Виды штамповочных технологий
За время своего существования появилось немало методов штамповки. Массовое производство требует особого подхода, где на первое место ставится скорость и качество изготовления изделий. Ручная штамповка сейчас используется исключительно в частном порядке, для создания единичных экземпляров.
Прежде чем рассматривать способы обработки давлением, рассмотрим прочие виды штамповки:
- Магнитно-импульсная. Для изменения формы деталей используются кратковременные импульсы электрического тока.
- Изотермическая штамповка деталей. Используется для деформирования легированных и жаропрочных сортов стали. Особенность изотермического процесса заключается в том, что контактную форму нагревают до температуры деформации заготовки. В качестве рабочего оборудования используют гидравлические прессы.
- Штамповка взрывом. Разновидность импульсного способа. Активно используется в сфере производства летательных аппаратов. Принцип работы основан на передаче воздействия взрывной волны через воздух или воду. В результате заготовка деформируется, приобретая очертания используемой матрицы.
Технологический процесс, при котором изделие получают путем давления на расплавленный металл, называют жидкой штамповкой. Ввиду высокой стоимости матриц и пунсонов метод целесообразно использовать только в массовом производстве.
Листовая штамповка
Процесс обработки заготовок делят на две категории, которые отличаются рабочей температурой:
- Холодная штамповка. Данный метод считают наиболее эффективным. Его применяют для изготовления кузовных деталей транспорта. Грамотная разделка помогает рационально использовать основной материал. Наилучших показателей можно добиться, используя углеродистые и легированные стали, а также листовую медь и алюминий.
- Горячая штамповка. Как следует из названия, данный метод подразумевает предварительный нагрев заготовки. Для этого используют пламенные или электрические печи. Технологические операции данного метода абсолютно не отличаются от холодного способа производства. Единственный нюанс заключается в толщине листового металла: данный показатель не должен превышать 5 мм. С помощью данного метода производят элементы корпуса в судостроительной промышленности.
Объемная штамповка
Горячая штамповка характеризуется повышенной температурой, при которой протекает процесс. Степень нагрева зависит от используемых материалов. В отличие от штамповки жидкого металла агрегатное состояние заготовки остается неизменным.
Рассмотрим особенности каждого процесса.
Технология горячей объемной штамповки (ГОШ)
Горячую объемную деформацию деталей выполняют под воздействием температуры и давления на заготовку. Для получения необходимой формы материал нагревают и помещают в закрытые штампы. Между используемыми пресс-формами отсутствует зазор. Таким образом, готовое изделие формируется в закрытой полости, которая называется ручьем или гравюрой. Подход характеризуется низким процентом облоя, однако требует внимания на стадии заготовок.
Готовые изделия отличаются точностью размеров и качеством поверхности.
- Определяется тип штампа.
- Разрабатывается подробный чертеж.
- Технологи рассчитывают количество переходов от заготовки до готового изделия.
- Для каждого промежуточного этапа готовят индивидуальный чертеж.
- Подбирают пресс-формы для переходов.
- Определяют параметры и способ нагрева заготовки.
- Исходя из требований к детали определяют необходимые финишные процедуры.
По завершении разработки проекта экономисты рассчитывают себестоимость выполнения работ.
Метод холодной объемной штамповки
Основным недостатком технологии считают чрезмерные усилия, которые необходимо прилагать для получения готового изделия. По сравнению с ГОШ этот показатель выше в 10–15 раз. Высокие механические нагрузки негативно влияют на продолжительность эксплуатации штампов.
Виды штамповочных технологий
За время своего существования появилось немало методов штамповки. Массовое производство требует особого подхода, где на первое место ставится скорость и качество изготовления изделий. Ручная штамповка сейчас используется исключительно в частном порядке, для создания единичных экземпляров.
Прежде чем рассматривать способы обработки давлением, рассмотрим прочие виды штамповки:
- Магнитно-импульсная. Для изменения формы деталей используются кратковременные импульсы электрического тока.
- Изотермическая штамповка деталей. Используется для деформирования легированных и жаропрочных сортов стали. Особенность изотермического процесса заключается в том, что контактную форму нагревают до температуры деформации заготовки. В качестве рабочего оборудования используют гидравлические прессы.
- Штамповка взрывом. Разновидность импульсного способа. Активно используется в сфере производства летательных аппаратов. Принцип работы основан на передаче воздействия взрывной волны через воздух или воду. В результате заготовка деформируется, приобретая очертания используемой матрицы.
Технологический процесс, при котором изделие получают путем давления на расплавленный металл, называют жидкой штамповкой. Ввиду высокой стоимости матриц и пунсонов метод целесообразно использовать только в массовом производстве.
Листовая штамповка
Процесс обработки заготовок делят на две категории, которые отличаются рабочей температурой:
- Холодная штамповка. Данный метод считают наиболее эффективным. Его применяют для изготовления кузовных деталей транспорта. Грамотная разделка помогает рационально использовать основной материал. Наилучших показателей можно добиться, используя углеродистые и легированные стали, а также листовую медь и алюминий.
- Горячая штамповка. Как следует из названия, данный метод подразумевает предварительный нагрев заготовки. Для этого используют пламенные или электрические печи. Технологические операции данного метода абсолютно не отличаются от холодного способа производства. Единственный нюанс заключается в толщине листового металла: данный показатель не должен превышать 5 мм. С помощью данного метода производят элементы корпуса в судостроительной промышленности.
Объемная штамповка
Горячая штамповка характеризуется повышенной температурой, при которой протекает процесс. Степень нагрева зависит от используемых материалов. В отличие от штамповки жидкого металла агрегатное состояние заготовки остается неизменным.
Рассмотрим особенности каждого процесса.
Технология горячей объемной штамповки (ГОШ)
Горячую объемную деформацию деталей выполняют под воздействием температуры и давления на заготовку. Для получения необходимой формы материал нагревают и помещают в закрытые штампы. Между используемыми пресс-формами отсутствует зазор. Таким образом, готовое изделие формируется в закрытой полости, которая называется ручьем или гравюрой. Подход характеризуется низким процентом облоя, однако требует внимания на стадии заготовок.
Готовые изделия отличаются точностью размеров и качеством поверхности.
- Определяется тип штампа.
- Разрабатывается подробный чертеж.
- Технологи рассчитывают количество переходов от заготовки до готового изделия.
- Для каждого промежуточного этапа готовят индивидуальный чертеж.
- Подбирают пресс-формы для переходов.
- Определяют параметры и способ нагрева заготовки.
- Исходя из требований к детали определяют необходимые финишные процедуры.
По завершении разработки проекта экономисты рассчитывают себестоимость выполнения работ.
Метод холодной объемной штамповки
Основным недостатком технологии считают чрезмерные усилия, которые необходимо прилагать для получения готового изделия. По сравнению с ГОШ этот показатель выше в 10–15 раз. Высокие механические нагрузки негативно влияют на продолжительность эксплуатации штампов.
Виды гаек
Существует много видов этого изделия:
- Корончатые — снабжены дополнительными выступами на одном конце.
- Кузовные — это квадратная гайка с ответной пластиной, которая используется в автомобильной отрасли.
- Барашковые — имеют как минимум две лопасти и предназначены для закручивания вручную.
- Шлицевые — используются для закручивания «заподлицо» при помощи вилковидной отвёртки.
- Нажимные — применяются в приборостроительной промышленности и закручиваются вручную.
Колпачковая гайка
- Колпачковые — являются декоративными, так как наверху выполнены в форме колпачка.
- Квадратные — предназначены для вкручивания болтов. Такой вид неподвижно фиксируется в гнезде до начала монтажа.
- Торцевые — выполнены в виде буквы Т и применяются в станкостроительной отрасли.
- Фланцевые — имеют насечки с одной стороны, которые заменяют шайбу.
- Самоконтрящиеся — исключают самостоятельное раскручивание. Применяются при повышенных вибрационных нагрузках.
Рым-гайка
- Рым-гайка — соединение в форме кольца, которая применяется для такелажных работ.
- Заклёпочные — на одном конце имеют резьбовое соединение, на другом — напоминают обычную заклёпку.
- Соединительные — это обычная гайка удлинённой формы. В неё можно вкрутить два болта.
- Приварные — дополнительно имеют по краям излишки металла для сварки.
- Глухие — закрыты с верхней стороны.
Помимо вышеперечисленных видов, существуют различные формы: низкие и высокие, широкие и узкие.
Горячая и холодная штамповка деталей / Накатывание резьбы и мелкомодульных зубчатых колес
Процесс пластического формообразования резьбы плоскими плашками либо роликами производится на специальных резьбонакаточных станках. Резьбонакаточные и зубонакатные инструменты изготавливают из высоколегированных сталей Х12М, ХФ12, Х12ФН, 9ХС.
Рис. 2. Накатывание резьбы плоскими плашками
При формировании резьбы плашками заготовку 2 помещают между неподвижной 1 подвижной 3 плашками. На рабочих поверхностях у них имеется рифления, профиль и расположение которых соответствует профилю и шагу накатываемой резьбы. При перемещении подвижной плашки заготовка катится между инструментом, а на ее поверхности образуется резьба.
Рис. 3. Накатывание резьбы роликами
При формировании резьбы роликами ролики 1 и 3 получают принудительное вращение. Заготовка 2 свободно обкатывается между ними. Ролику 3 придается радиальное движение для вдавливания в металл заготовки на необходимую глубину. Обкатка роликами требует меньших усилий. С их помощью накатываются резьбы с более крупными шагами.
Диаметр заготовки для накатывания резьбы определяется как :
корень квадратный из половины суммы квадратов
dн – наружный диаметр резьбы, мм; и dв – внутренний диаметр резьбы, мм.
Накатывание цилиндрических и конических микромодульных колес в 15 – 20 раз производительнее зубонарезания.
Рис.4. Накатывание цилиндрических и конических микромодульных колес.
Процесс можно осуществлять на токарных станках накатниками 1 и 3, которые закреплены на суппорте и перемещаются с подачей Sпр. Каждый накатник имеет заборную часть для постепенного образования накатываемых зубьев на заготовке 2.
Инструменты и оборудование
Штамповочное производство холодным и горячим методами требует наличия ряда инструментов и приспособлений. Применяемое для штамповки оборудование условно делится на основное и вспомогательное.
К первой группе инструментов причисляют штампы, разделяющиеся, в свою очередь, на ковочные для изготовления изделий и обрезные для ликвидации заусенцев после штамповки.
Все они предназначаются для создания исключительно заданной детали, но иногда можно встретить и варианты со съемными частями и блоками, которые позволяют выполнить переналадку.
Штамповочный инвентарь для горячей технологии производится из высококачественной легированной инструментальной стали, потому что на изделия в процессе эксплуатации оказывается высокое механическое давление и термическая нагрузка.
Но это довольно дорогой материал, поэтому для экономии денежных средств штампы производят со вставками из более дешевых металлов.
Холодная штамповка металла предполагает использование оборудования, работающего при высоких удельных нагрузках и обеспечивающего высокую точность форм и размеров изделий. Оно характеризуется высокой производительностью и увеличенным рабочим ходом, так как обладает высокой жесткостью конструкции.
Процесс получения объемных штампов.
Kо второй группе инструментов и приспособлений для осуществления штамповки относят:
- приспособления, позволяющие осуществить доставку и загрузку металла в печь, его подачу от печи к молоту и передачу заготовок от одного молота к последующему;
- инвентарь для подачи заготовок под штамповочный пресс с их последующим перекладыванием из одного ручья штампа в другой;
- инструменты для удаления поковки из штампов после изготовления;
- измерительные приборы и шаблоны для осуществления периодического контроля отштампованных поковок.
На заметку! В конструкции штампа необходимо иметь такие эксплуатационные параметры, чтобы она позволяла менять форму заготовки согласно конкретным требованиям, прочно фиксировалась на оборудовании, предоставляла возможность сохранить точность ее установки и комфортабельную транспортировку.
Для обработки деталей из металла методом горячей объемной штамповки потребуется следующее оборудование:
- молотовые штампы;
- горячештамповочные кривошипные прессы;
- горизонтально-ковочные агрегаты.
Самые распространенные варианты сегодня ‒ это паровоздушные молоты с двойным действием и простые приводные фрикционные молоты. Они работают за счет ударно-деформирующего воздействия на металлозаготовку.
Высококачественное перераспределение металла можно обеспечить при условии одновременного регулирования хода подвижных деталей и силы удара в сочетании с кантованием заготовки. Отметим, что молоты причисляются к категории довольно недорого штамповочного оборудования.
Также при горячем штамповании часто используются кривошипные прессы с жестким приводом, не позволяющим изменять направление ползуна.
Изготовленные с помощью прессов поковки отличаются большей точностью за счет жесткого хода. Это сводит к минимальной вероятности риск появления припусков на механическую обработку.
Недостаток такого оборудования заключается в необходимости проводить предварительную очистку заготовки от окалины, иначе она вжимается в тело поковки.
При соприкосновении разогретого металла со стеночками пресса происходит остывание заготовки из-за большого количества времени, потраченного на процесс деформации.
Изготовление штампов по металлу
Завод металлоконструкций ЧЗМК выполняет штамповку металла согласно образцам, эскизам или чертежам. Также наша компания выпускает штампы. Специальная оснастка необходима предприятиям, организациям, частным предпринимателям, чтобы запустить собственную штамповку.
Штампы делятся на несколько видов:
- для вырубки изделий;
- для гибки заготовок из металла;
- для проколки отверстий (прошивной);
- для одновременной вырубки и формовки либо вырубки и проколки (компаундный либо комбинированный).
В зависимости от объемов и метода производства, штампы бывают промышленными и ручными. Первые устанавливают в мощные прессы. Далее с ними работают, обрабатывая разнообразные материалы, включая металлические сплавы, сургуч, воск, кожу, бумагу. Ручные применяют для выполнения оттиска на различных поверхностях.
Технология штамповки
Технология изготовления деталей штамповкой как горячим, так и холодным способом предполагает наличие оснастки. Для обоих видов изготавливаются штампы, которые имеют определенные отличия. Применяются они для металла, который имеет разную степень толщины.
Заготовки большого размера предварительно нагреваются, а затем идет процесс ковки. В холодном состоянии толщина листа редко превышает 1 мм. С таким материалом проводятся разные операции, например, штамповка значков.
Технология проведения штамповки
Холодная штамповка
В процессе холодной штамповки листового металла нагрев не проводится. Усилия пресса хватает, чтобы проводить разделительные или формоизменяющие операции. Как результат полученная деталь, не подверженная процессу усадки. Для экономии материала штамповку проводят согласно правилам раскроя листа, которые регламентируются ГОСТом.
К холодной штамповке относятся такие операции:
- Вырубка-пробивка. В процессе вырубки готовая деталь падает в контейнер, а снаружи остаются отходы. При пробивке, наоборот, отход падает в контейнер, а деталь формируется снаружи. Конструкция штампов одинаковая. В процессе работы проводится разделительная операция, в которой участвует пуансон и матрица штампа.
- Гибка. Относится к несложной операции. Деталь укладывается между упорами на матрицу и давится сверху пуансоном.
- Вытяжка. Часто получается за несколько переходов. Для этого изготавливаются отдельные штампы. В процессе работы из круглой заготовки получается стакан, конус или полусфера. Получается это за счет перераспределения металла в исходной заготовке.
- Отбортовка. Пуансон ловит фиксатором отверстие в детали и расширяет его, отбортовывая стенки.
Важным моментом является правильный выбор зазора между пуансоном и матрицей. Эта величина зависит от толщины и вида материала. Чем толще металл, тем больше зазор. Для алюминия и других мягких материалов этот размер уменьшается. В противном случае будут образовываться заусенцы.
Горячая штамповка
В процессе изготовления деталей из металла путем горячего прессования заготовки поступают в камеру нагрева. Горячая объемная штамповка металла начинается после достижения ими температуры 1200°С. Нагретые изделия закладываются в штамп, где имеются специальные ручьи, для предварительной и окончательной штамповки.
Если нужно осадить нагретую поковку, то она ставится в пространство между двумя плоскими бойками. Оборудование запускается, и заготовка осаживается на нужный размер.
Нагретый металл (Фото: pixabay.com)
Альтернативные методы штамповки
Штамповка металла может происходить и под действием других сил:
- Взрывом. Процесс проводится в воде. Материал располагается на матрице, в которой сделано углубление нужной формы. Сверху производится взрыв. В результате заготовка заполняет ручей и приобретает нужную форму.
- Электрогидравлическая. В водной среде подается напряжение. Происходит нагрев воды. Под действием высокой температуры возникает ударная волна, которая формирует заготовку.
- Протяжка металла через валки. Этот метод позволяет придать заготовке нужную форму.
Штампованные значки изготавливаются в штампе, где в углубление пуансона закладывается эмаль.
Горячая штамповка объемная
Образуемая в результате объемной штамповки деталь называемая поковкой.
При объемной штамповке металл деформируется одновременно по всему объему, а течение его происходит в полости штампа, очертания и размеры которой соответствуют будущей детали.
По сравнению с ковкой штамповка деталей имеет ряд преимуществ.
1. штамповка деталей имеет более высокую производительность;
2. штамповка деталей обеспечивает меньший расход материала;
3. За счет более высокой штамповка деталей в точности позволяет значительно сократить объем последующей обработки резанием.
Недостатки:
1. Для объемной штамповки паковок требуется гораздо большее усилие деформирования;
2. Штамп дорогостоящий инструмент и пригоден только для изготовления одной, конкретной паковки.
Поэтом горячая объемная штамповка экономически целесообразно применению в крупносерийном и массовом производстве при изготовлении паковок от нескольких грамм до 20 килограмм.
Штампы – это массивные стальные формы, состоящие из двух частей в которых имеются полости. Эти полости называются ручьями. Верхняя часть штампа закрепляется на подвижной части кузнечной машины, нижняя – на неподвижной. При смыкании обеих частей штампов образуется ручей, формы и размеры которого соответствуют изготавливаемому изделию. В зависимости от степени сложности изделия используют штампы одноручьевые или многоручьевые. Штамповка паковок сложной конфигурации производится в многоручьевых штампах, ручьи которого подразделяются на заготовительные и штамповочные (чистовые и черновые).
В заготовительных ручьях происходит предварительное, а в штамповочных – окончательная форма изменения заготовки. Различают штамповку в открытых и закрытых штампах.
При штамповке деталей в открытых штампах в плоскости их разъема часть металла вытекает в облойную щель – получается заусенец (облой), что служит гарантией полного заполнения полости металлом.
Штамповка деталей в закрытых штампах характеризуется тем, что полость штампа в процессе деформирования остается закрытой. Зазор между подвижной и неподвижной частями штампа при этом постоянный и небольшой. Образование заусенца в нем не предусмотрено.
После штамповки изделий производят ряд завершающих операции: обрезку облоя, прошивку отверстий, правку, термическую обработку (отжиг или нормализацию), очитку от окалины, контроль качества паковок.
О схемах штампов
► В производственном процессе применяются две схемы горячего штампования:
- Закрытого типа – по заданной технологии между частями штампа неподвижной и подвижной просвечиваются небольшие зазоры минимальны. Для исполнения изделий применяются прессы с выступом наверху рабочего инструмента, а внизу размещена полость. Или, напротив, на молотах при выступе снизу, в полости в верхней части используемого инструмента. Этот способ применяется, когда объемы готового изделия и поковки соответствуют по параметрам. Штампы этой разновидности имеют одновременно две полости для разъема, расположенные под углом 900, относительно друг друга.
- Открытого типа – принцип их работы основан на том, что между неподвижной и подвижной частями обеспечивается зазор, в который выливается лишний металл. Их можно применять для поковок любого размера.
► Преимущества производства с использованием открытых типом штампов:
- Безупречное качество поверхности.
- Однородная структура материала.
- Экономия металла.
- Возможность применения материалов с невысокими показателями пластичности, так как воздействует высокое напряжение и обеспечивается неравномерность при сжатии.
Формула и значение переменных
Обозначение «Р» символизирует искомое усилие. Единицей измерения в данном случае служат килограммы. Сама формула представлена так:
Р=L*S*
Притом L – это периметр вырубаемого контура (единицей измерения служат миллиметры, а S – показатели толщины материала, который и применяется в производстве (единицей измерения также служат миллиметры). Важна тут еще одна переменная, означающая сопротивление срезу (килограммы, поделенные на миллиметр в квадрате).
Необходимое усилие пресса, прилагаемое к заготовке из металла, тоже обозначается специальным символом. Его рассчитывают по такой формуле: 1,25/1000. То есть, представлено номинальное усилие пресса.
Выбор технологии
По выбранной технологии можно производить несколько типов деталей:
► Удлиненные — к ним относятся рычаги, валы, воротки и иные. Обработка производится плашмя при использовании штамповочного пресса. Последним этапом этой работы является фасонирование, исполняемое в заготовительных вальцах для ковки.
► Дисковые – к ним относятся кольца, диски, шестерни, крышки и иные изделия. При выполнении данной операции используется метод осадки, производимый в торец заготовки. Для этого процесса применяются штамповочные переходы.
Таблица типовых изделий для разной формы поковок с подробным описанием:
| № п/п | Краткое описание характеристики | Типовые изделия |
| Изделия удлиненной конфигурации | ||
| 1. | Прямая ось | Балки, валы, втулки, шатуны |
| 2. | Изогнутые по оси | Рычаги, предназначенные для рулевого управления |
| Симметричные | ||
| 1. | Круглые изделия | Фланцы, шестеренки и ступицы |
| 2. | Квадратные и многоугольные | Гайки, фланцевые соединения и ступицы |
| 3. | Изделия, имеющие отростки | Типа вилки и крестовины |
| Иные изделия | ||
| 1. | Комбинированной формы | Коленвалы, поворотные кулачки |
| 2. | С количеством необрабатываемых поверхностей большего объема | Рычажные элементы для переключения передач, крюки для буксира и балки для параллельных осей |
| 3. | С внутренними отверстиями и заглублениями | Валы с полостями, шестеренчатые блоки и детали для фланцевых соединений |
► Штамповочные ручьи, которые в свою очередь подразделяются на:
- Протяжные (увеличивается длина отдельных элементов на обрабатываемой заготовки, именно по этой части производится нанесение ударов с кантованием детали).
- Заготовительные (выполнение фасонирования детали или равномерное перераспределение металлической массы с минимальными потерями).
- Пережимные (при этом одновременно уменьшается высота и увеличивается ширины обрабатываемой заготовки).
- Подкатные (диаметр отдельных участков увеличивается при распределении металла по оси заготовки).
- Гибочные (производится формирование поковки заготовки с изгибом по оси под 90 0).
► Разновидности штамповочных ручьев:
- Черновые – конфигурация обрабатываемого материала в большей степени приближена к форме поковки. К особенностям относятся увеличенная глубина, радиусы и уклоны по отношению к параметрам изделия, выполненного начисто.
- Чистовые – при приобретении требуемой формы увеличиваются размеры на ту величину, на которую увеличиваются усадки металлической заготовки. Металлопрокат располагают в центральной оси штампа, так как на его оказываются максимальные усилия.
