Объёмная штамповка металла

Алан-э-Дейл       19.11.2022 г.

Особенности холодной штамповки

Холодная листовая штамповка подойдёт не только для изделий из легированных и углеродистых сталей, но и для алюминия, меди и сплавов этих металлов. При этом методе выбор штампуемых материалов может выходить за рамки металлов. Штампы для этого вида можно применять для изготовления деталей из картона, кожи, полимерных сплавов и резины.

Изделия, для изготовления которых применялась холодная штамповка металла, отличаются высокой прочностью, точностью параметров и форм, а также качеством поверхности.

В некоторых случая чистота поверхности соответствует 8 классу. Обычно чистота поверхности детали имеет от 2 до 6 класса, что является средним показателем. Но здесь нужно учитывать скорость производства, которая находится на самом высоком уровне.

Но одновременно с этим, при обработке металла методом холодной штамповки снижается пластичность материала. Из-за увеличения прочности металл становится хрупким, что относится к неоспоримым минусам этого вида обработки металла.

Для предотвращения этих негативных моментов между операциями, которые выполняются в ходе холодной штамповки, заготовка подвергается термической обработке. Это называется рекристаллизационный отжиг.

Для выбора используемого пресса и проектирования штампов, нужно знать и учесть большое количество свойств сырья, из которого будет изготавливаться продукция. Иначе может пострадать качество изделий или само оборудование.

Для выполнения операций штамповки для каждого вида изделия изготавливается индивидуальный штамп по нужным параметрам. Это делается в несколько шагов:

  • Составляется эскиз штампа нужной конфигурации.
  • Изучается схема раскроя материала и проверяется в специализированной программе на компьютере.
  • Если программа или человек выявили несоответствие эскиза с реальными требованиями, эскиз редактируется.
  • Разработка проверяется на соответствие размеров.
  • На эскизе обозначаются точные размеры и расположение отверстий на рабочей стороне штампа.

На подготовительном этапе штамповки учитывается:

  • Электропроводность и магнитная проводимость используемого материала.
  • Прочность к механическим воздействиям и твёрдость металла.
  • Ударная вязкость используемого металла.
  • Вес заготовки.
  • Износостойкость металла и его устойчивость к коррозии, что влияет на срок службы штампованного изделия.
  • Теплостойкость и теплопроводность обрабатываемого металла.

Жидкая штамповка металла

Кроме двух перечисленных способов существует еще один, который применяется значительно реже. Он подразумевает жидкую штамповку металла или так называемое литье под давлением, когда сплав заливается в закрытый штамп в жидком состоянии, а окончательное формирование изделия происходит уже в твердом виде. Это позволяет получать детали идеальной формы с улучшенными механическими свойствами. Широкому распространению метода на данном этапе мешает дороговизна и сложность технологического процесса.

Технология штамповки металлов используется для производства большого ассортимента продукции для различных отраслей. Таким способом получают детали автомобильного кузова, разнообразные панели и отделочные материалы, корпуса для бытовой техники. Штамповка является одним из древнейших методов обработки металлов, который дошел до наших дней. Изменилась технология, но принцип остался тот же самый, что и много лет назад.

При помощи объемной штамповки металла получают изделия самой разнообразной формы. Это и специальные уголки, которые используются в анкерных крепях, и разнообразные элементы для оборудования, и детали, используемые в производстве приборов, узлов и агрегатов для всех отраслей промышленности.

Штамповка изделий из металла позволяет получить деталь практически любой формы, чего нельзя добиться при других видах обработки. Это с успехом используется на металлургических заводах, которые могут быстро подстраиваться к новым потребностям рынка. Нужно всего лишь изготовить штамп необходимой формы и можно приступать к выпуску новой продукции.

Технология штамповки

Для изготовления деталей методом штамповки используют металлический лист, тонкую стальную ленту или полосу.

Чаще всего детали изготавливают методом холодной штамповки листового металла. При этом виде производства деталей, металл приобретает дополнительную прочность, что увеличивает срок службы изделия.

Горячую штамповку используют тогда, когда оборудование не может выдать мощность, нужную для деформации в нужную форму холодного металла. Или при выполнении изделия из непластичного металла. Листы для изготовления деталей горячим методом берутся толщиной менее 5 мм.

Дальнейший выбор технологии производства зависит от того, каким образом нужно воздействовать на металл, то есть технология изменения формы изделия отличается от той, что используют для разделения. В результате разделительных операций от детали отделяется часть.

Это можно делать по кривой или по прямой линии или по контуру. Металл отделяется путём сдвига частей заготовки в разные стороны. Для разделения применяется несколько операций, при которых используется пресс со специальным инструментарием.

Виды разделительных операций:

  • Отрезка – части металлической заготовки разделяются по фигурной линии или по прямой. Пресс для этого вида операций называют ножницами. С помощью этой операции производят готовые к эксплуатации детали и заготовки, которые затем дорабатываются иными способами.
  • Надрезка – операция по неполному отрезанию части заготовки под давлением с сохранением целостности детали.
  • Обрезка – убирается небольшая деталь заготовки, при этом часть металла идёт в отходы.
  • Пробивка – в листе металла формируются отверстия различной формы. Часть металлической основы будет считаться отходами и подлежать удалению.
  • Вырубка – формирует из заготовки изделие, контур которого замкнут.
  • Зачистка – позволяет убрать неровные края и придать изделию аккуратный вид, выровняв его грани.
  • Проколка (просечка) – в изделии делается углубление конусообразным инструментом.

Формоизменяющая штамповка деталей также имеет несколько видов. Операции этого типа используют для изменения формы и размера заготовки из листа металла, не разрушая материала.

Виды формоизменяющих операций:

  • Отбортовка отверстий – формирование вокруг отверстий заготовки бортиков нужной формы и размера.
  • Отбортовка контура – формирование по контуру изделия бортиков нужной формы и размера. Обычно этот метод применяют для обработки концов труб для фиксации фланцев.
  • Вытяжка – объёмная штамповка, в результате которой из плоского листа металла получаются пространственные изделия, полые внутри. Таким способом изготавливают детали полусферической, коробчатой, конической, цилиндрической и других форм. Вытяжка может быть последовательной, с плоским прижимом в плоской матрице или с крюком.
  • Обжим – сужение торцов деталей из листа металла, полых внутри с помощью конической матрицы. Конец детали вставляется с большой силой в воронку матрицы.
  • Гибка – металлическим заготовкам придают нужный по конструкции изгиб. Различают несколько типов гибки, в зависимости от конечной формы изделия: V-образная или одно угловая, U-образная или двух угловая, много угловая, трубная и криволинейная.
  • Формовка – при неизменном контуре изделия, изменяются размеры и форма его участков. Видов формовки несколько: она может быть с предварительным набором, а может выполняться цилиндрическим пуансоном с плоским концом.

https://youtube.com/watch?v=qlTDJtc7OQU

Горячая штамповка металла, автоматизированные линии

Технология процесса

Процесс холодной листовой штамповки начинается с совместной работы технолога и конструктора оснастки. Они рассматривают все изменения, которые должны произойти с плоской заготовкой на ее пути к готовому изделию, планируют и группируют разделительные и формообразующие операции. После такой группировки определяются операции, выполняемые при каждом проходе пресса (если деталь не удается отштамповать за один проход). Под этот конкретный перечень операций проектируется пара матрица — пуансон.

Матрицы и пуансоны, как правило, изготовляют методом фрезерования на многокоординатных обрабатывающих центрах. От точности изготовления напрямую зависит точность соблюдения размеров штамповки и конечное качество изделия. В качестве материалов используют высоколегированную сталь — пресс- форма должна выдержать сотни, а то и миллионы циклов штамповки и при этом не измениться в размерах. Часто пресс-формы делают состоящими из нескольких частей, которые потом надежно соединяют.

Иногда в пресс-форму устанавливают вставку из более прочного материала, например, в той части, где будет осуществляться вырубка или вытяжка и которая будет подвержена существенно большим напряжениям, чем остальная часть пресс-формы.

Исключительно важный этап технологии — это наладка прессов для листовой штамповки. Каждый рабочий проход пресса нуждается в строгом соблюдении предписанного технологией усилия, чтобы, с одной стороны, точно отформовать заготовку, а , с другой стороны ,не повредить ее.

Холодная и горячая листовая штамповка

Получение деталей из листового металла может быть выполнено в холодном или горячем виде.

Холодная штамповка

Применение холодной обработки давлением считают наиболее эффективным способом обработки листового металла. Применение такого способа выполняют в тех случаях, когда нет необходимости в дальнейшей механической обработке, например, резанием. Такой метод получения деталей применяют чаще всего при изготовлении автомобильных деталей, элементов конструкции авиационной техники и ряда других.

Использование метода холодной обработки металла давлением позволяет осуществить существенную экономию листового металла, разумеется, при грамотном раскрое листа и правильно изготовленной штамповой оснастки. Наибольшую эффективность штамповка показывает в крупносерийном и массовом производстве.

Такой способ показывает наибольшую эффективность при работе с такими сталями, как углеродистые и легированные. Кроме того, штамповкой получают детали из многих цветных металлов, например, медных или алюминиевых сплавов.

Холодная штамповка листового металла

Кроме листовых металлов, метод листовой штамповки допустимо использовать и при получении деталей из резины, картона и многих полимеров.

Кстати, такая обработка металла улучшает его прочностные параметры.

Горячая штамповка

Этот метод обработки листового металла применяют при производстве деталей котельных установок и некоторых деталей, используемых в корабельном деле.  Для таких деталей применяют стальные листы толщиной в 3 – 4 мм.

https://youtube.com/watch?v=qlTDJtc7OQU

Технологические операции применяемые в горячей штамповке во многом схожи с теми, которые применяют в холодной обработке листового металла. Инженеры, разрабатывающие технологии обработки листового металла должны учитывать то, что детали должны быть разогреты до определенной температуры. Соответственно должны быть учтены такие явления как утяжка листового металла, при выполнении отверстий, гибке и ряда других. Кроме того, при остывании деталей необходимо помнить и о возникающем короблении.

Горячая штамповка листового металла

Все это приводит к тому, что изменяются размеры допусков, на размеры получаемых из металла деталей.

Резка

Операция, в ходе которой происходит отделение части листового металла, от тела будущей детали называют резкой. Эту операцию применяют для изготовления и готовых деталей, и при выполнении на полосы заданных размеров. При выполнении этой операции необходимо обеспечить максимальное количество готовых деталей, таким образом, количество отходов будет минимизировано.

Газокислородная резка металла

Эффективность раскроя определяет коэффициент использования листа.  Его рассчитывают как отношение площади полученных деталей к площади целого листа.

Для этой операции применяют разное оборудование, в том числе вибрационные, дисковые, гильотинные и другие виды прессового оборудования.

Так называют технологическую операцию по получении заготовки с замкнутым контуром.

Вырубка листового металла

Вытяжка

Операция в результате которой заготовку выполненную в плоском виде трансформируют в пространственную. Вытяжку используют при изготовлении деталей разной формы и цилиндрические, и конусные, и коробчатые.

Ротационная вытяжка металла

Для вытяжки применяют штамповую оснастку, которая состоит из пуансона, который втягивает листовой металл в отверстие расположенное в матрице.

Эта операция позволяет  получать из листовой заготовки детали с требуемой формой изгиба.

Гибка металла

Пробивка

Эту операцию применяют при необходимости получения отверстий определенной формы.

Координатная пробивка и ее недостатки

Рельефная формовка

Так называют операцию, которая позволяет изменять форму в каком-то определенном месте, но при этом сохраняется внешний контур детали.

Рельефная формовка листового металла

Жидкая штамповка

Жидкая штамповка применяется для изготовления сложной формы ответственных деталей ( фиг.

Жидкая штамповка обеспечивает получение деталей с высокими физико-химическими свойствами, повышающими долговечность и надежность работы машин и устройств.

Схема автоматической линии для штамповки поковок коленчатых валов.

Жидкой штамповкой называют технологический процесс получения заготовок деталей, при котором кристаллизация жидкого металла, залитого в полость инструмента, происходит под высоким давлением.

Жидкой штамповкой производят для нужд машиностроения и приборостроения большое число разных по сложности поковок массой ориентировочно до 10 кг.

Рентабельность жидкой штамповки может быть повышена путем унификации отдельных элементов штампов и применения групповых конструкций штампов. Применение групповых штампов целесообразно при партии 100 шт.

Рентабельность жидкой штамповки в условиях мелкосерийного производства может быть обеспечена унификацией отдельных элементов штампов и применением групповых штампов.

Штампы для жидкой штамповки в большинстве случаев состоят из трех формообразующих частей: вкладыша 2 ( рис. 3.45), выталкивателя 3 ( образующих матрицу) и пуансона /, устанавливаемого на подвижном ползуне пресса. Большое значение имеет правильный зазор между пуансоном и матрицей, поскольку при большом зазоре возможно заклинивание, а при малом — приварка пуансона к вкладышу — матрице или задиры на контактирующих поверхностях.

Детали, изготовленные жидкой штамповкой, имеют более плотную структуру по сравнению с коваными, штампованными и литыми заготовками, более высокие антикоррозионные свойства и лучшие электротехнические показатели.

Вместе с тем процесс жидкой штамповки требует больших затрат на инструмент, усугубляющихся его недостаточной стойкостью, особенно при штамповке стали. Так, число поковок, отштампованных на одном штампе из стали, составляет несколько сотен, а поковок из цветных металлов — несколько десятков тысяч.

При получении заготовок методом жидкой штамповки экономия металла достигает 40 — 50 %, а трудовые затраты при механической обработке снижаются на 15 — 50 % по сравнению с заготовкой из проката.

Формоблок для групповой жидкой штамповки деталей, имеющих форму тел вращения.

Для расширения масштабов применения жидкой штамповки необходимо было искать пути снижения затрат на штампы и выход был найден в использовании метода групповой штамповки. После классификации деталей, намеченных для изготовления, по признаку конструктивного сходства проектируется формоблок ( рис. 43) со сменными вкладышами, которые точно повторяют контуры соответствующих деталей.

Формоблок для групповой жидкой штамповки деталей, имеющих форму тел вращения.

Для расшире-19 ния масштабов применения жидкой штамповки необходимо было искать пути снижения затрат на штампы и выход был найден в использовании метода групповой штамповки.

Виды штамповочных технологий

За время своего существования появилось немало методов штамповки. Массовое производство требует особого подхода, где на первое место ставится скорость и качество изготовления изделий. Ручная штамповка сейчас используется исключительно в частном порядке, для создания единичных экземпляров.

Прежде чем рассматривать способы обработки давлением, рассмотрим прочие виды штамповки:

  1. Магнитно-импульсная. Для изменения формы деталей используются кратковременные импульсы электрического тока.
  2. Изотермическая штамповка деталей. Используется для деформирования легированных и жаропрочных сортов стали. Особенность изотермического процесса заключается в том, что контактную форму нагревают до температуры деформации заготовки. В качестве рабочего оборудования используют гидравлические прессы.
  3. Штамповка взрывом. Разновидность импульсного способа. Активно используется в сфере производства летательных аппаратов. Принцип работы основан на передаче воздействия взрывной волны через воздух или воду. В результате заготовка деформируется, приобретая очертания используемой матрицы.

Технологический процесс, при котором изделие получают путем давления на расплавленный металл, называют жидкой штамповкой. Ввиду высокой стоимости матриц и пунсонов метод целесообразно использовать только в массовом производстве.

Листовая штамповка

Процесс обработки заготовок делят на две категории, которые отличаются рабочей температурой:

  1. Холодная штамповка. Данный метод считают наиболее эффективным. Его применяют для изготовления кузовных деталей транспорта. Грамотная разделка помогает рационально использовать основной материал. Наилучших показателей можно добиться, используя углеродистые и легированные стали, а также листовую медь и алюминий.
  2. Горячая штамповка. Как следует из названия, данный метод подразумевает предварительный нагрев заготовки. Для этого используют пламенные или электрические печи. Технологические операции данного метода абсолютно не отличаются от холодного способа производства. Единственный нюанс заключается в толщине листового металла: данный показатель не должен превышать 5 мм. С помощью данного метода производят элементы корпуса в судостроительной промышленности.

Объемная штамповка

Горячая штамповка характеризуется повышенной температурой, при которой протекает процесс. Степень нагрева зависит от используемых материалов. В отличие от штамповки жидкого металла агрегатное состояние заготовки остается неизменным.

Рассмотрим особенности каждого процесса.

Технология горячей объемной штамповки (ГОШ)

Горячую объемную деформацию деталей выполняют под воздействием температуры и давления на заготовку. Для получения необходимой формы материал нагревают и помещают в закрытые штампы. Между используемыми пресс-формами отсутствует зазор. Таким образом, готовое изделие формируется в закрытой полости, которая называется ручьем или гравюрой. Подход характеризуется низким процентом облоя, однако требует внимания на стадии заготовок.

Готовые изделия отличаются точностью размеров и качеством поверхности.

  1. Определяется тип штампа.
  2. Разрабатывается подробный чертеж.
  3. Технологи рассчитывают количество переходов от заготовки до готового изделия.
  4. Для каждого промежуточного этапа готовят индивидуальный чертеж.
  5. Подбирают пресс-формы для переходов.
  6. Определяют параметры и способ нагрева заготовки.
  7. Исходя из требований к детали определяют необходимые финишные процедуры.

По завершении разработки проекта экономисты рассчитывают себестоимость выполнения работ.

Метод холодной объемной штамповки

Основным недостатком технологии считают чрезмерные усилия, которые необходимо прилагать для получения готового изделия. По сравнению с ГОШ этот показатель выше в 10–15 раз. Высокие механические нагрузки негативно влияют на продолжительность эксплуатации штампов.

Подробности

Технологический процесс — инструкция видео

Для разогрева металла используется тугоплавкая емкость (тигель). Изделия применяются из таких материалов, как сталь, фарфор, корунд, чугун. В домашних условиях используется емкость, сделанная из широкой железной трубы или готовый тигель. Для ее изготовления нужна только болгарка и сварочный аппарат. Объем тигеля может быть разным и выбирается индивидуально, прогревается он равномерно. Металл должен быть измельчен и плавится он в ходе теплопередачи.

Температура плавления должна быть уменьшена перед термообработкой для того, чтобы состояние металла изменялось быстрее. Для этого его измельчают на мелкие детали. Часто после этого происходит окисление или воспламенение. Образуется оксид алюминия, который меняет свое состояние при более высоких температурах. Данное вещество удаляется после переплавки металла вместе с остальными шлаками.

В основном плавят проволоку из алюминия. Для этого ее разделяют ножницами на кусочки, а потом сдавливается пассатижами. С помощью данного способа предотвращается воздействие на металл кислорода. Если вы не планируете получение деталей высокого качества, то измельчать сырье не обязательно.

Технология литья при необходимости получения расплавленного алюминия в домашних условиях придется смоделировать самостоятельно. Материал нужно сначала очистить от грязи, шлаков и примесей. Большие заготовки необходимо разделить на несколько небольших. Отливку совершают по инструкции, для плавки применяют наиболее удобный вариант. С поверхности текучего вещества нужно удалить шлак. Расплавленный алюминий наливают в форму, которую после застывания металла нужно разбить.

Используемые источники тепла

Для того, чтобы переплавить алюминий в бытовых условиях, можно применять:

  1. Плавка алюминия в муфельной печи, которая может быть сделана самостоятельно. Этот способ очень эффективен и позволяет быстро перевести металл в жидкую форму.
  2. Паяльную лампу. С ее помощью можно расплавить небольшие количества алюминия.
  3. Газовый резак — используется редко.

Очаг делается из кирпичей, из металлической емкости делается каркас. С одной стороны с помощью сверла делается отверстие для подачи кислорода. К трубке из металла присоединяется фен, пылесос или другой подобный прибор. Тигель ставят в очаг после разведения костра. Для лучшей термообработки угли можно выложить еще и по бокам. Чтобы не потерять тепло, можно сделать крышку, оставив отверстие для выхода дыма. Делать печь не стоит, если металл необходимо расплавить всего один раз.

Плавка алюминия на газовой плите также имеет место быть.  Обычная газовая плита способна раскалить металл до необходимой температуры. Маленькие кусочки алюминия расплавятся где-то за полчаса.

Изготовление формы для отливки — инструкция

Если вам нужно сделать что-то простое, то изготовление специальной формы не потребуется, металл можно вылить на стальной лист.

Если же изделие будет более сложным, то нужна форма, которую можно сделать из следующих материалов:

  • — глина;
  • — гипс;
  • — жидкое стекло;
  • — песок;
  • — каменноугольный пепел.

Заливать сплав в форму можно двумя способами — открытым и закрытым.

Открытый — простой способ. Металл, который расплавили, переливают в обыкновенную емкость, чашку, консервную банку и так далее. После остывания сплава, болванку вынимают из емкости

Если неважно, какая форма будет у металлического предмета, алюминий оставляют на прочной поверхности

Формировочные элементы используются для сложной отливки, когда изделие должно соответствовать указанным параметрам. При открытой заливки часто используется кремнезем. Предмет сделан из двух емкостей, в которых находится утрамбованная земля. Части кремнезема сжимаются, а между ними кладется макет для отливки. Таким образом получают четкий отпечаток нужной детали. Макет убирается, а в форму заливают раскаленный алюминий. При закрытом методе отливки берут речной песок и смешивают его с жидким стеклом.

Для одноразового литья можно пользоваться гипсом. Макеты делают из пенопласта или парафина.

Пенопласт не вынимается из твердого гипса, заполняется расплавленным алюминием. Продукты его горения наносят вред для здоровья человека.

Резка

При приобретении гильотинных ножниц необходимо учесть возможные углы резания лезвия, требуемые для обработки алюминия. Они должны быть меньше 2,5°, а для резки металла толщиной 0,6 мм или менее угол резания может быть уменьшен до 1°. Это предотвратит спиральное скручивание узко нарезанных полос.

Нужно помнить о том, что изменение угла резания влияет на силу резания. Существует ограничение по типам материалов, подвергающихся резке, и по их предельной толщине, поэтому они указываются производителем режущего инструмента. Модифицирование инструмента можно производить только после консультации с его производителем. Для того, чтобы при резке тонких листов шириной даже более 150 мм был соблюден размерный допуск, можно использовать прижимные цилиндры, которые втягиваются во время резки.

В случае образования на режущей кромке наростов, их следует удалять, время от времени соскребая тонкими стальными листами. Регулярное использование необходимого масла продлевает срок службы инструмента. Однако избегайте попадания масла на поверхность алюминия, так как масло может проникнуть через защитную пленку, что повлечет за собой необходимость тщательной очистки поверхности. В зависимости от длительности воздействия масла клеящее вещество липкой пленки также может оставить пятна на зеркальной поверхности.

Мы всегда готовы обеспечить Вас информацией о компаниях, производящих соответствующее машинное оборудование, грунтовки и смазочные материалы.

Литье колесных дисков в кокиль

Вообще говоря, литье под давлением, когда металл закачивается в в литейную форму, является более предпочтительным, чем простая заливка в нее под действием силы тяжести. Однако литье в кокиль еще остается вполне релевантным литейным процессом для производства колесных дисков. Литье в кокиль является более дешевым, его применяют в основном тогда, когда не гонятся за снижением веса, а хотят получить оригинальный дизайн. Поскольку этот процесс при заполнении литейной формы полагается только на силы гравитации, то литейная структура обычно имеет больше дефектов (например, пористости), чем та, которая получается при литье под давлением. Поэтому диски, отлитые в кокиль, обычно имеют больший вес для того, чтобы обеспечить требуемую прочность.

Изготовление сложных форм

Отливки сложной конфигурации делают по другой методике. Чаще всего материалом служит гипс (алебастр). Формы без обратных углов и поднутрений могут быть разборными и состоять из двух или более частей. Долго они не прослужат, но несколько отливок вполне реально получить.

Сложный узел или декоративную объемную модель можно изготовить один раз, при этом форму придется разбивать. Есть два метода в работе. Можно изготовить восковую (парафиновую) модель, залить ее гипсом. Позже в процессе интенсивной сушки этот материал расплавится и выльется через летники.

Литье алюминия в гипсовую форму по пенопласту предполагает изготовление из этого материала макета будущей отливки. Он заливается подготовленной смесью и уже не извлекается. Расплавленный алюминий заливается поверх. Температура металла плавит пенопласт, он испаряется в процессе, а жидкий алюминий заполняет освободившееся при этом пространство.

Гость форума
От: admin

Эта тема закрыта для публикации ответов.