Холодная штамповка: суть технологии, виды обработки, оборудование

О чем речь? Холодная штамповка – изготовление изделий из металла без температурной обработки, только путем давления на заготовки. Различают до 18 методов, среди которых самые популярные – вырубка, обрезка, объемное формование, гибка.

Как это работает? Детали изготавливаются с помощью разного оборудования и специальных штампов, которые разрабатывают под конкретные станки и операции, и к ним предъявляются строгие требования.

История изобретения холодной штамповки металла

Обтекаемые детали кузовов автомобилей и авиалайнеров, сложные формы крепежных изделий и даже столовых приборов уже ни у кого не вызывают удивления. Производить изделия из металла любой конфигурации позволяет технология холодной штамповки.

Горячая и холодная штамповка – особый вид обработки металла под давлением, в процессе которой обеспечивается строгий контроль изменения формы изделий. В ходе одного цикла работы пресса может одновременно выполняться ряд операций, включая гибку, рубку, резку, чеканку, формовку, вытяжку, отбортовку и т.д.

Отдельные компоненты технологии холодной объемной штамповки люди применяли еще до нашей эры. Находки археологов позволяют утверждать, что древние кузнецы пользовались фигурными штампами-обжимками для изготовления наконечников стрел. В Священном Писании и в мифах скандинавских народов можно найти информацию о первом опыте применения падающих молотов. Такой метод производства существует и в наше время.

В 1817 году на оружейном заводе в Туле кузнец В.А. Пастухов совершил прорыв, применив рычажный пресс и подкладные штампы для серийного производства курков. Уже через два года этот метод позволил наладить массовое изготовление целого ряда деталей для оружейного производства.

Ключевые моменты эволюции технологии холодной штамповки:

• 1835 год. Широкое распространение горизонтально-ковочных машин, позволивших обрабатывать металл с большей точностью.
• 1842 год. Создание Джеймсом Несмитом первого парового молота.
• 1846 год. Изобретение и запуск Уильямом Армстронгом первого гидравлического пресса, который стал мощным инструментом для деформации металла под большим давлением.

Несмотря на появление в XIX веке механических и пневматических молотов, заводы, построенные в 1920-30-х годах, все еще сталкивались с проблемами производительности и трудоемкости управления процессами. Показательным примером служило производство гвоздей, для удовлетворения спроса на которые работали тысячи предприятий.

[sgInset53]

Кульминацией инженерной мысли стал гидравлический пресс с усилием 650 МН, созданный по заказу французской компании «Интерфорж». Разработкой этого гиганта занимались советские специалисты. Масштабы проекта поражали воображение. Вес оборудования составлял 17 тысяч тонн, что вдвое больше, чем у знаменитой Эйфелевой башни.

Для демонстрации точности этого исполина общественности показывали, как пуансон пресса аккуратно колет грецкие орехи, не задевая сердцевину.

Преимущества и недостатки холодной штамповки

Холодная штамповка листового металла входит в число самых распространенных технологий нашего времени. Такая обработка применяется в том числе для пластмассы и ряда других материалов. Изделия холодной штамповки используют в разных отраслях, начиная с габаритных деталей в судостроении и заканчивая мелкими компонентами бытовой техники.

Читайте также

«Механообработка: преимущества и методы»

Подробнее

Технология холодной штамповки имеет ряд достоинств:

• Процесс легко поддается механизации и автоматизации, что значительно повышает производительность.
• Серийное производство изделий методом холодной штамповки приводит к снижению их себестоимости.
• Низкий процент отходов листового металла.
• Возможность производства тонкостенных, но прочных изделий практически любой конфигурации.
• Позволяет добиться высокой точности, что минимизирует потребность в дальнейшей обработке.

Несмотря на очевидные преимущества, есть у этой технологии и свои недостатки:

• Повышенная трудоемкость проектирования технологического процесса.
• Высокая цена изготовления и подготовки форм для холодной штамповки.
• Требуется высокая квалификация операторов.

При серийном производстве трудоемкость проектирования и высокая стоимость оснастки компенсируются за счет эффекта масштаба. В результате себестоимость единицы продукции становится значительно ниже, чем при других методах металлообработки.

Виды холодной штамповки металла

ГОСТ на изготовление изделий методом холодной штамповки распространяется более чем на 18 методов деформации.

Читайте также

«Горячая объемная штамповка: особенности технологии»

Подробнее

Приведем самые распространенные из них.

Обрезка

Операция резки заключается в отделении части листовой заготовки по прямой или криволинейной траектории. В отличие от других способов штамповочная резка позволяет получать готовые к использованию детали, не требующие дальнейшей обработки.

Пробивка

Пробивкой называют операцию холодной штамповки, предназначенную для создания отверстий в листовом материале. Разнообразие штампов позволяет получать отверстия различных форм: круглые, квадратные, треугольные, овальные, а также сложные декоративные. Технология незаменима при производстве перфорированных листов.

Вырубка

Посредством вырубки в листах металла создаются замкнутые углубления без пробития.

Отбортовка

Технология позволяет формировать бортики вокруг отверстий или по контуру детали.

Гибка

Такая обработка применятся для изменения угла между частями плоской заготовки или для того, чтобы придать ей криволинейную конфигурацию. Различают одноугловую, двухугловую и многоугловую гибку. Современные станки для повышения производительности часто комбинируют этот метод с другими операциями, такими как отрезка, вырубка и пробивка.

Фланцовка

Это метод обработки, изменяющий геометрию детали с трех сторон (две боковые и передняя).

Фото: usertrmk / Freepik

Технология позволяет создавать фланцы сложной формы и широко применяется в автомобильной промышленности, например, для изготовления панелей капота, багажника, дверей и других кузовных элементов.

Вытяжка

В отличие от предыдущих штамповочных операций, сохраняющих лист относительно плоским, с помощью вытяжки формируются полые пространственные изделия. Это позволяет изготавливать детали цилиндрической, конической, полусферической и других сложных форм.

Обжим

Обжим в конической матрице используется для уменьшения размеров торцов полой детали.

Читайте также

«Металлопрокат: что это, где применяется, какой бывает»

Подробнее

Эта технология позволяет сжимать торцевую часть заготовки, придавая ей желаемую форму. Широкое применение обжим получил в сфере производства боеприпасов.

Применение данного метода холодной штамповки ограничено пределом текучести сплава. Чем он меньше, тем большее количество подходов требуется для достижения желаемой формы.

Рельефная формовка

Технология подразумевает видоизменение локальных частей изделия, при этом его общая внешняя форма остается неизменной.

Операция может использоваться в том числе для комбинированной обработки, сочетающей разделение и формообразование в рамках одного процесса для изготовления одного изделия.

При разработке данной операции следует придерживаться следующего алгоритма:

• Уточнение структуры основных процессов, включая их число, особенности и порядок выполнения.
• Расчет начальных, промежуточных и конечных размеров изделия, требуемых деформационных усилий холодной штамповки для получения необходимой детали.
• Разработка документации технологического процесса.

В процесс холодной штамповки могут входить подготовительные операции (очистка, правка и смазка).

Затем для придания необходимых механических свойств изделие может подвергаться дополнительной обработке вспомогательными методами: отжиг и травление. Также для повышения износостойкости на штампованные изделия наносят защитные покрытия.

При выполнении объемной штамповки применяют одну из двух схем.

Первая включает три операции:

• предварительная термообработка заготовки (для снижения прочности сплава);
• подготовка обрабатываемой поверхности к штамповке холодным выдавливанием;

• обработка штамповкой.

Для холодной штамповки по второй схеме к трем перечисленным шагам добавляется предварительная подготовка мерных заготовок, из которых и будут формироваться готовые изделия.

Оборудование для холодной штамповки

Для различных типов холодной штамповки применяется широкий набор оборудования.

Читайте также

«Завальцовка: технология и оборудование»

Подробнее

К примеру, для резки используют гильотинные и вибрационные ножницы.

Для операций холодной штамповки применяют базовое штамповочное оборудование (станки и прессы) следующих типов:

• Кривошипно-шатунные.
• Гидравлические.
• Радиально-ковочные.
• Электромагнитные.

По критериям простоты конструкции и обслуживания оптимальным оборудованием считается пресс холодной штамповки с кривошипно-шатунным приводом. Его применяют для несложной обработки листового материала. На таком прессе производят тонкостенные детали простой конфигурации малого и среднего размера.

Радиально-ковочное оборудование применяют для формовки объемных заготовок в изделия, которые имеют форму тел вращения.

Электромагнитные прессы для холодной штамповки представляют собой относительно новое технологичное оборудование. Давление на заготовку они создают за счет массы электромагнитного сердечника, который приводится в движение к пуансону электромагнитным импульсом. При изменении его полярности происходит возврат сердечника в начальное положение. Подобный привод отличается простотой изготовления и обслуживания по сравнению с гидравлическими системами, однако на данный момент уступает им по мощности.

Этапы изготовления штампов для холодной штамповки

Важное значение в контексте обеспечения необходимого качества готовой детали имеет проектирование штампов для холодной штамповки.

Читайте также

«Толщина оцинкованной стали: от чего зависит, стандарты»

Подробнее

Эти элементы осуществляют формирование детали с нужной геометрией. Чертежи таких штампов для производственных прессов выполняют в двух- или трехмерном варианте. Для проектирования данных приспособлений необходимы специальные знания и навыки.

Разработка чертежной документации и дальнейшее изготовление штампов для прессов для холодной штамповки включают следующие стадии:

• создание эскиза нужного штампа;
• анализ и проверка схемы раскроя материала с помощью специального программного обеспечения;
• доработка эскиза (при необходимости);

• завершающая проверка размеров проектируемого штампа;
• указание расположения и точных размеров отверстий, которые нужно сформировать, выполнено на рабочей поверхности штампа.

При разработке штампов для прессов холодной штамповки чертеж готового изделия разбивают на отдельные элементы для более глубокого изучения.

Технологическая маршрутная карта прорабатывается для каждого этапа холодной штамповки с указанием времени выполнения операций и характеристики заготовок.

Штампы для холодной штамповки изготавливаются из легированных и углеродистых сталей. Иногда используется сплав меди и алюминия.

Процесс холодной штамповки металлических заготовок является сложным и многофакторным, где результат напрямую зависит от целого ряда ключевых параметров. Среди них первостепенное значение имеет правильная последовательность выполнения технологических операций, определяющая порядок деформирования материала.

Точность при изготовлении штампов для холодной штамповки имеет ключевое значение для достижения требуемого качества готовой продукции.

Часто задаваемые вопросы о холодной штамповке

Где применяются различные виды холодной штамповки?

Холодная штамповка нашла применение в разных промышленных отраслях.

Фото: vecstock / Freepik

Чаще всего ее используют в процессе производства:

• деталей кузова автомобиля, элементы рамы, подвески и т.д.;
• электронных компонентов ПК, смартфонов, элементов бытовой техники;
• медицинского оборудования и инструментов, имплантов и др.;
• строительных конструкций: детали оконных и дверных рам, фасадов, систем отопления и вентиляции и др.;
• компонентов для трансформаторов, генераторов, турбин.

Штампованные детали в продукции массового спроса составляют около 98 %.

Читайте также

«Виды и марки стали листового проката»

Подробнее

В электронике, радиотехнике – до 80 %, приборостроении – до 75 %.

Какие предъявляют требования к штампам для холодной штамповки?

Штампы для холодной штамповки должны соответствовать строгим требованиям по следующим параметрам:

• технологичность конструкции;
• надежность и прочность;
• быстрая замена изношенных элементов и деталей;
• удобство и возможность быстрой и удобной загрузки заготовки в технологическую линию;

• возможность и простота разгрузки готовых изделий;
• безопасность в процессе эксплуатации.

В процессе разработки оптимальной конструкции штампа следует учитывать ряд критериев:

• форма и размеры необходимых изделий;
• специфика технологии штамповки;
• вид и толщина обрабатываемого материала;
• объемы партии продукции;
• тип штамповочного станка или пресса.

От чего зависит стоимость изделий, произведенных путем холодной штамповки металла?

Себестоимость изготовления изделий холодной штамповкой определяется индивидуально с учетом особенностей проекта.

Читайте также

«Виды механической обработки и их преимущества»

Подробнее

От каких критериев зависит стоимость изготовления деталей холодной штамповкой:

• сложность конфигурации детали;
• затраты на разработку и изготовление штампа;
• габариты и масса изделия;
• вид стали для холодной штамповки и толщина заготовки;
• размер партии;
• количество операций, которые выполняются в рамках технологического процесса;
• необходимость в дополнительном покрытии готового изделия специальными материалами.

Технологический процесс холодной штамповки представляет собой эффективный и экономичный метод производства изделий.

Благодаря своим преимуществам холодная штамповка получила широкое применение в разных сферах производства.

Изображение в шапке статьи: user11472009 / Freepik