Штамповка деталей из листового металла: что это такое, основные виды

Всесторонне рассмотрим один из самых применяемых сегодня методов обработки предметов. Начнем с того, что такое штамповка деталей из листового металла: это контролируемое изменение размеров и формы заготовки давлением.

История возникновения процесса

Известен и используется издревле, так как был изобретен еще до Средневековья и уже тогда позволял нашим предкам изготавливать оружие, украшение и другие нужные в быту вещи. В течение столетий неуклонно совершенствовался, всегда отличаясь сравнительной простотой и высокой производительностью, но выполнялся вручную вплоть до 1850-х годов, после чего уровень развития технологий позволил вплотную заняться его механизацией.

С середины XIX века технические операции стали проводить на станках, с начала XX – приступили к выпуску кузовов авто, с 1930-х – корпусов и механизмов морских и речных судов и летательных аппаратов, с 1950-х – функциональных узлов и элементов в ракетостроении.

Металлическая штамповка столетиями сохраняла популярность из-за следующих своих особенностей и преимуществ:

• Универсальность – с ее помощью выполняют детали каких угодно размеров и форм, причем как нуждающиеся в последующей обработке, так и уже готовые к эксплуатации.
• Точность изготовления, особенно при современном уровне технологий, что позволяет обеспечить взаимозаменяемость выпускаемых элементов даже без доводки.
• Склонность к механизации и автоматизации – высокая производительность всегда была очевидным достоинством, и сегодня она достигается за счет использования роторно-конвейерных линий.
• Прочность конечных изделий, даже тонких, легких, габаритных.

Особенно актуален процесс при массовом выпуске – как мелких элементов, вроде шестеренок для часов, так и крупных предметов, например, кузовов автомобилей.

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:

• выбор типа штампа по металлу;
• создание чертежа, максимально подробного;
• расчет числа выполняемых технологичных переходов;
• подготовка проектной документации для каждого из промежуточных этапов;
• определение подходящих пресс-форм;
• установка основных параметров и режима нагрева заготовки;
• 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.

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).

Разделительная штамповка: что это такое

Это распространенная разновидность рассматриваемого нами процесса, осуществляемая для получения части материала от общей обрабатываемой детали. Может включать в себя операции резки, пробивки, вырубки, как одну, так и две-три сразу, выполняемые последовательно, с помощью размещенного на прессе инструмента. Последний выбирается по ситуации, в зависимости от проводимых работ, и это может быть как гильотина или ножницы, так и дисковая пила или даже вибрационная головка. Траектория его движения допустима как простая (по прямой), так и сложная (по ломаной линии), главное – получить заготовку нужной формы и с необходимым контуром.

Классификация оборудования для штамповки изделий из металла

В самом общем случае оно представляет собой станки-прессы с определенным типом привода (о котором ниже), а также различными характеристиками прочности, производительности, количества выполняемых операций, максимального размера обрабатываемых предметов и так далее.

Выбор нужно осуществлять в зависимости от особенностей производства и от того, какую конечную продукцию следует получить: учитывая, что для сравнительно мягких материалов не нужна значительная мощность, что для серийного выпуска требуется высокая скорость, и другие нюансы конкретного случая.

Просто необходимо, чтобы модель станка соответствовала рекомендациям актуальных межгосударственных стандартов. Помимо рабочих параметров оборудования для штамповки листового металла, ГОСТы также определяют расход, нормы безопасности труда, правила проектирования и другие сопутствующие моменты.

Перейдем к рассмотрению наиболее часто используемых видов техники.

Кривошипно-шатунные прессы

Считаются сравнительно простыми по конструкции механизмами с двойным или тройным характером действия. Преобразуют крутящий момент в возвратно-поступательное движение, благодаря которому:

• подающее устройство перемещает стальную ленту (или другой материал);
• шаговый нож отрезает заготовки согласно заданной программе.

Достаточно надежны (в силу отсутствия сложных функциональных узлов), поэтому нашли свою нишу в массовом выпуске однотипных элементов, чаще всего небольших размеров. Оправдывают себя с экономической точки зрения в перспективе долгосрочного использования.

Гидравлические прессы

Лидируют среди всех видов оборудования по своим мощностным характеристикам: наиболее производительными их моделями выштамповка металла осуществляется с усилием до 2 килотонн.

Принцип их действия базируется на передвижении пары цилиндров разных размеров. За счет отличия в диаметрах при вращении создается определенное давление на поверхность заготовки, которое изменяет геометрию листа и позволяет получить элемент нужной формы.

За перемещение жидкости отвечают насосы: оснащенные электроприводами, они быстро обеспечивают необходимую интенсивность воздействия. Результат – готовая продукция с гладкой поверхностью, параметры которой с высокой степенью точности соответствуют заданным.

Радиально-ковочные прессы

Классический случай их применения – выпуск цилиндрических заготовок, но также они широко используются для серийного производства предметов с круглым, прямоугольным, квадратным сечением.

Современные модели таких станков, как правило, оснащаются индукционной печью, в которой материал (обычно уже в виде болванки) проходит предварительный нагрев. Термическое воздействие позволяет обеспечить должную пластичность при сохранении максимальной прочности.

Точность соответствия заданной геометрии главным образом зависит от того, какая была выбрана форма для штамповки металла, но и мастерство оператора тоже играет свою роль. Обслуживать такие станки должны специалисты, прошедшие профильную подготовку.

Электромагнитные прессы

Наиболее современные и в чем-то даже инновационные варианты оборудования.

• Создают ЭМ-поле, энергия которого является основной движущей силой, давящей на сердечник.
• Последний, обладающий проволочной обмоткой, в свою очередь, воздействует на инструмент (исполнительный орган).

От интенсивности влияния и зависит степень изменения размеров заготовки. Задав соответствующую программу, можно с максимальной точностью выполнить предмет любой геометрии, даже самой сложной.

Автоматические штамповочные линии

Это передовые и многофункциональные комплексы, оснащенные ЧПУ-системами, с наглядными и удобными в пользовании сенсорными дисплеями. У них есть все, чтобы минимизировать работу оператора, полностью исключить ошибки, вызванные «человеческим фактором», обеспечить высокую производительность труда. Единственное НО: они должны функционировать строго по алгоритму, заданному опытным инженером-технологом.

Мы детально рассмотрели все основные и популярные варианты оборудования, постарались наглядно показать преимущества и недостатки каждого из них. Для более подробной консультации обращайтесь к менеджерам завода «Сармат»: они помогут подобрать станок, чтобы поставить нужную вам разновидность штамповки на поток.