Виды штамповки: какие, как и где применяются

О чем речь? Виды штамповки отличаются технологиями, применяемыми при обработке металлических деталей. Чаще всего речь идет о холодных и горячих методах. К первым относятся вытяжка, пробивка, вырубка, гибка, обжим. Горячим методом чаще всего делают объемные детали.

Как выбрать? Вариант технологии зависит от задач, стоящих перед заказчиком, и возможностей производства. Помимо горячей и холодной штамповки, также применяются и другие методы: магнитно-импульсная, лазерная, гидравлическая, экструзия.

Технологии холодной штамповки металла

Как правило, существующие виды штамповки холодным способом не предполагают нагрева детали. Но бывают и исключения.

К видам холодной штамповки изделий из листового проката относят более 18 методов пластической деформации металла. Ниже представлены способы, которые пользуются наибольшей популярностью:

Обрезка. Данный вид штамповки заключается в разрезании листового металла. При этом, линия отсечения может быть прямой или фигурной. В отличие от других методов резки, штамповка позволяет получать изделия, не требующие последующей обработки.

Пробивка. Этот вид штамповки применяется для пробивки отверстий в листовых заготовках. Операция может выполняться штампами разных типов: в форме круга, квадрата, овала, треугольника и т. д. Этот метод востребована для перфорирования листового металла.

Вырубка. С ее помощью на производстве формируют в листовом металле замкнутые углубления, не пробивая заготовку насквозь. Как правило, вырубленный таким способом элемент является функциональной частью изделия, а не производственным отходом.

Отбортовка. Таким способом штамповки вокруг отверстий или по контуру всего изделия формируют бордюрчики.

Формовка. Штамповка этим способом позволяет обрабатывать отдельные части листовой заготовки без изменения внешнего контура.

Гибка. В этом случае обработка приводит к изменению угла между частями элементами плоского изделия. Кроме того, с помощью гибки могут формироваться детали криволинейной формы. Различают несколько вариантов такой штамповки: одно-, двух- и многоугловая. Станки нового поколения позволяют совмещать гибку с рядом других видов обработки, включая резку, вырубку и пробивку.

Фланцовка. С ее помощью с трех сторон меняется геометрия заготовки (в передней части и в двух противоположно расположенных боковых сторонах). Этот вид штамповки обеспечивает фланцевание изделий по сложному контуру. В основном такая обработка металла используется в автомобилестроительной промышленности для производства панелей капота, дверей багажного отсека и других кузовных деталей.

Вытяжка. В отличие от представленных ранее видов штамповки, она не оставляет листовую заготовку относительно плоской и формирует полые объемные детали. Такой метод используется для создания изделий с конической, цилиндрической, полусферической и другой формой.

Обжим. Его в конической матрице применяют для сжатия торцов полых изделий. Используя данную обработку, можно уменьшить с краев габариты детали. Данная технология востребована в ходе изготовления разных видов боеприпасов.

Основным ограничением для применения представленных выше методов штамповки металла является показатель предела текучести материала (при его снижении необходимо увеличивать количество подходов, что может быть нерентабельным).

Горячая объемная штамповка металла

Технология ГОШ предполагает одновременное воздействие на заготовку давления и высоких температур. Материал нагревают в закрытых пресс-формах, не имеющих зазоров. Подобные приспособления называют «ручей» или «гравюра».

Технология предполагает повышенное внимание к подготовке материала на первом шаге, но обеспечивает высокую точность соответствия готового изделия требуемым размерам и отличное качество обработанной поверхности. При этом обеспечивается минимальный объем облоя.

У всех видов горячей штамповки есть одинаковые относительные недостатки. Они связаны с дороговизной используемого оборудования и высокими требованиями к обучению операторов. Указанные минусы с лихвой компенсируются многократной окупаемостью вложений в длительной перспективе производства.

Технология ГОШ включает 7 основных этапов:

• подбор необходимого вида штампа по металлу;
• разработка максимально подробной чертежной документации;
• расчет количества необходимых технологичных переходов;
• разработка проектной документации по каждому промежуточному этапу;
• выбор оптимальных пресс-форм;
• определение основных параметров и режима нагрева материала;
• выбор требуемых видов финишных процедур с учетом эксплуатационных требований к готовой детали.

Параллельно экономисты должны определить себестоимость одного изделия, которые производится по утвержденному алгоритму.

Указанные достоинства обеспечивают перспективность развития технологий горячей объемной штамповки:

В закрытых штампах

Внутренне пространство штампа остается замкнутым в процессе деформации. Таким образом зазор между стационарной и подвижной зонами сводится к минимуму. Специфика конструкции этой формы закрытого типа влияет на особенности специального станка.

Чаще всего на верхней части штампа присутствует выступ, а в нижней есть полость. Тем не менее, встречаются и обратные конструкции. При использовании такого оборудования важно обеспечить тщательную подготовку и строгий контроль соответствия объемов черновой детали и заготовки.

Иногда при использовании технологий горячей штамповки возникают сложности с высотой поковки. Из-за чрезмерного объема металла черновая деталь может быть выше, чем планируется. Для оптимизации процесса следует обеспечить высокую точность при отрезании заготовки.

В открытых штампах с переменным зазором

При данной технологии в форму вытекает некоторое количество сплава, поэтому можно максимально заполнить рабочую полость поковки. При этом облой наполнится лишним металлом на финишном этапе обработки. Это негативно влияет на точность веса заготовки.

Виды штамповки металла холодным и горячим способом, предполагающие использование открытых форм включают четыре технологических этапа. Это осадка заготовки, совмещение стеночек штампа с заготовкой, вытекание излишков сплава в канавку результате обжатия, удаление лишнего материала из полости).

Важным преимуществом штампов ГОШ считается возможность их использования для изготовления поковок любой формы.

Закрытое штамповочное оборудование имеет ряд уникальных достоинств:

• Обеспечивает более привлекательную структуру поковок. При использовании таких штампов в точке выпекания сплава волокна не перерезаются в облой, а обтекают поковочный контур. В результате появляется возможность обеспечения максимальной точности поверхности изделий без применения шлифовки.
• Отсутствует облой при штамповке. В итоге значительно сокращается расход материала.
• Возможность обработки мало пластичных металлов и сплавов, которые отличаются высокой степенью деформации при высоком напряжении неравномерного сжатия с разных сторон.

Финишный этап предполагает удаление лишнего металла в чистовом ручье с коррекцией формы изделия. Этот процесс необходим для правки ее искривленных осей.

Обработка габаритных изделий и деталей из легированных сталей производится в нагретом виде. Корректировка продукции с небольшими габаритами выполняется после термической обработки и последующего охлаждения.

Затем в результате мехобработки производится очистка изделия от окалины. Для габаритных деталей такая обработка производится с помощью дробеструйных устройств. Очистка от окалины мелких изделий производится в галтовочных барабанах.

Чтобы сделать поверхность деталей более гладкой и подогнать их размеры используется метод калибровки. Его применение позволяет не применять финишную обработку. После калибровки изделия шлифуют. Эту задачу выполняют с помощью специальных штампов с высокоточными ручьями, которые повторяют форму поковки.

Альтернативные виды штамповки металла

Помимо технологических операций, описанных выше, для штамповки изделий могут применяться технологии, связанные с альтернативными методами обработки металлов:

Магнитно-импульсная. На заготовку воздействуют давлением магнитного поля. Для этого ее помещают между электромагнитами. Импульсы тока способствуют нагреванию материала и деформации заготовки для придания ей требуемой конфигурации.

Изотермическая. Штамповка детали осуществляется в условиях контролируемой температуры. Такой метод позволяет сделать формовку более точной. При этом предотвращается появление различных дефектов, связанных с изменением микроструктуры материала и появлением трещин.

Взрывная. Формовка изделия осуществляется под воздействием одноименной энергии. Для этого определенным образом рядом с заготовкой в конкретном месте устанавливается заряд. После взрывы деталь получает нужную форму. Технология применяется для формовки больших изделий.

Лазерная. Прогрев сплава и деформация заготовки производится с помощью лазерного луча.

Такое воздействие обеспечивает высокую точность контролируемого нагревания заготовок из металла для придания им требуемой конфигурации. Данная технология наиболее эффективна при производстве деталей из тонколистового материала.

Гидравлическая. Деформация металла обеспечивается за счет подачи вода под сильным напором. Для этого заготовку устанавливают между специальными штампами и воздействуют на нее водным давлением. Достоинство технологии состоит в получении ровного среза при небольших усилиях.

Экструзия. Данный метод получил еще одно название – пробивка. Его нельзя в полном смысле считать классическим способом штамповки. Пробивка предполагает прессовку заготовки через подготовленный шаблон (экструдер). После такой обработки получают изделия с постоянным сечением.

Виды оборудования для штамповки металла

Особое оборудование и правила безопасности работы с ним определены действующими стандартами. Ниже приведены основные виды прессов и станков, которые предназначены для штамповки металлов:

Кривошипно-шатунный пресс

Данный вид прессов для штамповки сплавов отличается универсальностью. Конструкционно кривошипно-шатунный механизм такого оборудования обеспечивает трансформацию крутящего момента в возвратно-поступательные движения.

Подающее устройство пресса смещает заготовку, которая обрезается шаговым ножом. Такое оборудование эффективно при серийной штамповке небольших по размерам деталей. Экономическая выгода от использования кривошипно-шатунных прессов повышается в ходе их длительной эксплуатации.

Гидравлический пресс

Данное оборудование отличается простотой и высокой эффективностью. Гидравлический пресс создает усилие до 2000 тонн. Станки такого типа с высокой мощностью встречаются практически на всех объектах промышленного производства.

Конструкционно гидравлический пресс состоит из 2 цилиндрических сосудов. Нагнетателем в них выступает специальное масло. При воздействии на малый цилиндр происходит передача усилия на большой, что способствует созданию высокого давления. С помощью гидравлического пресса можно получить поверхность изделия, которая максимально приближена к эталону.

Радиально-ковочный пресс

Прессы такого типа предназначены для обработка заготовок, имеющих форму цилиндра. Они придают изделиям конфигурацию с призматическим или круглым сечением. Радиально-ковочные прессы могут применяться для обработки из мягких металлов и сплавов, включая алюминий.

В комплектации прессового оборудования может присутствовать индукционная печь. Она необходима для предварительного нагревания заготовки. Поднятие температуры материала повышает его пластичность и упрощает процесс штамповки.

Управление рабочими режимами радиально-ковочных прессов – достаточно непростая задача, для выполнения которой необходимы специальные знания и навыки. От подготовки оператора в большей мере зависит и качество готовой продукции.

Электромагнитный пресс

Данное оборудование входит в число наиболее современных с технологической точки зрения. Обработка заготовок осуществляется за счет электромагнитного поля, создающего необходимое усилие на сердечнике с обмоткой, который передает его на исполнительный механизм (инструмент пресса, который воздействует на заготовку).

С помощью настроек оборудования можно корректировать интенсивность электромагнитного поля для изменения параметров нагрузки на обрабатываемую деталь.

Автоматическая линия штамповки

Этот вариант прессового оборудования обеспечивает полную механизацию процесса обработки, включая такие этапы, как подача и крепление, выдачу готового изделия и др. Оператор управляет работой линии автоматической штамповки по промышленной сети с рабочего ПК.

Задача такого специалиста сводится к контролю выполнения команд программы. За счет автоматизации производственного цикла существенно повышается производительность труда. Использование таких линий снижает влияние человеческого фактора и предотвращает возможные ошибки.

Сферой применения этого оборудования являются предприятия крупной промышленности. Автоматические штамповочные линии являются элементом производственно-логистических систем.

Операторы, работающие на подобном оборудовании, должны иметь соответствующую подготовку и профессиональный опыт. Это требование во многом обусловлено сложностью предварительной настройки автоматизированных линий штамповки.

Для продления эксплуатационного срока основные агрегаты такого оборудования должны проходит регулярную проверку на предмет износа. Отдельное внимание при этом уделяется техническому состоянию штампа. Исправность данного элемента влияет на параметры готовой продукции, которая проходит качественный контроль на завершающей стадии производства.

Часто задаваемые вопросы о видах штамповки

Где применяются различные ее виды?

Разнообразные виды штамповки заготовок получили применение на предприятиях промышленности. В основном они используются в таких отраслях, как:

• производство элементов кузова транспортных средств (рамы, детали подвески и т.д.);
• изготовление электронных компонентов компьютерного оборудования, бытовой техники, смартфонов и др.;
• производство имплантов, медицинских инструментов и оборудования;
• изготовление изделий для строительной сферы (дверные и оконные рамы, элементы фасадов, систем вентиляции и отопления);
• производство деталей для трансформаторов, генераторов и турбин.

Соответственно, в электронных приборах таких деталей до 80 %, а в продукции приборостроения – до 75 %.

Что собой представляет разделительная штамповка?

Использование такой технологии востребовано в решении задач, в рамках которых необходимо на выходе получить только часть обрабатываемой заготовки. Процесс может включать пробивку, резку, вырубку и т. д. (это может быть одна операция или сочетание нескольких). Разделительная штамповка выполняется за счет приспособлений, установленных на прессе.

Рабочим инструментом могут выступать ножницы, дисковая пила, гильотина и вибрационная головка. Обработка заготовок выполняется по прямой или ломанной линии. Основное предназначение такой манипуляции состоит в получении детали требуемой формы с определенным контуром.

Как выбрать вид штамповки?

При подборе способа такой обработки сплавов следует учитывать ряд критериев: проектные требования к изделию, материалу, бюджетные и производственные возможности. Приведем примерный алгоритм, следуя которому можно найти оптимальное решение:

• Уточнение требуемых размеров, формы, характеристик детали и материала. Важно определить допустимую погрешность по точности, прочности и качеству поверхности готового изделия.
• Расчет бюджетных рамок обеспечения выпуска продукции. Здесь следует учитывать, что штамповка горячим способом предполагает увеличение расходов на нагрев, что отражается на стоимости производства.

• Определение характеристик используемого материала. Одни виды сплавов больше подходят для холодной штамповки, а другие – для горячей.
• Расчет необходимого количества готовой продукции. Для серийного производства экономически оправданной может оказать горячая штамповка. В свою очередь, небольшие партии лучше выпускать, используя методы холодной обработки.
• Проведение экспертных консультаций. Желательно получить профессиональную информацию от опытных инженеров по штамповке.

Подбирая оптимальную технологию, следует руководствоваться требованиями конкретного проекта и интересами бизнеса. Грамотный выбор метода штамповки – важно условие достижения лучших результатов при производстве металлических изделий.

Штамповка относится к наиболее распространенным способам изготовления деталей из металлов и сплавов. Популярность данной технологии обусловлена возможностью выпускать изделия любой конфигурации с разными размерами и высокой скоростью процесса.