Методы штамповки металлов

Штампованием металла называют технологию изготовления изделий, с получением из заготовок плоских или объемных деталей нужной формы под воздействием внешнего давления. В зависимости от толщины листов, размеров изготавливаемого предмета, других особенностей производства, применяют прессовое оборудование, создающее усилие от 16 до 500 тонн.

История возникновения процесса

Штамповку для обработки металлов впервые начали применять в XVI веке. Необходимость данной технологии была обусловлена массовым производством оружия, для которого требовалось большое количество однотипных деталей. По мере развития промышленности, к концу XIX века штампование стало неотъемлемой составляющей процесса выпуска продукции для домашнего обихода. Становление различных отраслей машиностроения (выпуск самолетов, судов, автомобилей, станочного оборудования) в следующем столетии не обошлось без обработки металлов давлением для изготовления комплектующих с большими габаритами.

Особенности технологии

Применяют следующие виды штамповки металла:

• горячую – заготовки нагревают, посредством ковки получают лист необходимой толщины (обычно – 1 мм или менее), с последующим воздействием штампа, давление которого создает требуемый профиль для готового изделия;
• холодную – выполняют без нагрева металла; пресс преодолевает сопротивление листового материала при проведении разделительных и формоизменяющих операций; подготовительные работы включают раскройку листов в соответствии с требованиями государственных стандартов, чтобы свести к минимуму отходы производства.

Холодная штамповка включает такие процедуры:

• вырубку-пробивку – при вырубке заготовка попадает в контейнер, с остающимися наверху отходами; пробивка предполагает наружное формирование детали;
• гибку – простой процесс, с деформацией элемента, уложенного на матрицу, при воздействии сверху пуансона;
• вытяжку – обычно проводят в несколько этапов, с применением различных штампов;
• отбортовку – пуансон, входя в отверстие, расширяет его диаметр и формирует борта.

Рассматривая, как проводится холодная или горячая штамповка металлов, становится понятным, что для любой штамповочной операции важен правильный подбор пуансона и матрицы. Величина зазора между этими инструментами зависит от жесткости обрабатываемого материала и толщины листа. Чем тверже сплав и толще заготовка, тем большим должен быть просвет, для обеспечения необходимого качества продукции.

Альтернативные методы

Кроме описанных способов штамповки, применяют такие альтернативные методы обработки металлов:

• взрыв – лист помещают в воду, поверх матрицы, на которой выполнено углубление требуемой формы; сверху взрывают заряд, создающий давление для формирования профиля;
• электрогидравлический – также проводят в воде; ударную волну, деформирующую металл, получают нагревом жидкости под воздействием электрического тока;
• протяжкой заготовки между валками – такая технология позволяет получить деталь нужной формы.

Технологию применяют, с учетом геометрических особенностей изготавливаемой продукции, экономической целесообразности.

Изготовление штампов по металлу

При штамповке, форму заготовки изменяют под воздействием штампа. Эту деталь изготавливают по разработанным чертежам, включающим сборочный и деталировку со спецификациями. Штамп состоит из таких элементов:

• пуансона и матрицы – для изготовления используют легированные инструментальные сплавы У8а, У10а, Х12М; твердость поверхности до 60 единиц по Роквеллу обеспечивают термической обработкой;
• пуансонодержателя – выполняют из Ст3;
• прокладок – используют конструкционную сталь, закаливаемую до твердости в 45 единиц по Роквеллу;
• съемника – делают из Ст3;
• колонок и втулки – изготавливают из углеродистой Стали 20; поверхность на глубину до 1,5 мм цементируют, деталь подвергают термообработке;
• хвостовика – входит в паз на поршне пресса.

Правильный подбор материалов важен для выполнения штампом заданных функций.

Инструменты и оборудование

Для создания усилия давления на заготовку применяют прессы следующей конструкции:

• кривошипно-шатунной – ползун приводится в действие электродвигателем через механизм, включающий шатун, присоединенный к эксцентриковому валу; для такого оборудования характерна высокая скорость движения рабочего органа; большая сила удара при воздействии пуансона на заготовку приводит к интенсивному износу инструмента;
• гидравлическую – поршень перемещается за счет давления жидкости в системе; такая конструкция позволяет добиться высокой мощности при плавном движении рабочего органа.

Штамповка позволяет в короткие сроки изготовить большое количество однотипных деталей. Эту технологию применяют в различных отраслях промышленного производства. А требования к организации процесса и применяемому оборудованию стандартизированы на межгосударственном уровне, что обеспечивает необходимое качество.