Основные нюансы и технология штамповки металла

Штамповка металла — это формоизменение материала под действием внешней силы с целью получения нужной детали. Для обработки заготовки таким способом требуется большое усилие. Для этого существует оборудование, которое выпускается усилием от 16 до 500 тонн. Оснастка, устанавливаемая в пресс, носит название штамп. В ней происходит непосредственное соприкосновение рабочего инструмента с металлом. За 1 ход машины получается деталь высокой степени точности.

История возникновения процесса

Штамповка изделий из металла впервые начала проводится в XVI в. Связано это было с развитием оружейного производства, где требовалось получение большого количества одинаковых деталей. В XIX веке началось бурное развитие штамповочного производства. Выпускаются предметы домашнего обихода. Возникает потребность изготовления качественных серийных изделий.

С появлением автомобилестроения и судостроения, обработка металлов давлением заняла ключевую позицию в развитии этих отраслей. С помощью штамповки начали производиться габаритные детали.

Сферы использования

Промышленное производство не обходится без холодной и горячей штамповки. С помощью этих методов за небольшой промежуток времени можно создать как мелкие, так и крупные детали. Горячая штамповка применяется там, где нужно получить объемные детали.

При штамповке фланцев применяются 2 метода:

• В процессе ковки используются гидравлические прессы. Здесь под действием давления идет затекание металла в полость, которая изготовлена в бойке. Это пространство соответствует форме получаемой детали.
• При использовании листового металла в качестве заготовки применяются кривошипно-шатунные прессы. В них вставляется штамп и подается листовой металл. Под давлением происходит вытяжка фланца.

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.

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.

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.

Изготовление штампов по металлу

Для изготовления штамповки из заготовки конструируются штампы по металлу. На первом этапе идет разработка чертежей со спецификацией и деталировкой.

Штампы состоят из следующих деталей:

• Рабочие части — пуансон и матрица. Изготавливаются из инструментальной стали У8а, У10а, Х12М. После термообработки получают закалку до 60 единиц по Роквеллу.
• Пуансонодержатель. Материал — Ст.3
• Прокладки. Изготавливаются из конструкционной стали со степенью закалки 45 единиц по Роквеллу.
• Съемник. Делается из Ст.3
• Верхняя и нижняя плиты. Их толщина зависит от усилия, затрачиваемого на штамповку.
• Колонки и втулки. Материалом является Сталь 20. По поверхности ведется цементация на глубину 1–1,5 мм. Затем проводится закалка этого слоя.
• Хвостовик. Вставляется в ползун пресса.

Оборудование и инструменты

Для формирования металлических изделий изготавливаются штампы, вставляющиеся в прессах, которые бывают 2 типов:

• Кривошипно-шатунные. Основным элементом в них является ползун, двигающийся по направляющим. Сверху располагается электродвигатель, который дает толчок движению кривошипно-шатунного механизма. Снизу имеется плита, на которую ставится штамп. Оборудование быстроходное. К недостаткам относится большая сила удара при соприкосновении пуансона с металлом. В результате инструмент выкрашивается.

• Гидравлические прессы. Обладают большой мощностью. К преимуществам относится плавность движения ползуна. Благодаря этому при работе отсутствует механический удар, что приводит к длительной службе инструмента. Величина хода движения ползуна обеспечивает большую открытую высоту пространства пресса. Это дает возможность совершать операции глубокой вытяжки или гибки заготовок с высокими бортами.

• Обработка металлов давлением позволяет получить за короткое время большое количество деталей. При этом они все будут иметь одинаковую форму. Точность их изготовления регламентируется ГОСТом.