Листовая штамповка

Особенности молотов и кривошипных прессов

В некоторых штамповочных цехах сейчас используются паровоздушные молоты, способные функционировать от воздуха и от пара. Данное оборудование считается устаревшим. Чтобы изготовить штампованную деталь на молотах, необходимо установить громоздкое оборудование, для фиксации которого обустраивают очень сложный и глубокий фундамент. Причем такой агрегат требуется монтировать в достаточно высокое производственное здание.

Паровоздушный молот в штамповочном цехе

Показатель полезного действия работы на молотах находится на уровне 2–3 %. Получается, что при штамповке сжигается большое количество угля, а отдача от процесса минимальная. Кроме того, на молотах могут работать исключительно опытные и физически сильные специалисты. При этом даже они вынуждены прилагать массу усилий, чтобы готовые изделия соответствовали требованиям, изложенным в техзадании на изготовление штампованных деталей. К достоинствам штамповки на молотах можно отнести то, что они дают возможность получать почти любые по конфигурации поковки на достаточно большой скорости.

Кривошипный пресс для штамповки металла

Они функционируют не ударом (как это происходит при выполнении рабочих операций на молотах), а давлением. Такие агрегаты оснащаются электрическим двигателем, который приводит в движение ГКШП посредством системы валов, маховиков, шатунов, шестерен и муфт. Кривошипные установки штампуют изделия за одну операцию, что увеличивает их производительность в 1,5–2 раза по сравнению с изготовлением деталей на молотах.

К другим достоинствам ГКШП относят:

• минимальные допуски и припуски на получаемых изделиях (не требуется дополнительно выполнять механическую обработку штампованной продукции);
• достаточно высокий КПД их функционирования;
• безопасность осуществления рабочих операций.

Листовая штамповка – основные ее преимущества

Подробности

Категория: Листовая штамповка – основные ее преимущества

Листовое штампование подразумевает изготовление деталей из металлических листов путём пластического деформирования заготовок под  действием давления. Несколько столетий назад возникла необходимость создать способ изготовления одинаковых по форме и размерам деталей для производства оружия и посуды, а позже и для других целей. Так появилась листовая штамповка. В настоящее время методами листовой штамповки получают детали и готовые изделия для многих отраслей: приборостроения, ракетостроения, судостроения, автомобильной, тракторной и авиационной промышленности и др.

Для листовой штамповки деталей используют лист или ленту, свёрнутую в рулон. Как правило, используют холодные заготовки. В зависимости от типа изделия и вида исходного материала холодная штамповка может быть объемной или листовой. Однако в зависимости от мощности устройства для штамповки и пластичности материала могут использоваться горячие заготовки. По сравнению с горячей холодная штамповка имеет целый ряд преимуществ, а именно:

• поверхностный слой металла не окисляется;
• изделия получаются более точными по размерам и с меньшей шероховатостью поверхности.
• отсутствует операция нагрева металла.

Гидравлические и кривошипные прессы, а так же вибрационные ножницы относятся к основному технологическому оборудованию для изготовления различных изделий методом листовой штамповки. Все операции по изготовлению изделий этим методом подразделяются на формоизменяющие и разделяющие.

К формоизменяющим операциям относят скручивание, гибка, навивка, обжим, формовка, вытяжка, отбортовка т.е. материал заготовки не разрушается, меняется только форма и размер. К разделяющим операциям можно отнести надрезку, отрезку, вырубку,  проколку, обрезку, пробивку и зачистку, т.е.  часть заготовки разделяется при сдвиге материала по заданному контуру.

Листовая штамповка обладает множеством преимуществ, к основным ее преимуществам можно отнести возможность изготовления деталей с минимальной массой при заданной прочности, точность изготовления, соблюдение формы и размеров, высокое качество уменьшает затраты на последующую обработку. Листовая штамповка позволяет добиться максимальной автоматизации производства, позволяет использование конвейеров и автоматических линий. В производстве листовая штамповка позволяет сэкономить  на расходе обрабатываемого металла. Листовую штамповку можно без проблем приспособить как для крупного, та и для мелкосерийного производства, что делает это решение очень масштабируемым.

Тонкости технологии

Штамповка, или штампование, как часто называют такую технологическую операцию, – это процесс, при котором заготовка из металла под воздействием давления подвергается пластической деформации. В результате такого воздействия, для оказания которого используется специальное оборудование, из заготовки формируется готовое изделие требуемых размеров и формы. Деформирование металлической заготовки может выполняться с ее предварительным нагревом, тогда такой процесс называется горячей штамповкой. Если же никакого предварительного термического воздействия на заготовку не оказывается, тогда выполняется холодная штамповка металла.

Классификация основных операций штамповки

При выполнении холодной штамповки металла используется специальная технологическая оснастка. При этом металл, из которого сделана заготовка, подвергается дополнительному упрочнению. Между тем при выполнении холодной штамповки металла ухудшается его пластичность. Повышение прочности заготовки при выполнении холодной штамповки приводит к увеличению хрупкости металла, что является достаточно негативным фактором. Чтобы избежать этого, между технологическими операциями, из которых состоит штамповка деталей в холодном состоянии, выполняют термическую обработку заготовки – рекристаллизационный отжиг. В готовых изделиях, которые в процессе производства были подвергнуты такой термической обработке, оптимально сочетаются параметры прочности и пластичности.

История открытия технологии

Листовая штамповка, как отдельная технология в металлообработке, появилась еще в средневековье. Кузнецы изготавливали разные виды оружия, доспехов, некоторые вещи для быта и украшения. До 1850-х годов этот метод обработки развивался медленно. При работе использовались простые ручные инструменты и приспособления.

С середины XIX века большинство операций в металлообработке подверглись механизации. Были созданы первые станки для обработки металлов. Технология вошла в список производственных, начала применяться крупнейшими заводами.

В начале XX века листовая штамповка начала применяться в производстве корпусных деталей автомобилей. В 1930-х годах технологию стали применять при изготовлении деталей для сборки речных и морских судов, корпусов для промышленного оборудования, летательных аппаратов. К середине 1950-х годов листовая штамповка начала активно применяться при производстве комплектующих для ракет.

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.

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.

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).

Виды штамповки металла

Естественно, за столько веков появился целый ряд методов выполнения данной операции. До наших дней дожили те из них, которые обеспечивали должный уровень скорости, точности, качества, безопасности обработки заготовки. По этой причине ручные способы сегодня не находят широкого применения, а используются лишь в частных случаях.

Отдельную нишу занимают варианты, при которых результат достигается не давлением, а другими путями, например, воздействием кратковременных электрических импульсов или нагревом с изотермической деформацией и применением гидравлического пресса, или даже взрывом в водной среде.

Более подробно мы рассмотрим классические и актуальные сейчас виды.

Листовая штамповка металла

Особенно востребована при массовом выпуске плоских и/или объемных конструкций. Готовый предмет формируется специальным инструментом. По температуре осуществления операций подразделяется на 2 категории:

• Холодная – максимально эффективна при выборе меди, стали (легированной или углеродистой), алюминия в качестве основного материала, но при условии грамотной разделки. Наиболее распространенный случай применения – создание кузовных элементов машин.
• Горячая – заготовку предварительно помещают в электрическую или пламенную печь, в остальном же технология аналогична предыдущему варианту. Подходит для листов толщиной до 5 мм, чаще всего используется для изготовления корпусов водных судов.

Объемная

Очень интересный вариант, при котором, за счет пластической деформации сразу по трем плоскостям, из простейших заготовок делают более сложные. Обладает высокой степенью перспективности, классифицируется на две группы – с изменением агрегатного состояния продукции и без него. Рассмотрим обе по порядку.

Технология ГОШ – горячей объемной штамповки изделий из металла

Деталь подвергают давлению и, одновременно, температурному воздействию, нагревая в закрытой без зазоров пресс-форме. Данная полость получила сразу два названия – «ручей» и, по другой версии, «гравюра». Да, на начальном этапе реализации способ требует повышенного внимания к подготовке основного материала, но зато хорош своей точностью соответствия готового элемента заданным размерам и высоким качеством его поверхностей, и это при малом проценте облоя.

Относительный минус в том, что рабочее оборудование в этом случае стоит сравнительно дорого, а оператора требуется дополнительно обучать, но и такие затраты времени и средств многократно окупаются в долгосрочной перспективе производства.

Процесс ГОШ можно условно разбить на 7 этапов:

1. выбор типа штампа по металлу;
2. создание чертежа, максимально подробного;
3. расчет числа выполняемых технологичных переходов;
4. подготовка проектной документации для каждого из промежуточных этапов;
5. определение подходящих пресс-форм;
6. установка основных параметров и режима нагрева заготовки;
7. задание нужных финишных процедур (учитывая эксплуатационные требования, предъявляемые к готовому изделию).

Кроме того, экономистам необходимо найти себестоимость единицы продукции, выпущенной по согласованному алгоритму.

Если сравнивать с горячей ковкой, ГОШ гораздо точнее, у него лучшая производительность и он дает больше вариантов для достижения результата, поэтому он объективно перспективнее.

Метод холодной объемной штамповки деталей из металла

Хорош высокой точностью и чистотой (гладкостью) конечной поверхности. Основной материал не рекристаллизируется ни на одном из этапов производственного цикла, что делает готовую продукцию устойчивой к различным механическим воздействиям и нагрузкам. Заготовками в данном случае являются проволочные и калиброванные прутки.

Относительный минус данного варианта – значительные усилия, затрачиваемые на выпуск: они больше в 10 раз, если сравнивать с ГОШ. Также следует отметить негативное влияние чрезмерных механических нагрузок, на практике уменьшающих ресурс пресс-форм, но в целом способ пока частично сохраняет актуальность.

Листовая штамповка

Люди издревле делали из металла тонкостенные изделия, сосуды и украшения. Они изготавливались из листа металла методом чеканки-придания формы холодному или разогретому листу пластичного металла путем обстукивания его молотком вокруг деревянной модели будущего изделия. Швы запаивались или чеканились. Такой обработке подвергалась чаще всего медь, реже серебро или золото. Полученные таким образом изделия ценились чрезвычайно высоко, поскольку все операции были ручными и на изготовление одного кувшина у мастера уходил не один день.

Листовая штамповка

Пытливый человеческий ум искал пути ускорить и удешевить производство до середины 19 века, когда появился такой мощный источник энергии, как пар. С тех пор технология производства тонкостенных изделий из металлического листа путем деформации его под давлением, или листовая штамповка, существенно усовершенствовалась. Сегодня этим методом производят миллиарды различных деталей — от частей телефонов до корпусов автомобилей.

Автоматические штамповочные линии

Современные станкостроительные предприятия предлагают широкий выбор автоматических штамповочных линий и комплексов для решения различных задач. Станки представляют собой высокотехнологичное оборудование, изготовленное под руководством квалифицированных инженеров-технологов.

Современные комплексы оснащают системами ЧПУ с центральным сенсорным дисплеем, что сводит функции оператора к минимуму.

Штамповка металла – востребованная технология, которая позволяет производить детали с высокими эксплуатационными характеристиками. Как вы считаете, могут ли полуавтоматические станки конкурировать с числовым программным управлением или такое оборудование является устаревшим? Поделитесь вашим мнением в блоке комментариев.

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.

Сущность технологии

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

Так выглядит нижняя часть простого одноручьевого штампа

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

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

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

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

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

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

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

Преимущества и недостатки горячей объемной штамповки

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

Удлиненные

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

Дисковые

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

Примеры изделий, изготовленных методом горячей объемной штамповки

Виды

Для выполнения листовой штамповки применяются разные станки, специализированные инструменты. Чтобы изготавливать детали простых и сложных форм, применяются разные типы штампов. Некоторые из них изготавливаются серийно, другие — на заказ.

Станки

Оборудование:

1. Кривошипные прессы. При обработке происходят возвратно-поступательные движения.
2. Фрикционные прессы. Движение рабочей части передается благодаря трению. Оно возникает между дисками и маховиком.
3. Гидравлический пресс для штамповки листового металла. Работают на основе движения жидкости, которая толкает приводы.

Штампы

Штампы для листовой штамповки — кубические детали, состоящие из двух одинаковых частей. С помощью втулок и колонок обе части центрируются. Оснастка изготавливается согласно нормам, которые описываются в ГОСТах. Они должны соответствовать ряду требований, чтобы безопасно и эффективно применяться в производственной деятельности:

1. Рабочие части оснастки должны иметь достаточную прочность, качество, эксплуатационную стойкость, ремонтопригодность.
2. При изготовлении деталей должно оставаться минимальное количество отходов.
3. Качественный штамп должен обеспечивать необходимую безопасность рабочего процесса, требуемую производительность.
4. Оснастка должна надежно закрепляться в станке, чтобы ее положение оставалось неизменным.

У штампов, которые производятся по новым технологиям, нет внутренних втулок и колонок. Поэтому части оснастки не скреплены между собой. При этом в конструкцию добавлен новый элемент — ловитель с фаской 15 мм, которая изготавливается под углом в 15°.

Изготовление штампов для холодной штамповки металла

Изготовление оснастки:

1. Разработка проекта. Подготавливаются чертежи со всеми размерами.
2. Изготовление деталей штампа. Многие размеры на чертеже имеют жесткий допуск, который нужно выдержать до 0,01 мм. Такую точность можно получить только на координатных станках: расточном и шлифовальном. Особенно это касается рабочего инструмента: пуансона и матрицы.
3. Термическая обработка комплектующих. Изделия, изготовленные из конструкционной и инструментальной стали, подвергаются нагреванию.
4. Шлифовка закаленных деталей. Наивысшую чистоту поверхности имеют режущие части рабочего инструмента. Шлифовка ведется до получения 10 класса шероховатости поверхности или по новому обозначению 0,16√. Все плоские части деталей: верхних и нижних плит, пуансонодержателя, прокладок, направляющих планок и съемника шлифуются до 8 класса.

Дополнительные инструменты

К этой категории относятся промышленные ножницы, которые предназначены для выполнения разделительных операций. Виды инструмента:

1. Дисковые. Рабочая часть инструмента изготовлена из нескольких дисков, которые установлены на параллельные оси вращения. При работе диски вращаются в разные стороны.
2. Алигаторные. Основная ось инструмента проходит по нижней кромке, верхняя режущая часть совершает движения по направлению к ней.
3. Гильотинные. Имеют две наклонные режущие кромки, которые выполняют параллельно-поступательные движения.

Путем листовой штамповки металла можно быстро изготовить большое количество однотипных деталей. Их сложность и форма будут зависеть от используемых штампов, которые можно постоянно менять.

Немного истории

О холодной обработке металла было известно еще очень много столетий тому назад, но на то время она не имела такого широкомасштабного производства. В основном ее применяли для изготовления домашней утвари, различных украшений и оружия.

Но благодаря техническому прогрессу такой вид металлообработки, начиная со второй половины XIX века, встал на новый уровень. В результате совершенствования начали изготавливаться новые детали и элементы для промышленности, что, в свою очередь, способствовало стремительному развитию данной отрасли.

Уже в начале XX столетия изготовление штампов для холодной штамповки металла сыграли большую роль в таких отраслях, как автомобилестроение, авиа- и судостроение, а в 50-х годах этого же столетия их стали применять и в ракетостроении.