Штамповка металла

Штамповка металла — это способ изготовления деталей, при котором заготовка приобретает заданную форму под воздействием давления пресса и специальной оснастки. Технология применяется в машиностроении, производстве оборудования, строительных конструкций, крепёжных элементов, корпусов и других металлических изделий.

Метод особенно эффективен при изготовлении партии одинаковых деталей. После разработки и настройки штампа производственный цикл можно многократно повторять, сохраняя заданную форму и основные размеры изделий.

Виды штамповки металла

Технологию классифицируют по температуре обработки, виду исходной заготовки и характеру выполняемой операции. Основными направлениями являются листовая и объёмная штамповка. Каждое из них требует соответствующего прессового оборудования и специальной оснастки.

Листовая штамповка

При листовой штамповке исходным материалом служит металлический лист, полоса или рулон. Заготовка деформируется или разделяется с помощью пуансона и матрицы. Таким способом изготавливают плоские и пространственные детали сравнительно небольшой толщины.

Листовая штамповка включает несколько технологических операций:

• вырубку — отделение детали от листовой заготовки по замкнутому контуру;
• пробивку — получение отверстий и внутренних контуров;
• гибку — изменение формы заготовки по заданной линии;
• вытяжку — изготовление полых деталей из плоской заготовки;
• формовку — локальное изменение формы поверхности;
• отбортовку — формирование борта по наружному или внутреннему контуру;
• обжим — уменьшение поперечных размеров отдельного участка;
• правку — устранение нежелательных деформаций заготовки.

Выбор операции зависит от геометрии изделия, толщины и марки металла, требований к точности и объёма выпуска.

Объёмная штамповка

Объёмная штамповка применяется для изменения формы заготовки во всех направлениях. В качестве исходного материала обычно используется сортовой прокат, пруток или предварительно подготовленная металлическая заготовка, а не лист.

Под воздействием инструмента металл заполняет полость штампа и приобретает форму будущей детали. Технология используется для изготовления поковок, заготовок валов, рычагов, фланцев, корпусов и других объёмных изделий.

Объёмная штамповка может выполняться в открытых или закрытых штампах. Выбор способа зависит от формы детали, свойств металла, необходимой точности и доступного оборудования.

Холодная штамповка металла

Холодная штамповка выполняется без предварительного нагрева заготовки до температуры, существенно изменяющей структуру металла. Такой способ широко применяется при обработке листа, полосы, проволоки и отдельных объёмных заготовок.

К преимуществам холодной обработки относятся:

• возможность получения деталей с точной и повторяемой геометрией;
• хорошее состояние поверхности при правильно подобранном режиме;
• отсутствие окалины, возникающей при высокотемпературном нагреве;
• высокая производительность при серийном выпуске;
• возможность совмещения нескольких операций в одном штампе;
• рациональное использование листового металла.

При холодной деформации металл упрочняется, а требуемое усилие возрастает. Поэтому возможность изготовления детали необходимо оценивать с учётом пластичности материала, толщины заготовки и допустимой степени деформации.

Для сложных изделий может потребоваться несколько последовательных операций с промежуточным контролем размеров. Попытка получить значительную деформацию за один переход способна привести к появлению трещин, складок или отклонений формы.

Горячая штамповка металла

Горячая штамповка выполняется после нагрева заготовки до температуры, при которой повышается пластичность металла и уменьшается сопротивление деформации. Метод преимущественно применяется для изготовления объёмных деталей.

Нагретая заготовка помещается в штамп, после чего пресс или другое кузнечно-прессовое оборудование формирует изделие. Температурный режим подбирается с учётом марки металла и технологического процесса.

Горячая штамповка позволяет:

• изготавливать объёмные детали сложной конфигурации;
• обрабатывать заготовки значительного сечения;
• уменьшать усилие, необходимое для деформации металла;
• приближать форму заготовки к готовому изделию;
• сокращать объём последующей механической обработки.

При этом необходимо учитывать образование окалины, температурную усадку и припуски на последующую обработку. Требования к точности горячештампованных деталей отличаются от требований к изделиям, полученным холодной листовой штамповкой.

Открытая и закрытая штамповка

Штамповка в открытых штампах

В открытом штампе часть металла при деформации может выходить в специальный зазор и образовывать облой. После формования лишний материал удаляется в ходе отдельной операции.

Такая технология позволяет получать детали различной формы, однако требует учитывать расход металла на облой и необходимость последующей обрезки.

Штамповка в закрытых штампах

При закрытой штамповке металл распределяется в ограниченной полости инструмента практически без образования облоя. Метод предъявляет повышенные требования к точности объёма заготовки и настройке оборудования.

Закрытая схема помогает рациональнее использовать материал, но подходит не для каждой конфигурации изделия. Возможность её применения определяется при технологической проработке детали.

Преимущества изготовления деталей штамповкой

Повторяемость геометрии

После настройки оборудования и оснастки можно выпускать серию деталей с одинаковой формой. Фактическая точность зависит от состояния штампа, характеристик пресса, свойств материала и принятой технологии контроля.

Высокая производительность

Один рабочий ход пресса может выполнять отдельную операцию или комплекс действий. Это сокращает продолжительность производственного цикла и делает штамповку эффективной при серийном выпуске.

Рациональное использование металла

При листовой штамповке детали размещаются на полосе или листе по карте раскроя. Грамотное расположение заготовок уменьшает междетальные перемычки и количество отходов.

Полностью исключить отходы невозможно: требуется учитывать технологические перемычки, обрезку, отверстия, облой и другие особенности производства.

Возможность изготовления сложных деталей

Штамповочное оборудование позволяет получать отверстия, рёбра, отбортовки, изгибы и пространственные элементы. Сложность доступной геометрии определяется пластичностью материала, конструкцией оснастки и количеством технологических переходов.

Сокращение последующей обработки

Некоторые штампованные детали после обрезки, удаления заусенцев и контроля могут использоваться без значительной механической обработки. Однако необходимость зачистки, калибровки, сверления или другой доработки определяется требованиями чертежа.

Ограничения технологии

Штамповка эффективна не для каждого заказа. Основная особенность технологии — необходимость разработки и изготовления специальной оснастки. Затраты на штамп распределяются на весь объём продукции, поэтому метод обычно наиболее выгоден при повторяющихся и серийных заказах.

При выборе технологии учитываются следующие ограничения:

• максимальное усилие и рабочая зона пресса;
• габариты и форма детали;
• толщина исходного металла;
• пластичность материала;
• допустимая степень деформации за один переход;
• требуемая точность размеров;
• необходимость изготовления штампа;
• планируемый объём партии;
• требования к состоянию поверхности.

Для единичной детали сложной формы лазерная резка, гибка или механическая обработка иногда оказываются экономически целесообразнее. Выбор способа выполняется после изучения чертежа и программы выпуска.

Какие материалы подходят для штамповки

Возможность обработки зависит от пластичности, прочности и толщины металла. Для штамповки могут применяться:

• низкоуглеродистая сталь;
• конструкционная сталь;
• нержавеющая сталь;
• оцинкованный лист;
• алюминий и его сплавы;
• другие пластичные металлы и сплавы.

Марку материала необходимо указывать в техническом задании. Замена одной стали на другую без проверки может изменить усилие деформации, пружинение после гибки, состояние поверхности и механические свойства детали.

Применение штампованных деталей

Штампованные изделия используются в различных отраслях промышленности:

• машиностроение — кронштейны, крышки, пластины, шайбы и корпусные элементы;
• производство оборудования — панели, кожухи, держатели и соединительные детали;
• строительство — крепёжные и монтажные элементы;
• вагоностроение — заготовки и элементы металлических конструкций;
• электротехническая промышленность — контактные и корпусные детали;
• мебельное производство — опоры, крепления и декоративные элементы;
• производство бытовых изделий — металлическая фурнитура и отдельные элементы конструкций.

При изготовлении ответственных деталей требования к материалу, технологии и контролю должны быть установлены конструкторской документацией. Принадлежность изделия к определённой отрасли сама по себе не подтверждает возможность его производства без дополнительной проверки.

Разработка штамповой оснастки

Штамп является специальным инструментом, который непосредственно формирует или разделяет металлическую заготовку. Его конструкция разрабатывается под конкретную деталь и выбранную технологическую операцию.

При проектировании оснастки определяются:

• форма пуансона и матрицы;
• рабочие зазоры;
• способ подачи и фиксации заготовки;
• направление деформации;
• необходимое количество переходов;
• способ удаления готовой детали и отходов;
• требуемое усилие пресса;
• материал и термическая обработка рабочих элементов.

Для многосерийного выпуска могут применяться последовательные или совмещённые штампы. В них несколько операций выполняются за один рабочий ход либо последовательно при перемещении полосы.

От чего зависит стоимость штамповки

Цена изготовления рассчитывается после изучения чертежа и объёма заказа. На стоимость влияют не только размеры детали и расход металла, но и сложность технологической подготовки.

При расчёте учитываются:

• марка и толщина металла;
• габариты и конфигурация детали;
• требуемая точность;
• количество технологических переходов;
• сложность штампа;
• необходимость изготовления новой оснастки;
• размер партии;
• требования к поверхности;
• необходимость удаления заусенцев и последующей обработки;
• объём контрольных операций.

При увеличении партии затраты на изготовление оснастки распределяются на большее количество деталей. Поэтому себестоимость одного изделия при серийном производстве обычно ниже, чем при выпуске небольшой партии.

Контроль качества штампованных деталей

После изготовления проверяются геометрические размеры, форма, состояние поверхности и отсутствие недопустимых дефектов. Объём контроля определяется требованиями чертежа и назначением изделия.

В процессе производства контролируются:

• соответствие используемого материала техническому заданию;
• основные размеры готовой детали;
• положение отверстий и элементов формы;
• наличие трещин, складок и разрывов;
• высота заусенцев после разделительных операций;
• состояние поверхности;
• повторяемость параметров в партии.

При запуске новой детали сначала может быть изготовлен пробный образец. После проверки и согласования его параметров начинается выпуск основной партии.

Что необходимо для расчёта заказа

Для оценки возможности изготовления штампованной детали необходимо предоставить чертёж или трёхмерную модель изделия.

В заявке рекомендуется указать:

• наименование и назначение детали;
• марку материала;
• толщину исходной заготовки;
• основные размеры;
• допустимые отклонения;
• требования к поверхности;
• необходимость термической или дополнительной обработки;
• размер разовой партии;
• планируемый годовой объём;
• наличие готового штампа;
• желаемый срок изготовления.

Специалисты ООО «Завод весового оборудования» изучат документацию, определят подходящую технологию и необходимость изготовления оснастки. После технологической проработки можно рассчитать стоимость и срок выполнения заказа.