Как проводится штамповка металла?

Штамповка металла позволяет быстро и точно придать исходному листовому материалу форму готового изделия. Данный процесс заключается в деформации металла под действием направленного давления. При этом материал изменяет свою форму, сохраняя начальную толщину листа.

Основные виды штамповки металлов

Такой способ обработки применяется в мелком, среднем и большом объеме в производствах, специализирующихся на машино- и приборостроении. Штамповка изделий из металла применяется почти во всех отраслях, позволяя создавать любые детали (от стрелок часов до автомобильных дисков и элементов корпуса самолетов). Данная технология имеет очень долгую историю и даже сейчас активно развивается. Постоянно появляются новые методы, использующие силы разного происхождения, кроме гравитации. Деформирование происходит под действием гидравлического давления, электрического тока, магнитного поля и т. д. Далее мы рассмотрим вопросы, связанные с принципом действия штамповочных прессов, видами и методами деформации металла и использованием изделий, созданных таким способом в разных отраслях промышленности.

Деформация листового металла может осуществляться под действием высокого давления либо при комбинировании давления и температуры. Исходя из этого, все типы штамповки можно разделить на две большие группы:

• холодная;
• горячая.

Деформация листового металла

Оба типа имеют свои преимущества и недостатки, которые разграничивают сферы их использования. Холодная штамповка осуществляется при температуре ниже точки плавления металла. Это позволяет избежать усадки при остывании, но накладывает ограничения на форму конечного изделия. Таким методом создают детали без большого количества рельефных элементов, например, детали корпуса автомобиля. Основные требования к используемому материалу при холодной штамповке — высокая пластичность и отсутствие хрупких деформаций. Метод подходит для низкоуглеродистых и легированных сталей, меди, латуни, сплавов алюминия и магния, титана. Поверхность изделий получается ровной, гладкой, размеры продукции с высокой точностью соответствуют заданным.

В зависимости от вида готовой продукции холодная штамповка может быть листовой и объемной. Листовая предназначена для создания таких элементов, как корпуса приборов, детали автомобильного кузова, различные пластины сложной геометрической формы. Заготовки сохраняют свою первоначальную толщину, изменяется только их геометрическая форма. При помощи объемной штамповки производят детали, к которым выдвигаются требования особой надежности и точных геометрических размеров: коленвалы автомобилей, шаровые опоры и т. п. В процессе таких деформаций происходят вдавливание одних структурных элементов поверхности и выдавливание других.

Преимущества листовой штамповки перед обычной резкой довольно значительные. Во-первых, такая поковка имеет большую производительность — до 40 тысяч деталей за смену. Во-вторых, таким способом можно создать изделие большой мощности при малой толщине материала, например, оборудовав конструкцию ребрами жесткости, что сделать практически невозможно при любом типе резки. Поверхность полученных деталей ровная, не требует шлифовки и грунтовки перед покраской. Все перечисленные преимущества позволили повсеместно внедрить методы штамповки во всех отраслях промышленности, особенно в автомобилестроении, авиации и электронном производстве.

Листовая штамповка деталей

Горячая штамповка, или ковка, требует предварительного нагрева самой заготовки либо заготовки и штамповочного молота. Данным методом создаются детали сложной геометрической формы, требующие дальнейшей механической обработки, поскольку на стыке пресс-форм остается часть материала. Поверхность изделий вследствие нагревания до высокой температуры покрывается пленкой окислов, которые удаляются на последующих этапах производства.

Данный метод штамповки производится посредством действия на горячую деталь, которая находится между подвижной и неподвижной частями пресса. В зависимости от зазора между частями штампа ковку делят на два вида:

• В открытых штампах. Такой способ предполагает наличие небольшого зазора между плоскостями пресса. В это пространство вытекают излишки металла — облой. Он перекрывает все свободное пространство, вследствие чего остальной материал вынужден занять свое место в пресс-форме. Такой метод дает возможность производить детали точных геометрических размеров, но требует последующих технологических операций по удалению облоя.
• Штамповка в закрытых штампах. Данный вид горячей ковки происходит посредством действия пресс-форм, между которыми не остается зазор. В результате получается закрытая полость, в которой формируется изделие. Заготовки для такой штамповки должны иметь точно рассчитанные размеры, форму и толщину. Одно из преимуществ закрытых штампов — практически полное отсутствие облоя, так что такое производство является более эффективным, хотя и требует тщательной подготовки исходного материала.

Альтернативные методы штамповки металла

Ковка и штамповка могут осуществляться не только давлением молотов и высокой температурой, но и посредством других сил.

Ковка металла

Рассмотрим наиболее распространенные виды деформации металлов:

• В производстве деталей для самолетов и ракет широко используется штамповка взрывом (рис. 1). Технологический процесс формирования деталей производят в бассейне с водой, расположив заготовку на пресс-форму, над которой размещается заряд взрывчатого вещества. После детонации взрывная волна в комбинации со смесью газов высокого давления действует на заготовку, придавая ей нужную форму. Таким методом формируются сложные элементы для авиации и ракетостроения, взрывом патрубка для моторов приобретают плавные изгибы, так как в водной среде не происходит их разрыв.
• Магнитно-импульсная ковка и штамповка (рис. 2) осуществляются путем преобразования электрического тока и сопутствующего ему магнитного поля в механические деформации заготовки. Процесс осуществляется очень быстро — за десятые доли секунды.
• Электрогидравлическая штамповка (рис. 3) основана на действии высокого напряжения в среде жидкости. В результате замыкания контактов проводника возникают высокая температура и волна давления, что делает данный метод похожим на деформацию взрывом.
• Изотермическая штамповка является одним из альтернативных подвидов горячей ковки. Отличие заключается в том, что пресс-форма и заготовка разогреваются до температуры плавления металла, которая поддерживается на протяжении всего процесса. В результате такого действия пресса исключается риск возникновения трещин, связанных с перепадом температур. Внутри формы металл получает свойства пластичного материала и с высокой точностью заполняет все пустоты. Изделия получают точную форму и размеры, практически не нуждаются в дальнейшей обработке (рис. 4).
• Валковая штамповка (рис. 5) осуществляется посредством прокатывания заготовки на твердосплавных пресс-валах. После такой обработки деталь получает заданную форму, повышаются механические свойства вследствие возникновения направленности микроструктур металла.

Преимущества использования методов штамповки

Изготовление деталей при помощи высокого давления позволяет создавать детали практически любой формы, значительно уменьшая расход материала. По сравнению с резкой листовой материал под прессом не теряет механических свойств.

Штамповка довольно проста в применении как на больших предприятиях, так и в мелкосерийном производстве.

Изготовление деталей при помощи высокого давления

Данная высокоскоростная технологическая операция позволяет получать от 30 до 40 тысяч деталей в сутки. После завершения штамповки изделия нуждаются только в минимальной доработке: снятии облоя, шлифовке и полировке.

Универсальность применения метода обеспечивается возможностью быстрой замены пресс-форм, расположенных на молотах. Штамповка доказывает свою высокую результативность при внедрении на производствах разного типа (от точного приборостроения до создания автомобилей, самолетов и ракет).

Такие виды механического деформирования, как магнитная, взрывная и электрогидравлическая штамповки, позволяют создавать сплошные конструкции практически любого размера без швов.

Заключение по теме

Штамповка применяется уже очень давно, так как происходит от ковки металлов — процесса, развивающегося вместе с человечеством, без которого невозможно представить себе создание орудий труда, строительных инструментов и оружия.

Современные методы изготовления деталей требуют не только высокой точности, но и экономии материала. Тогда как при резке металла очень большая его часть уходит в стружку, штамповка с максимальной рациональностью расходует материал, придавая ему форму, практически не нуждающуюся в дальнейшей обработке.

Хотя прессы, используемые для штамповки, постоянно развиваются, увеличивая мощность и производительность, их технические характеристики иногда не позволяют создать детали очень больших размеров. В таком случае на помощь приходят альтернативные методы, которые используют гидравлические, взрывные и электромагнитные силы.

Внедрение на производство данных методов позволяет сократить расход материалов, увеличить точность и надежность изделий и ускорить технологические процессы производства.