Что такое холодная штамповка

Холодная штамповка (ХШ) считается наиболее передовой методикой обработки металлов давлением. Ее квалифицированное применение позволяет получать изделия различных форм и размеров. Что важно, изделия, изготовленные по данной технологии, отличаются точностью своих геометрических параметров и высоким качеством сформированной поверхности, поэтому не нуждаются в дальнейшей доработке. Процесс выполнения холодной штамповки можно легко автоматизировать, что дает возможность изготавливать продукцию с его помощью с высокой производительностью.

Эти детали были изготовлены методом холодной штамповки

Тонкости технологии

Штамповка, или штампование, как часто называют такую технологическую операцию, – это процесс, при котором заготовка из металла под воздействием давления подвергается пластической деформации. В результате такого воздействия, для оказания которого используется специальное оборудование, из заготовки формируется готовое изделие требуемых размеров и формы. Деформирование металлической заготовки может выполняться с ее предварительным нагревом, тогда такой процесс называется горячей штамповкой. Если же никакого предварительного термического воздействия на заготовку не оказывается, тогда выполняется холодная штамповка металла.

Классификация основных операций штамповки

При выполнении холодной штамповки металла используется специальная технологическая оснастка. При этом металл, из которого сделана заготовка, подвергается дополнительному упрочнению. Между тем при выполнении холодной штамповки металла ухудшается его пластичность. Повышение прочности заготовки при выполнении холодной штамповки приводит к увеличению хрупкости металла, что является достаточно негативным фактором. Чтобы избежать этого, между технологическими операциями, из которых состоит штамповка деталей в холодном состоянии, выполняют термическую обработку заготовки – рекристаллизационный отжиг. В готовых изделиях, которые в процессе производства были подвергнуты такой термической обработке, оптимально сочетаются параметры прочности и пластичности.

Виды холодной штамповки

Для того чтобы изменить изначальные геометрические параметры металлического листа в нескольких направлениях, применяется холодная объемная штамповка. Чтобы не увеличить сопротивление металла и, соответственно, не снизить его текучесть, такую технологическую операцию выполняют при температуре, которая не превышает ковочную.

Вырубка шайб – простейший пример холодной штамповки

Используя данную технологию, которая требует применения специального оборудования, изготавливают изделия повышенной точности, без таких дефектов, как горячие трещины, царапины, заусенцы и риски, участки, подвергнутые усадке металла. Однако из-за того, что штамповочный пресс, используемый для выполнения объемной ХШ, вынужден преодолевать огромное сопротивление ненагретого металла, получить с его помощью детали сложной конфигурации проблематично. В таких случаях лучше использовать не холодную, а горячую штамповку.

Еще одним видом обработки металла давлением, при выполнении которой заготовки не подвергаются предварительному нагреву, является холодная листовая штамповка. При выполнении обработки по данному методу в качестве заготовок могут выступать лист, лента или полоса, изготовленные из металла. Толщина стенок обрабатываемой детали при использовании такой технологии практически не изменяется, а получить пространственные изделия можно только из пластичных металлов.

Этапы изготовления штампов

Большую роль в обеспечении требуемого качества готового изделия играет проектирование штампов для холодной штамповки, за счет которых и происходит формирование детали с требуемыми геометрическими параметрами. Выполняться рабочие чертежи таких рабочих инструментов, устанавливаемых на штамповочных прессах, могут как в двух-, так и в трехмерном формате. Для решения этой задачи требуются соответствующие знания и навыки.

Разработка чертежа и последующее изготовление штампа, используемого для холодной штамповки, выполняются в несколько этапов:

• составление эскиза будущего штампа;
• изучение схемы, по которой будет выполняться раскрой материала, проверка такой схемы посредством специальной компьютерной программы;
• редактирование эскиза, если в том есть необходимость;
• окончательная проверка размеров разработанного штампа;
• обозначение положения и точных размеров отверстий, которые будут выполнены на рабочей поверхности штампа.

При разработке штампов часто приходится выбирать между качеством будущей детали и экономичностью производства

Разрабатывая штампы для холодной штамповки, необходимо разбить чертеж готового изделия на отдельные части и внимательно изучить их. После того как такая процедура будет выполнена, осуществляют производство штампов. При этом необходимо уделить особое внимание требованиям, которые предъявляются к параметрам готового изделия. Для каждого этапа технологического процесса холодной штамповки разрабатывается маршрутная карта, в которой учитываются как время выполнения отдельных операций, так и характеристики поковок на отдельных этапах обработки.

Большая часть штампов изготавливается из углеродистой или легированной стали, но иногда используются и сплавы алюминия и меди

В таком вопросе, как выполнение холодной штамповки металлической заготовки, значение имеют очень многие параметры, к которым, в частности, относятся последовательность выполнения технологических операций, распределение материала в полости рабочего инструмента, используемое оборудование и режимы обработки.

К процессу изготовления штампов для холодной штамповки также предъявляются серьезные требования, поскольку именно от точности данного инструмента зависит качество формируемого изделия.

Штамповка деталей, при которой в качестве заготовки используется листовой металл, может включать в себя целый перечень механических операций. Такими операциями, в частности, являются резка, вырубка, выдавливание, гибка, холодная высадка, формовка, обжим и вытяжка. При этом резка, вырубка и ряд других технологических операций относятся к разделительным операциям, а холодная высадка, формовка, гибка и др. – к формоизменяющим.

Типы разделительных операций листовой штамповки

Типы формоизменяющих операций листовой штамповки

После штамповки изделие может быть подвергнуто и ряду вспомогательных операций, к которым относятся отжиг и травление. При помощи таких операций готовому изделию придаются требуемые механические характеристики. Чтобы повысить износостойкость изделий, полученных методом холодной штамповки, на их поверхность наносят различные защитные покрытия.

Если заготовку из листового металла необходимо подвергнуть объемной штамповке, то такая операция может выполняться по двум технологическим схемам.

Первая из них состоит из трех операций:

1. предварительной термической обработки заготовки (это необходимо для того, чтобы снизить прочность металла);
2. подготовки поверхности заготовки к выполнению штамповки;
3. непосредственно самой штамповки.

При выполнении холодной штамповки по второй технологической схеме к трем вышеуказанным этапам добавляется еще один – предварительная подготовка мерных заготовок, из которых и будут формироваться готовые изделия.

Холодная штамповка — это процесс формооб­разования поковок или готовых изделий в штампах при комнатной температуре.

Удаление окалины, загрязнений, дефектов, нанесение покрытий-смазок — это необходимые операции подго­товки заготовок к холодной деформации. Назначению промежуточных отжигов для снятия упрочнения играет большую роль для восстановления пластических свойств материалов, как правило, при мно­гопереходной холодной штамповке. Качество изделий, получаемых этим способом, значи­тельно выше, чем у деталей после механической обра­ботки. Более того, холодная штамповка за счет разных степеней деформации на отдельных участках «управля­ет» распределением механических свойств в поковке (детали). Появляется в связи с этим возможность замены легированных сталей на углеродистые.

Различают по характеру деформирования и конструк­ции штампов холодную объемную (сортового ме­талла) и холодную листовую (листового метал­ла) штамповку.

Штампованные при нормальной температуре детали характеризуются отсутствием пористости металла, ориен­тированными волокнами и вследствие этого высокой усталостной прочностью. Это может привести к уменьшению размеров деталей и снижению их металлоемкости.

Холодная листовая штамповка является прогрессив­ным высокопроизводительным процессом. Толщина ли­стовой заготовки при этом виде обработки не более 6. . 10мм, большие толщины штампуются обычно в горя­чем состоянии. Листовой штамповкой изготавливают точные детали сложной формы с тонкими стенками.

Основными разновидностями холодной объемной штамповки являются холодное выдавливание, холодная высадка и холодная объемная формовка.

Между холодным выдавливанием и прессованием ме­таллов много общего. Выдавливание представляет собой формообразование сплошного или полого изделия за счет пластического течения металла из полости штампа через отверстия. Прямое выдавливание (рис. 15.13, а) харак­теризуется течением металла из матрицы 2 под воздей­ствием и в направлении движения пуансона 1.

Рис. 15.13. Схемы холодного выдавливания: а — прямое; б — обратное; в — боковое; г — комбинированное

Применяется для изготовления клапанов, трубок, полых стаканов с фланцем и т. п. При обратном выдавливании (рис. 15.13, о) металл течет навстречу пуансону, в кольцевой зазор меж­ду пуансоном и матрицей. Детали типа экранов радио­ламп, тюбиков и другие имеют толщину стенок 0,08 мм (алюминиевые) и 1,5. 5 мм (стальные). Металл течет в боковые отверстия матрицы при бо­ковом выдавливании (рис. 15.13, в). Готовые дета­ли извлекают в данном случае из составной матрицы. Этот метод используется в производстве крестовин, трой­ников и пр. Комбинированное выдавливание (рис. 15.13,г) объединяет рассмотренные способы в различных сочетаниях.

Холодной высадкой называют осадку в штам­пе части заготовки или образование в ней местных утол­щений требуемой формы. Номенклатура изделий высад­ки чрезвычайно широка: крепежные изделия, кулачки и зубчатые колеса заодно с валом, электроконтакты и т. п. Проволока или прутки диаметрами от 0,5 до 50 мм яв­ляются заготовками. Точность готовых изделий соответ­ствует 6. 9-му квалитетам, шероховатость поверхности Rа=2,5. 0,63 мкм.

Холодная объемная формовка проводится почти по аналогии с горячей объемной штамповкой; она также направлена на формообразование только уже го­товых или с минимальной механической обработкой де­талей за счет заполнения металлом полости штампа.

Операции листовой штамповки разделяются на разде­лительные и формообразующие.

Резка (рис. 15.14,а) — отделение части заготовки по незамкнутому контуру на специальных ножницах или в штампах, проводимая как заготовительная операция. Лист 3 подается до упора ножниц 1; установка упора на расстояние l гарантирует разрезку листа на полосы раз­мерами В к δ. Обеспечение хорошего качества среза до­стигается точной установкой зазора z между верхним 2 и нижним 4 ножами. Вырубка и пробивка (рис. 15.14,6) являются операциями отделения части листа по замкнутому кон­туру в штампе. Обработка ведется в вырубном штампе последовательного действия. В листе 2, направление по­дачи которого показано стрелкой, вырубным пуансоном 4 вырубается наружный контур шайбы 1, а пробивным 5 — внутренний контур. В матрицу 3 после вырубки-про­бивки проталкивается готовая деталь и отход 6.

Для повышения качества среза применяют чистовую вырубку-пробивку (рис. 15.14, в), при этом в штампе г

Рис. 15.14. Разделительные операции листовой штамповки: а —резка; б — вырубка и пробивка; в — чистовая вырубка-пробивка; г — рас­крой поло;ы

устанавливается специальный прижим 1, который допол­нительно поджимает заготовку к матрице усилием F_пр. Чистовой вырубкой получают детали типа реек, зубчатых колес и т. п. На рис. 15.14, г показан раскрой полосы. Эффектив­ный раскрой проектируют на автоматизированном рабо­чем месте конструктора (АРМ), оснащенном ЭВМ, дис­плеями и графопостроителем. Пластическая деформация на формообразующих опе­рациях не приводит к разрушению металла, обеспечи­вая создание из заготовок заданных чертежом деталей машин.

Гибкой (рис. 15.15, а) задается криволинейная форма заготовке при помощи пуансона 1 и матрицы 2 гибочного штампа.

Рис. 15.15. Формообразующие операции листовой штам­повки:

а — гибка; б — вытяжка; в — отбортопка; г — жим; д —-рельеф­ная формовка

Вытяжка (рис. 15.15,б) одна из сложных фор­мообразующих операций листовой штамповки. Пуансон 1, двигаясь вниз, воздействует на заготовку 3, размещен­ную на матрице 4. Заготовка смещается в отверстие матрицы и образует стенки вытянутой детали. Деформа­цию оценивают коэффициентом вытяжки, равным отно­шению:

Во избежание образования складок на фланце детали в штампе монтируется прижим 2. Чтобы не наступило разрушение металла при формова­нии, скругляют радиусом г пуансон и матрицу. Промежуточный отжиг увеличивает коэффициент вытяжки, вы­соту вытянутой детали.

Продукция вытяжки: детали ра­диоаппаратуры, корпуса, крышки, емкости, защитные ограждения и т. п. Отбортовкой (рис. 15.15, в) называют образова­ние борта вокруг отверстия. Отбортовка необ­ходима для кольцевых деталей с фланцами и уступами, а также для увеличения жесткости деталей. Обжимом (рис. 15.15, г) уменьшают горловину пу­стотелых изделий типа фляг. Рельефная формовка (рис. 15.15, д) дает вы­ступы на заготовке, ребра жесткости, лабиринтные уплот­нения и т. п.

Холодной штамповкой можно получать поковки (точнее — готовые дета­ли), не требующие дальнейшей механической обработки. Достигаемая точность 6. 10 квалитеты, шероховатость поверхности до Ка=0,16. 0,04 мкм.

Если к деталям предъявляются более высокие требо­вания по точности и шероховатости поверхности, то вво­дят в качестве окончательной механическую обработку. В этом случае не требуется обработка резцами, фрезами и др., а используют отделочные методы — шлифование, полирование и т. п.

Продукция холодной штамповки используется в раз­личных областях народного хозяйства и в быту. Наибо­лее широко она используется в машиностроении, особен­но в авто- и тракторостроении, сельскохозяйственном и текстильном машиностроении, приборостроении, элек­тротехнической промышленности и др. Номенклатура из­готавливаемых деталей очень велика, размеры их изме­няются от долей миллиметра до нескольких метров.

Холодная штамповка является примером безотходной или малоотходной технологии: она доводит коэффициент использования металла до 0,95. Одновременно значитель­но снижается трудоемкость и себестоимость изготовления деталей.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Изготовление деталей с помощью штамповки занимает ведущее место в технологии обработки металлов давлением и используется в разных отраслях промышленности.

Особое значение имеет штамповка металлических изделий из листового проката. В ее основе лежит пластическое деформирование металла без его нагрева с помощью специальных штампов. Такой способ пластической деформации деталей широко применяется для изготовления деталей разных размеров и сложных форм с большой точностью, что невозможно осуществить с помощью других способов обработки.

Они используются для сборки крупногабаритных изделий машиностроительной отрасли, в автомобилестроении и судостроении, а также в приборостроительной сфере и быту, где часто требуются различные миниатюрные детали.

Технология штамповки деталей из металлических листов и ее виды

Штамповкой называют процесс придания деталям нужной формы и получение определенного документами размера путем механического воздействия на них с помощью давления. Основное направление штамповки – это производство деталей из заготовок, в качестве которых используется листовой прокат. Под действием сдавливающего усилия заготовка подвергается деформации и приобретает нужную конфигурацию.

Различают штамповку, выполненную горячим способом с нагревом заготовки и холодным способом без ее предварительного нагрева. Штамповка деталей из листового металла осуществляется без их предварительного нагрева.

Деформацию давлением с нагревом заготовки используют при изготовлении деталей из металла, не обладающего достаточной пластичностью, и в основном применяют при производстве небольших партий объемных изделий из металлического листа, имеющего толщину в пределах 5 миллиметров.

Технологический процесс горячей штамповки металла во многом совпадает с последовательностью операций холодной обработки заготовок. Отличие состоит в предварительном нагреве исходных заготовок в печах до температуры, обеспечивающей пластичность металла. При этом учитывается степень коробления детали при остывании, а также ее утяжка при деформационной обработке, влияющая на ее размер. Чтобы исключить отклонения от требуемых размеров для деталей, полученных горячей штамповкой, делают большие допуски.

При производстве штампованных деталей из листового металла в основном используют метод холодной штамповки.

Холодная штамповка листового металла

Технология холодной деформации листового проката с помощью штампов подразумевает изменение формы и размеров изделия с сохранением их первоначальной толщины.

В качестве материала для получения штампованных изделий холодным способом используют полосы, листы или тонкую ленту в основном из низкоуглеродистых и легированных пластичных сталей, а также медных, латунных (содержащих свыше 60% меди), алюминиевых, магниевых, титановых и других пластичных сплавов. Применение для штамповки сплавов, обладающих хорошей пластичностью, связано с тем, что они легко поддаются деформационному изменению.

Для осуществления холодной штамповки листового металла используют различные операции, которые зависят от поставленной задачи достижения определенной формы заготовки. Их подразделяют на разделительные и формоизменяющие воздействия.

1. При разделительных деформациях материал заготовки частично отделяют по заданному контуру. Отделение осуществляется путем сдвига части металла по отношению к основной заготовке. Такими операциями являются резка, вырубка, пробивка и другие.

Рассмотрим, как осуществляются некоторые операции разделительного характера.

Резка

При проведении резки от детали отделяется определенная часть путем ее разрезания по фигурной или прямой линии. Такая разделительная операция выполняется с помощью пресса, выполненного в виде ножниц разной конструкции.

Такая операция предназначена в основном для подготовки заготовки к другим способам обработки.

Пробивка

Операцию, называемой пробивкой, используют для создания в заготовке отверстия разной формы. Часть металла при пробивке из заготовки удаляется совсем, и ее вес уменьшается.

На рисунке показана схема процесса пробивки.

Вырубка

С помощью процесса вырубки металлической детали придают готовый вид изделия, имеющего замкнутый контур.

На рисунке показана схема изготовления детали с помощью вырубки.

2. Формообразующие деформации включают изменение формы и размеров изделия при перемещении его отдельных областей, не приводящем к его общему разрушению. К ним относят вытяжку, гибку, рельефную формовку, скручивание, обжим и другие операции.

Рассмотрим некоторые виды операций, не приводящие к физическому разрушению формы.

Вытяжка

С помощью вытяжки из листовых плоских заготовок получают полые объемные изделия. Например, таким способом изготавливают детали, имеющие форму полусферы, цилиндра, конуса, куба и других видов. На рисунке показаны разные варианты выполнения вытяжки.

Гибка

С помощью операции гибки листовому изделию придается заданная форма его изгиба. В зависимости от вида гибки такая операция дает возможность получать изогнутые изделия разной конфигурации. Некоторые из них показаны на рисунке.

Рельефная формовка

Этот вид операции подразумевает видоизменение локальных частей изделия, его внешняя конфигурация остается без изменения. На рисунке изображена схемы некоторых операций формовки:

Возможно также применение комбинированных операций, включающих разделение и формообразование одной детали.

Технологический процесс проведения холодной штамповки состоит из этапов, которые связаны с характером деформационной операции и зависят от вида используемого штампового оборудования.

Разработка техпроцесса проводится в следующей последовательности:

• Обозначается структура основных операций, включающая их характер, количество и последовательность выполнения.
• Выполняется расчет первоначальных, промежуточных и готовых размеров детали, а также необходимых деформационных усилий для достижения нужного результата.
• Проводится документальное оформление технологического процесса.

В техпроцесс могут быть внесены дополнительные операции, с помощью которых заготовка приводится к виду, удобному для обработки. К ним относятся очистка, правка листов, нанесение смазки и другие операции.

Штамповочный пресс для металла

Все операции холодной штамповки можно осуществлять при наличии специального оборудования, главным из которых является штамповочный пресс. Его устройство может быть на основе механики, либо с использованием гидравлики.

К механическим видам относят:

• эксцентриковые прессы;
• прессы с использованием кривошипно-шатунного механизма.

Для осуществления операций пробивки, вырубки и вытяжка используется штамповочный пресс кривошипного типа.

Устройство и принцип работы пресса кривошипного типа

Любой пресс, предназначенный для штамповки изделий, включает основные узлы, к которым относится: механизм, приводящий его в действие и устройство, осуществляющее непосредственную штамповку.

Действующий механизм – это кривошипный вал, который приводится в движение с помощью электропривода. Для этого электродвигатель при вращении маховика передает вращение кривошипному механизму с помощью зубчатой передачи.

Совершая возвратно-поступательные действия, ползун кривошипа приводит в работу штамповое устройство, которое с усилием давления осуществляет пластическую деформацию.

Основные детали такого пресса выполнены из высокопрочных сталей и дополнительно укреплены с целью придания необходимой жесткости.

Устройство гидравлического пресса

Штамповочный пресс для металла гидравлического типа применяется для создания объемных форм с помощью продавливания металла.

Принцип действия такого механизма основан на давлении жидкости, помещенной в двух резервуарах, которые снабжены поршнями. Резервуары соединены трубопроводом. В результате давления в жидкости, возникающего в момент ее нагнетания в цилиндр из другого резервуара, оно передается на ползун и приводит его в движение. При перемещении ползун с большим усилием продавливает заготовку.

Изготовление штампов для холодной штамповки металла

Рабочим устройством любого прессового станка является сам штамп. Он включает две рабочие части, называемые матрицей и пуансоном. В процессе работы подвижной является только верхняя деталь штампа – пуансон, закрепленный на ползуне. Матрица расположена снизу и остается неподвижной.

Деформирование листа осуществляется во время прижимания пуансона к матрице с расположенной на ней заготовкой.

Разработке чертежей и изготовлению штампов для пресса предъявляются повышенные требования, т. к. от их точности зависит правильность формирования изделия.

Выполняются такие работы поэтапно в следующей последовательности:

• составляется эскиз штампа;
• с помощью компьютерной схемы штампа, составленной по специальной программе, проводится проверка рационального раскроя материала;
• при необходимости эскиз корректируется, и уточняются размеры штампа;
• обозначаются места расположения отверстий и их размеры, которые затем будут нанесены на поверхность штампа;
• после окончательного согласования чертежей приступают к изготовлению самого штампа.

Современные станки для штамповки изделий оснащены штампами, изготовленными с большой точностью при помощи компьютерных технологических программ.