Листовая штамповка

Технология штамповки деталей из металлических листов и ее виды

Обработка деталей из листового металла – это процесс получения деталей необходимой формы и определенного размера. Работа по формированию деталей происходит на специальном оборудовании с применением инструмента под названием штамп.

Говоря о деталях, произведенных из листового металла, надо понимать, что на заготовку оказывается серьезное давление. Технологию штамповки начали применять еще в древние времена. Таким образом, производили орудия для обработки земли, посуду, украшения.

Штамповка деталей из металлических листов

В наши дни эта технология широко применяется при производстве деталей из листового металла, обладающих разными размерами и формой. Такой вид обработки широко применяется в автомобиле строении при производстве кузовных деталей.

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.

Что нужно для штамповки?

Технология штамповки деталей из листового металла требует специального оборудования: это ножницы, кривошипный пресс и гидравлический пресс, имеющий несколько шайб и поверхность матрицы.

Также необходимо соблюдать нормы работы и расчет материала.

Для холодной штамповки чаще всего используют гидравлический пресс, т.к. это оборудование бывает разнообразных конструкций и делает возможным изготовление деталей разных форм с уменьшением расхода материала.

Также выбор пресса зависит от работы, которую нужно провести с заготовкой.

К примеру, чтобы сделать вырубку и пробивку, требуется пресс простого действия, который отличается небольшим ходом ползуна и шайб, а также уменьшением расхода материала.

Чтобы произвести вытяжку, нужен пресс, имеющий двойное действие и заметно больший ход ползуна и шайб.

По конструкции прессы бывают однокривошипные, двухкривошипные, четырехкривошипные, но все они отличаются наличием матрицы.

Два последних типа отличаются стволами и ползунами более крупных размеров.

Видео:

Пресс работает за счет наличия клиноременной передачи: непосредственно передача движения осуществляется с помощью пусковой муфты и шайб на кривошипный вал.

С помощью шатуна, способного регулировать длину, движение поступает к ползуну и приводит его в работу.

Ползун движется возвратно-поступательным способом по направлению к столу. Запускается пресс педалью, которая воздействует на муфту. Педаль установлена на сам пресс.

Четырехшатунный пневматический пресс с наличием шайб и матрицы штампует детали с усилием, центр которого находится между шатунами, образующими между собой четырехугольник.

Таким образом, можно получить ассиметричные детали из листового металла крупного размера со снижением расхода материала.

Чтобы сделать более сложные изделия, нужен пневматический пресс, имеющий двойное или тройное действие, а также правильный расчет.

Особенность этого оборудования в том, что оно оснащено двумя или тремя ползунами.

В прессе, имеющим двойное действие, внешний ползун осуществляет зажим металлической заготовки посредством буфера, а ползун внутри позволяет сделать вытяжку изделия матрицы.

Сначала начинает двигаться внешний ползун, после достижения им самой крайней нижней точки, он замирает и фиксирует край детали на поверхности матрицы.

Затем в движение приходит внутренний ползун и начинается процесс вытяжки – все это время внешний ползун остается на месте.

После того как работа закончена, второй ползун поднимается вверх, тем самым освобождая заготовку, над которой производится работа. Таким образом и производится объемная или другая деталь с помощью пресса.

Для работы с тонкими листами металла существует специальный фрикционный пресс с наличием шайб, гидравлические же модели используют, главным образом, для создания деталей из толстого листового металла для снижения возможного расхода материала.

Гидравлический пресс отличается большим качеством штамповки материала, благодаря наличию более надежных шайб, матрицы и прочих элементов.

Еще один плюс в его пользу для использования на производстве и своими руками в том, что он не подвергается перегрузке, что довольно часто случается во время работы на кривошипном прессе.

Не только станок с прессом требуется для штамповки металла. Для проведения правильной работы с уменьшением расхода материала необходим также станок, имеющий встроенные вибрационные ножницы.

Помимо ножниц, станок имеет короткие ножки. Работа по обработке металла начинается с верхнего ножа, который запускается электродвигателем.

При работе заготовку из листового металла нужно установить на стол, и сдвинуть его в промежуток между ножками сверху и снизу до полного упора.

Подобный вид обработки металла так популярен потому, что количество расхода материала снижено, по сравнению с другими вариантами работы.

Плюс с его помощью может быть создана деталь любого вида: объемная, плоская, конусообразная и т.д.

Расчет требуемого материала можно провести как самостоятельно, так и с помощью специалистов, но, в любом случае, нормы будут ниже, чем при другой обработке металла.

Видео:

При всех своих плюсах, эта обработка металла требует специального оборудования: для работы нужен станок, на котором есть пресс, поверхность матрицы, несколько шайб и другие элементы, а также необходимо соблюдать нормы работы.

Все это делает создание станка своими руками маловозможным, однако заказать изготовление деталей путем штамповки не так дорого, поэтому острая необходимость иметь подобный станок дома, отсутствует.

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.

Кстати, такая обработка металла улучшает его прочностные параметры.

Горячая штамповка

Этот метод обработки листового металла применяют при производстве деталей котельных установок и некоторых деталей, используемых в корабельном деле. Для таких деталей применяют стальные листы толщиной в 3 – 4 мм.

Технологические операции применяемые в горячей штамповке во многом схожи с теми, которые применяют в холодной обработке листового металла. Инженеры, разрабатывающие технологии обработки листового металла должны учитывать то, что детали должны быть разогреты до определенной температуры. Соответственно должны быть учтены такие явления как утяжка листового металла, при выполнении отверстий, гибке и ряда других. Кроме того, при остывании деталей необходимо помнить и о возникающем короблении.

Горячая штамповка листового металла

Все это приводит к тому, что изменяются размеры допусков, на размеры получаемых из металла деталей.

Резка

Операция, в ходе которой происходит отделение части листового металла, от тела будущей детали называют резкой. Эту операцию применяют для изготовления и готовых деталей, и при выполнении раскроя листового металла на полосы заданных размеров. При выполнении этой операции необходимо обеспечить максимальное количество готовых деталей, таким образом, количество отходов будет минимизировано.

Газокислородная резка металла

Эффективность раскроя определяет коэффициент использования листа. Его рассчитывают как отношение площади полученных деталей к площади целого листа.

Для этой операции применяют разное оборудование, в том числе вибрационные, дисковые, гильотинные и другие виды прессового оборудования.

Так называют технологическую операцию по получении заготовки с замкнутым контуром.

Вырубка листового металла

Вытяжка

Операция в результате которой заготовку выполненную в плоском виде трансформируют в пространственную. Вытяжку используют при изготовлении деталей разной формы и цилиндрические, и конусные, и коробчатые.

Ротационная вытяжка металла

Для вытяжки применяют штамповую оснастку, которая состоит из пуансона, который втягивает листовой металл в отверстие расположенное в матрице.

Эта операция позволяет получать из листовой заготовки детали с требуемой формой изгиба.

Гибка металла

Пробивка

Эту операцию применяют при необходимости получения отверстий определенной формы.

Координатная пробивка и ее недостатки

Рельефная формовка

Так называют операцию, которая позволяет изменять форму в каком-то определенном месте, но при этом сохраняется внешний контур детали.

Рельефная формовка листового металла

Холодная штамповка металла

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

Листовое штампование

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

Для проведения работ используется два вида прессов:

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

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

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

Виды операций, проводимые во время листовой штамповки

Детали изготавливают двумя способами:

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

Плюсы и минусы метода

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

Преимуществами данного метода являются:

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

Объемная холодная штамповка

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

Холодное выдавливание

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

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

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

Высадка

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

Холодная объемная штамповка металла в открытых штампах

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

Достоинства и недостатки объемной штамповки

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

Преимущества объемной штамповки:

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

Качество изготовления продукции зависит от правильной сборки и работы штампа.

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.

Совершая возвратно-поступательное действие, имеющийся ползун кривошипа повергает в работу непосредственно само устройство. В ходе такого воздействия возникает соответствующее высокое давление, что позволяет осуществлять пластичную деформацию такого металла.

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.

Классификация оборудования для штамповки изделий из металла

В самом общем случае оно представляет собой станки-прессы с определенным типом привода (о котором ниже), а также различными характеристиками прочности, производительности, количества выполняемых операций, максимального размера обрабатываемых предметов и так далее.

Выбор нужно осуществлять в зависимости от особенностей производства и от того, какую конечную продукцию следует получить: учитывая, что для сравнительно мягких материалов не нужна значительная мощность, что для серийного выпуска требуется высокая скорость, и другие нюансы конкретного случая.

Просто необходимо, чтобы модель станка соответствовала рекомендациям актуальных межгосударственных стандартов. Помимо рабочих параметров оборудования для штамповки листового металла, ГОСТы также определяют расход, нормы безопасности труда, правила проектирования и другие сопутствующие моменты.

Перейдем к рассмотрению наиболее часто используемых видов техники.

Кривошипно-шатунные прессы

Считаются сравнительно простыми по конструкции механизмами с двойным или тройным характером действия. Преобразуют крутящий момент в возвратно-поступательное движение, благодаря которому:

• подающее устройство перемещает стальную ленту (или другой материал);
• шаговый нож отрезает заготовки согласно заданной программе.

Достаточно надежны (в силу отсутствия сложных функциональных узлов), поэтому нашли свою нишу в массовом выпуске однотипных элементов, чаще всего небольших размеров. Оправдывают себя с экономической точки зрения в перспективе долгосрочного использования.

Гидравлические прессы

Лидируют среди всех видов оборудования по своим мощностным характеристикам: наиболее производительными их моделями выштамповка металла осуществляется с усилием до 2 килотонн.

Принцип их действия базируется на передвижении пары цилиндров разных размеров. За счет отличия в диаметрах при вращении создается определенное давление на поверхность заготовки, которое изменяет геометрию листа и позволяет получить элемент нужной формы.

За перемещение жидкости отвечают насосы: оснащенные электроприводами, они быстро обеспечивают необходимую интенсивность воздействия. Результат – готовая продукция с гладкой поверхностью, параметры которой с высокой степенью точности соответствуют заданным.

Радиально-ковочные прессы

Классический случай их применения – выпуск цилиндрических заготовок, но также они широко используются для серийного производства предметов с круглым, прямоугольным, квадратным сечением.

Современные модели таких станков, как правило, оснащаются индукционной печью, в которой материал (обычно уже в виде болванки) проходит предварительный нагрев. Термическое воздействие позволяет обеспечить должную пластичность при сохранении максимальной прочности.

Точность соответствия заданной геометрии главным образом зависит от того, какая была выбрана форма для штамповки металла, но и мастерство оператора тоже играет свою роль. Обслуживать такие станки должны специалисты, прошедшие профильную подготовку.

Электромагнитные прессы

Наиболее современные и в чем-то даже инновационные варианты оборудования.

• Создают ЭМ-поле, энергия которого является основной движущей силой, давящей на сердечник.
• Последний, обладающий проволочной обмоткой, в свою очередь, воздействует на инструмент (исполнительный орган).

От интенсивности влияния и зависит степень изменения размеров заготовки. Задав соответствующую программу, можно с максимальной точностью выполнить предмет любой геометрии, даже самой сложной.

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.

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.

Особенности технологии

В качестве исходного сырья для штамповки может выступать металлический лист, стальная полоса или тонкая лента. Наибольшее распространение по целому ряду причин получила холодная листовая штамповка. Технологию горячей штамповки применяют в тех случаях, когда мощности используемого оборудования не хватает для деформирования металла в холодном состоянии или когда обработке необходимо подвергнуть деталь из металла, отличающегося невысокой пластичностью. Как правило, по технологии горячей штамповки выполняют обработку листовых заготовок, толщина которых не превышает 5 мм.

В зависимости от того, что в процессе выполнения штамповки необходимо сделать с листовым металлом, различают разделительные и формоизменяющие технологические операции. В результате выполнения первых от заготовки отделяется часть металла, что может происходить по прямым или кривым линиям, а также по определенному контуру. Отделение металла в таких случаях происходит из-за сдвига его частей относительно друг друга.

Резка

В процессе резки части металлической детали отделяются друг от друга по прямой или фигурной линии. Пресс, при помощи которого выполняется такая операция, правильнее называть ножницами, которые могут быть дисковыми, вибрационными или гильотинными. При помощи резки получают готовые к дальнейшей эксплуатации изделия или формируют заготовки для их дальнейшей обработки другими методами.

Схемы резки листового металла ножницами

Пробивка

Эта операция используется для того, чтобы сформировать в листовой заготовке отверстия различной конфигурации.

В процессе пробивки часть материала удаляется в отход

Вырубка

При помощи вырубки из металлической детали формируют готовое изделие с замкнутым контуром.

Пример детали, изготовляемой из полосы вырубкой

Отбортовка

Это технологическая операция штамповки листового металла, в результате выполнения которой вокруг отверстий в металлической заготовке, а также по ее контуру формируются бортики требуемых размеров и формы. Чаще всего отбортовке подвергают концы труб, на которых впоследствии планируется фиксировать фланцы.

Схема отбортовки детали вокруг заранее пробитого отверстия

Вытяжка

Это по-настоящему объемная штамповка, целью которой является получение из плоского металлического листа полых пространственных изделий. При помощи такой технологической операции можно изготавливать предметы коробчатой, полусферической, цилиндрической, конической и других форм.

Инструментальные способы вытяжки

Обжим

Данная операция выполняется при помощи матрицы конического типа. Целью обжима является сужение торцов полых деталей, изготовленных из листового металла.

При обжиме конец заготовки вталкивается в воронкообразное отверстие матрицы

Гибка

При помощи такой технологической операции штамповки заготовкам из листового металла придают требуемый изгиб.

Гибка позволяет получать детали разнообразных форм, в зависимости от которых различают типы гибки

Формовка

Это такое изменение формы и размеров локальных участков заготовки, при котором внешний контур изделия остается неизменным.

Схемы формовки

Обработке по технологии холодной штамповки могут подвергаться не только листы из углеродистых и легированных сталей, но также детали из меди, алюминия и их сплавов. Более того, используя пресс и соответствующие штампы листовой штамповки, можно выполнять обработку таких материалов, как кожа, картон, резина, полимерные сплавы.

Детали, для производства которых была использована холодная штамповка, отличаются не только точностью своих геометрических параметров, но и высоким качеством поверхности. Чистота последней в отдельных случаях может соответствовать 8-му классу. В среднем чистота поверхности штампованных изделий находится в интервале 2–6 классов, что вполне устраивает потребителей такой продукции.

Производственный цех, в котором ведется процесс листовой штамповки

Выбирая пресс для выполнения такой технологической операции, а также занимаясь проектированием штампов листовой штамповки, следует учитывать целый ряд параметров исходного сырья. Только так можно обеспечить высокое качество готовых изделий. К таким параметрам, в частности, относятся:

• электрическая и магнитная проводимость материала, который будет подвергаться обработке;
• твердость и механическая прочность металла;
• масса заготовки;
• ударная вязкость, которой обладает обрабатываемый металл;
• теплопроводность металла, а также его теплостойкость;
• степень устойчивости металла к коррозии и его износостойкость, что будет оказывать влияние на долговечность, которой будет обладать штампованный лист.

Штампы из металла

Процесс металлообработки в современных условиях напрямую зависит от качества сырья, уровня подготовки обслуживающего персонала и совершенных форм и методик, применяемых в этой отрасли. Поэтому штампы для производства необходимого продукта должны отвечать всем требованиям принимающей стороны, их практическое применение должно удовлетворять потребностям, необходимым для производства продукции. Наша фирма выпускает штампы различной категории, такие как рельефно-формовочные, формообразующие, разделительные, комбинированные. Также есть возможность для выбора подкатегорий вышеперечисленных видов, что говорит о том, что наши металлические изделия заслуженно пользуются популярностью у многочисленных заказчиков.