Изготовление штампа для холодной штамповки своими руками. Штамповка листового металла (горячая и холодная): виды, оборудование

23.06.2018

Штамповка изделий из металла признается специалистами по-настоящему передовым методом выпуска разных по назначению деталей. Она придает готовым изделиям требующиеся размеры и формы посредством пластической деформации.

1 Разновидности штампования – каждой детали своя технология

Штамповочные мероприятия делятся на формоизменяющие и разъединительные. Под формоизменяющими процессами понимают такие операции, как холодное выдавливание, вытяжка, формовка. Разъединительное штампование – это процедуры, при которых металл (обычно листовой) делится на заданные геометрические части (рубка, резка, пробивка).

Рассматриваемый нами процесс получения штампованных деталей может быть объемным либо листовым.

Если изготовление деталей производится из металлических листов толщиной не более 6 миллиметров, речь идет о листовой штамповке. Во всех остальных случаях говорят об объемной операции. Штампование выполняется при помощи специальных механизмов, которые называют прессами. Они способны посредством механического воздействия деформировать исходную заготовку.

Штамповка листов металла выполняется по разным схемам в зависимости от оснастки, используемой для изменения размеров и формы материала. С этой точки зрения штампование бывает:

валковым;
гидро- или магнитно-импульсным;
эластичными средами;
взрывом;
в инструментальных штампах.

Изготовление штампованных изделий выполняется по двум технологиям – холодной и горячей. Далее мы рассмотрим наиболее часто используемые способы производства разнообразных деталей штампованием.

2 Горячая объемная штамповка для массового изготовления изделий

Под таким процессом понимают методику обработки металлических заготовок давлением. Сырьем для операции выступает прокат – периодический, прямоугольного, квадратного или круглого профилей. Его перед обработкой режут на заготовки определенных размеров. В некоторых случаях поковка отделяется от проката непосредственно на агрегате для штампования.

Обязательным атрибутом горячей объемной операции является штамп – специальный инструмент с выступами и полостями. При заливке металл заполняет эти "неровности". На финальном этапе штамповки по конфигурации поковки образуется замкнутая единая полость. Штампы могут быть закрытыми и открытыми.

отличное качество поверхности получаемых деталей;
высокая производительность рабочего процесса;
безупречная точность формы штампованных деталей;
малый объем отходов металла.

Горячая листовая штамповка применяется тогда, когда производятся из листов 3–4 миллиметра по толщине. Начальная заготовка при этом нагревается в специальных электрических либо пламенных устройствах-печах.

3 Холодная листовая штамповка – гарантия получения высокоточных деталей

Данная операция имеет ряд достоинств:

экономическая целесообразность использования ХЛШ (холодной листовой штамповки) и при производстве изделий мелкими партиями, и тогда, когда осуществляется массовое изготовление деталей;
возможность выпуска продукции с высокой жесткостью и показателем прочности при минимальном ее весе;
простота автоматизации и качественной механизации штамповочных операций – один агрегат за 8–12 часов способен "выдать" до 35–40 тысяч готовых изделий;
достойное качество получаемых поверхностей и отличная точность параметров деталей – отделочные процедуры за счет этого сокращаются до минимума;
экономия расхода металла;
возможность изготовления мелких и крупных по размерам деталей.

При ХЛШ используют заготовки из латуни, легированных пластичных металлических сплавов, титановых, магниевых и алюминиевых композиций, низкоуглеродистых сталей. Исходный материал подается в штамповочный агрегат в виде лент и полос в рулонах, листов, полученных методом прокатки. Холодная штамповка востребована при выпуске изделий для приборо- и тракторостроительной промышленности, ракето-, самолето- и автопредприятий.

Объемная штамповка по "холодной" технологии незаменима при производстве:

элементов вертолетов – втулок винтов и других деталей;
коленвалов двигателей внутреннего сгорания;
опор (шаровых) автомобильных подвесок;
различных метизов – , и так далее;
любых высоконагруженных и высокоточных изделий.

Объемная холодная штамповка позволяет получать указанные детали без царапин и рисок, а также иных поверхностных дефектов.

Страница 16 из 89

6-2. ТЕХНОЛОГИЯ ЛИСТОВОЙ ХОЛОДНОЙ ШТАМПОВКИ
а) сущность технологии холодной штамповки
Холодная штамповка объединяет большое количество разнообразных операций, которые делятся на два основных класса: разделительные, в которых одна часть заготовки отделяется от другой, и формоизменяющие, при которых получают изделия сложной формы за счет перемещения элементарных объемов материала исходной заготовки без ее разрушения.
Применяют также сборочные операции, при которых отдельные детали под давлением штампа соединяются в сборочные единицы.
К основным разделительным операциям относятся отрезка, вырубка и пробивка, к основным формоизменяющим операциям - гибка, вытяжка, обжим, отбортовка, формовка.
Технология холодной штамповки определяется штампом, его конструкцией. За каждый рабочий ход пресса получается готовая деталь или заготовка.
Разработка технологического процесса листовой холодной штамповки ведется в следующем порядке:
1) устанавливается структура процесса, т. е. характер, количество и последовательность операций;
2) выполняются необходимые расчеты по установлению размеров заготовки, операционных размеров полуфабрикатов, усилий штамповки и т. п.;
3) процесс оформляется в соответствующей технологической документации.
Кроме основных операций (названных выше) листовой холодной штамповки существуют и вспомогательные операции: очистка, правка и смазка листов, отжиг и травление деталей, галтовка, нанесение защитных покрытий.
б) РАЗДЕЛИТЕЛЬНЫЕ ОПЕРАЦИИ
Разделительные операции характеризуются полным или частичным отделением одной части материала от другой, которое может происходить как по замкнутому, так и незамкнутому контуру. Примером отделения материала по незамкнутому контуру (отрезки или разрезки) является первая заготовительная операция - резка, которой подвергается материал для получения полос или листов заданного размера и которая обычно производится на гильотинных или роликовых ножницах или другими способами. В табл. 6-1 приведены способы резки листовых материалов, виды оборудования, наиболее часто встречающиеся в электроаппаратостроении.
При проектировании технологического процесса штамповки нужно учитывать наиболее рациональный раскрой материала. Следует стремиться к увеличению

коэффициента использования материала и как к конечной цели - к безотходной штамповке (рис. 6-2).
Использование листа характеризуется коэффициентом использования листа:
(6-1)

где К.я - коэффициент использования листа; N - число деталей, получаемых из листа; Fд - площадь детали; В и L - - ширина и длина листа.

Использование полосы характеризуется коэффициентом использования полосы:
(6-2)

где Кп - коэффициент использования полосы; n - число деталей, получаемых из полосы; Ь и / - ширина и длина полосы.
В связи с тем что размер перемычек между деталями и краем полосы влияет на стойкость штампов и прочность полосы во время штамповки, следует перемычки выбирать оптимальными согласно справочным таблицам .
Для успешного выполнения разделительных операций необходимо, чтобы между пуансоном и матрицей был зазор 0,05 - 0,1 мм (на каждую сторону).
Усилие, необходимое для отделения заготовки от полосы или ленты, определяется по формуле
(6-3)

где K1=l,3 - коэффициент, учитывающий неравномерность толщины и механических свойств материала, особенность конструкции и выполнения штампа, степень затупления режущих кромок и др.; t - толщина материала; l - длина реза с учетом всех, в том числе и внутренних, контуров и отверстий; Тер - сопротивление срезу в штампах, равное 0,7 - 0,9 предела прочности штампуемого материала при его растяжении (табл. 6-2).
Вырубка - операция единовременного отделения материала от заготовки по замкнутому контуру, причем отделяемая часть является деталью.
Пробивка - получение отверстий путем отделения материала по замкнутому контуру внутри детали. При пробивке отделяемая часть является отходом. Отличие этих операций заключается только в их назначении, так как процессы деформирования металла и устройство применяемых для этих операций штампов по существу одинаковы. Вырубку и пробивку (рис. 6-3,а, б) выполняют пуансоном, перемещающим отделяемую часть заготовки в отверстие матрицы.

в) ФОРМОИЗМЕНЯЮЩИЕ операции
К формоизменяющим операциям, основанным на пластических деформациях материала, относятся: гибка, вытяжка полых деталей из плоской заготовки, отбортовка, формовка и другие виды объемной штамповки, при которых получаются детали различной конфигурации за счет пластических перемещений объемов металла заготовки.

Гибка - одна из наиболее распространенных операций холодной штамповки - представляет процесс упру-гопластических деформаций, которому могут подвергаться как плоские заготовки, так и любой прутковый или проволочный материал. Гибка бывает одноугловая (рис. 6-4,а), двухугловая (рис. 6-4,6) и многоугловая. При гибке происходят сжатие внутренних слоев металла и растяжение наружных слоев. Слой металла, не испытывающий ни сжатия, ни растяжения, называется нейтральным, определяющим собою длину (размер) изгибаемой детали.
Вытяжка листового материала представляет собой сложный процессе деформирования плоских заготовок в полые изделия различной конфигурации в специальных штампах. Процесс вытяжки заключается в том, что при опускании ползуна пресса заготовка проталкивается в зазор между пуансоном и матрицей и превращается в полую деталь (рис. 6-4,в). Средняя часть, образующая дно будущего колпачка, опускаясь в отверстие матрицы, тянет за собой остальную кольцевую часть заготовки (рис. 6-4,г). При этом лишние объемы металла фланца в виде треугольных секторов с толщиной, равной толщине заготовки, подвергаются действию тангенциальных сжимающих напряжений и после втягивания в зазор идут на увеличение высоты детали.
При значительной толщине материала могут появиться гофры при вытяжке, что вызывает брак деталей. Для предотвращения этого часть заготовки, лежащей на матрице, удерживают специальным прижимным кольцом (рис. 6-4,д).
Подвергаются вытяжке и полуфабрикаты, полученные предшествующей вытяжкой (рис. 6-4,з).
В зависимости от конструкции детали и материала вытяжку можно производить за несколько операций (рис. 6-4,дас).
При необходимости получить полую деталь с тонкими стенками и большой высоты применяют вытяжку с утоньшением материала (рис. 6-4, е).
Обжим - операция сужения концевой части полых или объемных деталей путем обжатия материала штампом снаружи в конической матрице (рис. 6-4,и).
Отбортовка - образование бортов по наружному контуру заготовки или вокруг пробитых отверстий за счет растяжения материала (рис. 6-4,/с).
Формовка - операция, изменяющая форму заготовки или полуфабриката посредством местных деформаций, например путем изготовления ребер жесткости, увеличения диаметральных размеров средней части полой детали (рис. 6-4,л, м). Раздача средней части вытянутого стакана осуществляется с помощью резинового вкладыша, стальных шариков или жидкостей в разъемной по вертикальной плоскости матрице.
На основе вида раскроя и штамповочных операций выбирают необходимое оборудование и применительно к нему разрабатывают конструкции штампов.
Штамповка деталей путем выполнения нескольких раздельных операций в большинстве случаев экономически невыгодна, вследствие чего обычно применяют методы комбинированной штамповки.
Комбинированная штамповка представляет собой совмещение в одном штампе двух или нескольких технологически различных операций штамповки.
6-3. ВИДЫ ШТАМПОВ
При разработке технологии листовой штамповки особенно важно, учитывая массовый выпуск деталей, обеспечить наилучшие технико-экономические показатели:
высокие производительность труда и качество деталей при минимальных технологических отходах металла, расходе энергии и трудовых затратах на изготовление штампов и штамповку. Поэтому очень важным этапом подготовки производства является процесс конструирования штампов.
Основные виды штампов приведены в табл. 6-3. Кроме того, штампы для листовой штамповки по характеру действия можно разбить на три группы: простого действия, или однооперационные (рис. 6-3,а), последовательного действия, или прогрессивные (рис. 6-3,6) и совмещенного действия (рис. 6-3,в).
Штампы простого действия (рис. 6-3,а) производят за один рабочий ход пресса одну операцию. К ним относятся штампы отрезной, вырубной, надрезной, выдавочный, правочный, отбортовочный (табл. 6-3, поз. 1 - 7)..
Штамп по конструкции прост. Он состоит из двух основных частей: матрицы и пуансона. Матрица имеет отверстие, контур которого соответствует форме детали. Матрица неподвижно закрепляется на столе пресса. Пуансон в сечении также имеет форму, соответствующую форме детали. Пуансон закрепляется на ползуне пресса. Если между пуансоном и матрицей положить заготовку и опустить пуансон вниз до захода его в матрицу, то он вырубит деталь или выполнит какую-то другую операцию.
Штампы последовательного действия (рис. 6-3,6, табл. 6-3, поз. 12) производят две и более различных операций за несколько рабочих ходов пресса с перемещением заготовки после каждого хода, причем производительность этих штампов значительно выше, чем штампов простого и совмещенного действия. Они хорошо поддаются автоматизации. При организации штамповки на штампах последовательного действия с проваливанием деталей через отверстия в матрице можно достичь производительности на быстроходных прессах до 250 - 400 деталей в минуту.
На штампах последовательного действия (рис. 6-3,6) операции происходят последовательно. При первом ходе ползуна пробивной пуансон пробивает отверстие в заготовке, при втором ходе ловитель ловит заготовку по пробитому отверстию и вырубной пуансон вырубает деталь.
Штамп совмещенного действия (рис. 6-3,8, табл. 6-3, поз. 10, 11) выполняет несколько различных операций за один рабочий ход пресса и обеспечивает более высокую точность деталей по сравнению со штампом последовательного действия, так как при совмещенной штамповке производят пробивку отверстий с одновременной вырубкой по контуру деталей без перемещения заготовки. На этом штампе могут также производиться формоизменяющие операции.
Вследствие того что при совмещенной штамповке вырубленную деталь необходимо снимать с контура пуансона, частота ударов при штамповке указанным штампом обычно не превышает 50 - 70 в 1 млн.
Универсально-групповые штампы. Холодная штамповка в настоящее время получила широкое распространение в мелкосерийном производстве, в серийном производстве с неустойчивой, часто изменяемой конструкцией деталей и даже при изготовлении опытных изделий. Это стало возможным лишь в результате применения универсальных штампов и внедрения групповых методов производства.
Групповые технологические процессы характеризуются обработкой ряда геометрически родственных деталей на одном и том же оборудовании при применении одних и тех же оснастки и рабочего инструмента с небольшой подналадкой применительно к изготовлению данной конкретной детали.
Для обеспечения групповой технологии при штамповке деталей электрических аппаратов используют: штамповку на универсальных штампах, штамповку по элементам на универсальных быстропереналаживаемьгх штампах, штамповку на координатно-револьверных пробивных прессах, штамповку на универсально-сборных штампах (УСШ), штамповку на полиуретановых матрицах.

Наиболее часто в электроаппаратостроении при серийном и мелкосерийном производствах встречается штамповка на штампах в виде универсальных блоков со сменными пакетами (рис. 6-5). Сменные пакеты устанавливаются между плитами 1 и 3, зажимаются при помощи болтов 2. Работа штампа осуществляется через хвостовик 4, который соединен с прессом. Крепление пакетов может осуществляться и другими, способами, например электромагнитом и постоянными магнитами.

Лекция 12. Холодная штамповка

Холодной называют штамповку без нагрева заготовок. Ее разделяют на объемную и листовую.

1. Холодная объемная штамповка (ХОШ)

Холодная объемная штамповка позволяет почти полностью исключить обработку резанием. Основные виды холодной объемной штамповки: выдавливание, высадка, объемная формовка и калибровка (чеканка). Холодное выдавливание аналогично прессованию, а холодная высадка, объемная формовка и калибровка аналогичны соответствующим процессам горячей объемной штамповки. Но они обеспечивают достижение большей точности и более качественной поверхности деталей (шероховатость поверхности Легированная конструкционная сталь" href="/text/category/legirovannaya_konstruktcionnaya_stalmz/" rel="bookmark">легированных сталей , цветных металлов и их сплавов, обладающих в холодном состоянии необходимой пластичностью. Большое значение имеет подготовка поверхности заготовок: удаление загрязнений, поверхностных дефектов и т. д.

Штамповку осуществляют в тех же штампах, которые применяются для горячей обработки.

Выдавливание

Выдавливание – образование заготовки путем пластического течения материала в полости штампа.

Различают прямое, обратное, боковое и комбинированное выдавливание.

http://pandia.ru/text/78/435/images/image004_112.jpg" alt="image description " width="100" height="118">

Рис.1. Схемы выдавливания

При прямом выдавливании металл течет из матрицы в направлении, совпадающем с направлением движения пуансона (рис.1а, б). Этим способом можно получить детали типа стержня с утолщением, трубки с фланцем , стаканы с фланцем.

При обратном выдавливании металл течет в направлении, противоположном направлению движения пуансона, в кольцевой зазор между пуансоном и матрицей для получения полых деталей с дном (рис. 1в).

При боковом выдавливании металл течет в боковые отверстия матрицы под углом к направлению движения пуансона (рис.1г). Таким образом, можно получить детали типа тройников, крестовин и т. п.

При комбинированном выдавливании металл течет по нескольким направлениям (рис.1д). Возможны сочетания различных схем.

Пластическое деформирование выдавливанием происходит в условиях неравномерного всестороннего сжатия и обеспечивают высокую степень деформации.

Из-за высокой стоимости штампов выдавливание целесообразно применять в условиях крупносерийного и массового производства.

Холодная высадка

Высадка – образование на заготовке местных утолщений требуемой формы в результате осадки ее конца. Применяется при изготовлении широкого ассортимента деталей в массовом производстве: болтов, винтов, гаек, заклепок, гвоздей, спиц и т. д.

Исходной заготовкой служат проволока или прутки. Выполняют высадку на холодно-высадочных автоматах .

http://pandia.ru/text/78/435/images/image006_104.gif" width="28 height=24" height="24">и диаметра заготовки, которое характеризует устойчивость к продольному изгибу. При используют один переход, при– два перехода, при– три перехода. При большом количестве переходов происходит упрочнение металла, поэтому требуется отжиг.

Производительность автоматов достигает 400 изделий в минуту. По сравнению с изготовлением резанием высадка обеспечивает до 30–40% экономии металла.

2. Листовая штамповка

Листовая штамповка – способ изготовления плоских и объемных тонкостенных изделий из заготовки в виде ленты, полосы, рулона.

Характеризуется высокой производительностью, стабильностью качества и точности, низкой себестоимостью изготовляемых деталей, возможностью полной автоматизации. Производительность листовой штамповки – до 40 тысяч деталей в смену.

Толщина заготовки при листовой штамповке обычно не более 10 мм, но иногда может превышать 20 мм, в этом случае штамповка осуществляется с предварительным подогревом до ковочных температур.

При листовой штамповке используют: низкоуглеродистые стали, пластичные легированные стали, цветные металлы и сплавы на их основе, драгоценные металлы , а также неметаллические материалы: органическое стекло, фетр, целлулоид, текстолит, войлок и др. Используется также биметаллический и многослойный лист.

Операции листовой штамповки подразделяются на разделительные и формоизменяющие.

В разделительных операциях этап пластического деформирования материала обязательно завершается его разрушением. К разделительным операциям относят:

1. Отрезка – полное отделение части заготовки по незамкнутому контуру путем сдвига. Отрезка осуществляется на ножницах с параллельными ножами, с наклонно расположенными ножами (гильотинные), с помощью дисковых ножей, с помощью отрезных штампов.

http://pandia.ru/text/78/435/images/image012_55.gif" width="16" height="15">=1–5о. Лист подают до упора, определяющего ширину отрезаемой полосы В . Длина отрезаемой полосы L не должна превышать длины ножей.

Получить полный текст

Усилие резания определяется по формулам:

Для ножниц с параллельными ножами

http://pandia.ru/text/78/435/images/image014_54.gif" width="113" height="48 src=">

где: В –длина линии отреза, мм; S –толщина материала, мм; –сопротивление срезу, равное 0,8–0,9 предела прочности материала; Вращательные движения (физика)" href="/text/category/vrashatelmznie_dvizheniya__fizika_/" rel="bookmark">вращательным движением режущих кромок – дисковые (рис.2б). Применяются для разрезания листовых полос неограниченной длины, а также для резки по криволинейному контуру. Вращение дисковых ножей обеспечивает не только разделение, но и подачу заготовки под действием сил трения. Режущие кромки ножей заходят одна за другую, это обеспечивает прямолинейность линии отрезки. Для обеспечения захвата и подачи заготовки диаметр ножей должен быть в 30…70 раз больше толщины заготовки, увеличиваясь с уменьшением коэффициента трения.

2. Вырубка – отделение части заготовки по замкнутому контуру, при этом отделяемая часть является изделием.

Пробивка – отделение части заготовки по замкнутому контуру, при этом отделяемая часть является отходом.

Основным технологическим параметром операций является радиальный зазор между пуансоном и матрицей..gif" width="24" height="23">.gif" width="289" height="240 src=">

Рис.3 Схема процессов вырубки (а) и пробивки (б)

1 – пуансон, 2 – матрица, 3 – изделие, 4 – отход

При штамповке мало - и среднегабаритных деталей из одной листовой заготовки вырубают несколько плоских заготовок для штамповки. Между смежными контурами вырубаемых заготовок оставляют перемычки шириной, примерно равной толщине заготовки. В отдельных случаях смежные заготовки вырубают без перемычек (экономия металла при ухудшении качества среза и снижении стойкости инструмента).

Расположение контуров смежных вырубаемых заготовок на листовом материале называется раскроем . Часть заготовки, оставшаяся после вырубки – высечкой.

Высечка составляет основной отход при листовой штамповке. Тип раскроя следует выбирать из условия уменьшения отхода металла в высечку (рис. 4).

Рис.4. Примеры раскроя материала с перемычками (а) и без перемычек (б)

Экономия металла может быть получена: уменьшением расхода металла на перемычки, применением безотходного и малоотходного раскроя, повышением точности расчета размеров заготовки и уменьшением припусков на обрезку.

Усилие вырубки или пробивки определяется по формулам:

Для круглого контура http://pandia.ru/text/78/435/images/image022_38.gif" width="96 height=24" height="24">,

где: L –длина линии реза или периметр вырубки; S – толщина заготовки; d –диаметр вырезаемого отверстия; –сопротивление срезу.

Формоизменяющие операции – это операции, посредством которых плоская заготовка превращается в пространственную деталь требуемой формы без изменения толщины материала. Основные формообразующие операции: гибка, вытяжка, отбортовка, обжим, раздача, рельефная формовка.

1. Гибка – образование или изменение углов между частями заготовки или придание ей криволинейной формы. Гибку производят в штампах, а также вращающимися фигурными роликами, играющими роль матрицы, на профилегибочных станах.

http://pandia.ru/text/78/435/images/image012_55.gif" width="16" height="15 src=">–угол гибки, NN – нейтральный слой, R –радиус скругления

В местах изгиба наружные слои заготовки растягиваются, а внутренние – сжимаются. Между ними расположен нейтральный слой NN , не испытывающий ни растяжения, ни сжатия. По развернутой длине нейтрального слоя определяется размер заготовки до гибки.

Гибка осуществляется в результате упругопластической деформации. при которой наряду с пластической происходит значительная упругая деформация металла. Поэтому после гибки растянутые и сжатые слои металла стремятся возвратиться в исходное положение. Вследствие этого форма детали после гибки не будет соответствовать форме штампа на величину угла пружинения, который необходимо учитывать при изготовлении инструмента. Угол пружинения равен 1–8о.

С уменьшением радиуса скругления пуансона R возрастает вероятность образования трещин, идущих от наружной поверхности в толщину заготовки, поэтому в зависимости от пластичности металла .

Усилие гибки определяется по формуле:

http://pandia.ru/text/78/435/images/image026_35.gif" width="29" height="24">укладывают на плоскость матрицы. Пуансон надавливает на заготовку, и она, смещаясь в отверстие матрицы, образует стенки вытянутой детали. Диаметр вытягиваемого изделия .

http://pandia.ru/text/78/435/images/image029_34.gif" width="69" height="41">, который в зависимости от механических характеристик металла и условий вытяжки не должен превышать 1,8–2,1.

При http://pandia.ru/text/78/435/images/image031_35.gif" width="16" height="21">. Давление прижима составляет 1–3 МПа..gif" width="97" height="23 src=">..gif" width="140" height="41 src=">.

Промежуточный отжиг для устранения наклепа позволяет увеличить КВ до 1,4-1,6.

3. Отбортовка –образование борта (горловины) вокруг отверстия в заготовке.

http://pandia.ru/text/78/435/images/image037_28.gif" width="61" height="45 src=">,

где; d О –диаметр отверстия в плоской заготовке. Во избежание образования продольных трещин необходимо, чтобы КО =1,2–1,8. При отбортовке мелких отверстий стремятся совмещать отбортовку с пробивкой.

Отбортовку применяют для изготовления кольцевых деталей с фланцами и для образования уступов в деталях для нарезания резьбы, сварки или сборки, а также для увеличения жесткости конструкции при малой ее массе.

4. Обжим – уменьшение периметра поперечного сечения концевой части полой заготовки.

Рис.8. Схема обжима

Производится заталкиванием заготовки в сужающуюся полость матрицы (рис. 8).

Операция характеризуется коэффициентом обжима . Во избежание образования продольных складок в обжимаемой части необходимо, чтобы КО =1,2–1,4. Для большего формообразования делают несколько последовательных операций обжима.

5. Раздача – увеличение периметра поперечного сечения концевой части полой заготовки. Раздача – операция, противоположная обжиму.

Инструмент и оборудование для листовой штамповки

В качестве инструмента при листовой штамповке используют штампы. По технологическому признаку различают штампы простого, последовательного и совмещенного действия. Штампы простого действия – однооперационные, штампы последовательного и совмещенного действия – многооперационные.

В штампе простого действия за один ход ползуна выполняется одна операция.

В штампе последовательного действия за один ход ползуна выполняется одновременно две или большее число операций в различных позициях, а заготовка после каждого хода пресса перемещается на шаг подачи.

В штампе совмещенного действия за один ход ползуна пресса две и большее число операций выполняются в одной позиции без перемещения заготовок в направление подачи.

Холодную листовую штамповку осуществляют в основном на кривошипных прессах. Для крупногабаритных изделий из толстых листов применяются гидравлические прессы.

Листовая штамповка – это один из наиболее прогрессивных видов производства. Она имеет ряд технологических и экономических преимуществ перед другими способами обработки металлов давлением, а именно: получение жестких и прочных деталей малого веса и сложной формы; высокая производительность на основе автоматизации; экономное использование материала; низкая стоимость изделий.

Изделия штампуют из полосовой, листовой или ленточной заготовок сталей, цветных металлов, металлов с пластмассовыми покрытиями. По способу пластической деформации штамповку листа подразделяют на резку, гибку, вытяжку и формовку. В зависимости от толщины заготовки различают тонколистовую (до 4 мм) и толстолистовую штамповку; заготовки толщиной более 15–20 мм штампуют в горячем состоянии. В одном штампе обычно экономически выгодно совмещать несколько операций штамповки.

По способу совмещения операций различают штамповку: совмещенную, которая осуществляется в несколько операций одновременно за один ход пресса и за одну установку заготовки в штампе; последовательную – осуществляется, когда несколько операций осуществляются последовательно отдельными пуансонами за несколько ходов пресса при перемещении заготовки между ними, так что за каждый ход пресса получается готовая деталь; совмещено-последовательную, где комбинируются первые два варианта.

Основными направлениями развития штамповки листа являются: расширение производства штампованных из листа изделий взамен литых и кованых, комбинация штамповки листа и сварки, механизация и автоматизация штамповки, совершенствование конструкций штампов и технологии штамповки. Замена в массовом производстве литых и кованых деталей штампованными из листа позволяет снизить массу изделий на 25–50 %, расход металла на 30–70 %, трудоемкость изделий на 50–80 %.

Основные операции листовой штамповки делятся на разделительные (отрезка, вырубка, пробивка, обрезка, надрезка и т. п.) и формообразующие (гибка, скручивание, закатка, правка, вытяжка, рельефная формовка, отбортовка, чеканка, редуцирование, высадка и т. д.). Общим для них является, во-первых, применение заготовки из плоского проката, во-вторых, незначительное изменение толщины заготовки в операциях листовой штамповки. Разделительные операции листовой штамповки подразделяются по типу используемого инструмента (оборудования) на две подгруппы: резку металла ножницами, являющуюся в большинстве своем заготовительной, и резку металла штампами.

Для разделительных и формоизменяющих операций листовой штамповки применяют различные виды оборудования. Основным из них являются кривошипные листоштамповочные прессы различного усилия. Кроме того, в цехах листовой штамповки применяются гильотинные ножницы, гидравлические и чеканочные прессы, гибочные автоматы, агрегаты лазерной резки и др. В качестве инструмента применяют штампы, конструкция которых может быть и достаточно простой (вырубной штамп), и достаточно сложной (штампы совмещенного или последовательно действия). Технически совершенные, но сложные и дорогие штампы экономически выгодно применять в крупно-серийном и массовом производстве.

Типовой технологический процесс листовой штамповки состоит из следующих этапов: подготовительные операции (раскрой, резка на заготовки и т. д.), штамповочные и отделочные операции. Кроме собственно штамповки листовых материалов в цехах осуществляют правку заготовок, термические и отделочные операции: промежуточные отжиги для восстановления пластических свойств металла, полирование, окрашивание и т. д. Технологическая схема штамповки формируется исходя из наличия основного штамповочного и вспомогательного оборудования, сложности детали и требований к ее механическим свойствам.

Для холодной листовой штамповки листовые металлы с помощью ножниц предварительно разрезают на полосы или заготовки необходимых размеров. Основными типами ножниц, применяемых в листоштамповочных цехах (рисунок 11.1), являются: ножницы с параллельными ножами, ножницы с наклонными ножами (гильотинные), дисковые и вибрационные ножницы. Первый тип ножниц используется для резки узких и толстых полос и неметаллов. Метод резки на ножницах с наклонными ножами (гильотинных) является наиболее распространенным для резки металлических листов. Для резки рулонного металла и обрезки кромок лент применяют дисковые ножницы. Вибрационные ножницы используют значительно реже для получения штучных заготовок криволинейной формы.

Основными операциями резания металла штампами являются вырубка и пробивка, при этом данные процессы можно представить в виде отделения одной части заготовки от другой по замкнутому контуру с помощью пуансона и матрицы (рисунок 11.2). При вырубке часть заготовки, которая остается на матрице, является отходом, а при пробивке та же часть заготовки является деталью. Так же, как и при резке ножницами, процесс резки состоит из трех стадий: упругой, пластической и скалывания. При этом последовательно происходит упругий изгиб с вдавливанием по кольцевому пояску со стороны матрицы и пуансона, возникновение изгибающего момента (выпучивание) и образование трещин со стороны матрицы и пуансона.

а – ножницы с параллельными ножами; б – гильотинные ножницы; в – дисковые ножницы; г – вибрационные ножницы

Рисунок 11.1 – Схемы резки листового металла с помощью ножниц

Большое влияние на деформацию металла и энергосиловые параметры оказывает выбор зазора z. При оптимальном зазоре z = (5−10 %)S поверхности сдвига и трещины со стороны пуансона совпадают с соответствующими трещинами со стороны матрицы. При малом зазоре и большой толщине металла от несовпадения трещин образуется кольцевая перемычка, которая перерезается с возникновением новых скалывающих трещин и на детали образуется дефекты: надрыв и двойной срез с протянутым заусенцем.

Разделительные операции применяются для раскроя листовых материалов, под которым понимают принятое расположение штампуемых деталей (заготовок) на листе, полосе или ленте. При этом раскрой должен обеспечивать минимальный расход металла, простоту конструирования штампа и высокую производительность. При резке листа различают поперечный, продольный и комбинированный виды раскроя, при резке полос – раскрой с отходами с частичными отходами и безотходный виды раскроя. Потери при раскрое зависят от геометрической формы детали, некратности листового материала, величины перемычек (межконтурных и внешних) и припусков на обрезку. Выделяют также различные виды раскроя: многорядный, наклонный, встречный, и др. Выбор варианта раскроя позволяет оптимизировать процесс и получить наиболее высокий коэффициент использования металла, который в общем случае определяется как отношение суммарной площади готовых деталей к площади заготовки.

Штамповка деталей из листового металла сегодня является очень распространенной технологией, по которой производят изделия практически для всех отраслей промышленности. Благодаря применению такой технологии из плоского металлического листа можно получать как миниатюрные, так и габаритные детали даже сложной геометрической формы.

Что собой представляет листовая штамповка

Говоря о штамповке деталей, изготовленных из листового металла, имеют в виду технологическую операцию, при выполнении которой на заготовку оказывается значительное давление. Под воздействием такого давления заготовка деформируется, приобретает требуемую конфигурацию и размеры.

Использовать такую операцию (правда, в значительно упрощенном виде) начали еще наши далекие предки. Именно при помощи воздействия на металл давлением они изготавливали сельскохозяйственные орудия, оружие, предметы домашнего обихода и различные украшения.

Активное развитие штамповка как технология производства изделий из листового металла получила в конце XIX века. Именно в тот период (начиная с 1850-х годов) данная технология активно совершенствовалась, а для ее реализации специалисты создали мощное оборудование. Штампованные детали, которые в то время можно было уже производить серийно, отличались достойным качеством и обладали хорошими эксплуатационными характеристиками.

На совершенно новый уровень развития как горячая, так и холодная штамповка вышла уже в начале XX века. Именно благодаря совершенствованию технологии стал возможен серийный выпуск автомобилей, для которых с помощью данного метода производились кузовные детали. Начиная с 1930-х годов данную технологию начали активно применять предприятия, работающие в авиа- и судостроительной отрасли, а чуть позже (спустя всего пару десятков лет) при помощи штамповки стали производить детали космических аппаратов.

Высокая популярность, которую штамповка завоевала за относительно долгий период своего развития, объясняется возможностями:

производства изделий различных геометрических форм и размеров, качество и точность изготовления которых позволяют сразу использовать их по прямому назначению;
полной механизации и автоматизации производственных процессов, что достигается, в частности, путем оснащения производства роторно-конвейерным оборудованием для штамповки листового металла;
серийного производства изделий, геометрические параметры которых отличаются особо высокой точностью (такие изделия могут быть легко заменены друг на друга, если в этом возникает необходимость).

Использование такой технологической операции, как объемная штамповка, позволяет превратить металлический лист в геометрически сложное и небольшое по массе изделие, прочностные характеристики которого находятся на высоком уровне. Применение методов штамповки деталей из листового металла позволяет изготавливать как очень массивные изделия, используемые при производстве машиностроительной продукции, водных и воздушных судов, так и миниатюрные детали для электронных устройств и часовых механизмов.

Горячая и холодная штамповка часто используется в качестве подготовительной операции. Например, по таким технологиям производят детали, которые затем обрабатываются другими методами – сваркой, резкой и др.

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.

Существует целый ряд разделительных штамповочных операций, для выполнения которых используется пресс, оснащенный специальным инструментом.

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.

Пробивка

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

Вырубка

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

Формоизменяющие штамповочные операции в полном соответствии со своим названием используются для того, чтобы без механического разрушения изменить форму листовой металлической заготовки, а также ее размеры.

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.

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.

Обжим

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

Гибка

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

Формовка

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

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.

Следует иметь в виду, что выполнение сопровождается увеличением его прочностных показателей.

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.

Оборудование, инструменты и приспособления

Для штамповки деталей, изготовленных из листового металла, необходимы пресс и сам рабочий орган такого оборудования – штамп. В свою очередь рабочими органами штампа, элементы конструкции которого изготавливаются из инструментальных сталей, являются матрица и пуансон. Деформирование обрабатываемого листа как раз и осуществляется матрицей и пуансоном, а происходит это в тот момент, когда они сближаются друг с другом.

В процессе обработки двигается только верхняя часть штампа, которая фиксируется на ползуне пресса. Нижняя часть рабочего инструмента, являющаяся неподвижной, устанавливается на рабочем столе оборудования. В отдельных случаях, когда штамповке подвергают не листовую сталь, а более мягкий материал, рабочие элементы штампа могут изготавливаться из древесины или полимерных сплавов.