудование быстроходное. К недостаткам относится большая сила удара при соприкосновении пуансона с металлом. В результате инструмент выкрашивается.
- Гидравлические прессы. Обладают большой мощностью. К преимуществам относится плавность движения ползуна. Благодаря этому при работе отсутствует механический удар, что приводит к длительной службе инструмента. Величина хода движения ползуна обеспечивает большую открытую высоту пространства пресса. Это дает возможность совершать операции глубокой вытяжки или гибки заготовок с высокими бортами.
Обработка металлов давлением позволяет получить за короткое время большое количество деталей. При этом они все будут иметь одинаковую форму. Точность их изготовления регламентируется ГОСТом.
Преимущества
- Можно сделать фактически любую форму.
- Снижается расход металлического листа.
- Нет потери механических характеристик изделия.
- Может применяться как на крупном производстве, так и на мелкосерийном.
- Высокая скорость работы.
- Универсальность станков.
Мы рассказали про выштамповку металла. Если вы занимаетесь металлообработкой, то можете заказать высококачественное оборудование от .
Чтобы уточнить интересующую вас информацию, свяжитесь с нашими менеджерами по телефонам;; 8 (800) 707-53-38. Они ответят на все ваши вопросы.
Объёмная штамповка
Объёмная штамповка может быть выполнена и холодным, и горячим способами. Горячая — обработка давлением, где формообразование поковки осуществляется с помощью штампа. Заготовками служат прокат прямоугольного, круглого, квадратного профиля, который разрезается на мерные заготовки (иногда не разрезают, а штампуют прямо из прутка, отделяя затем поковку прямо штамповочной машиной).
Объёмная штамповка применяется при массовом производстве и серийном, что повышает производительность труда и снижает отходы металла. Качество изделий тоже соответствует высоким стандартам. Такой штамповкой получают изделия, исключительно сложные по форме, которые нельзя получить даже свободной ковкой.
