Технологический процесс, при котором происходит обработка заготовок, позволяющий получить плоские или объёмные готовые изделия различных форм и размеров, - это штамповка. Рабочим инструментом для такой цели является штамп, который закреплён на прессе или другом оборудовании. Штамповка - это два вида технологии, которые в зависимости от условий выполняются горячим или холодным способом, а потому и оборудование, и технологические нормы отличаются друг от друга.
Категории
Помимо разделения технологии на холодный и горячий способы, штамповка - это целый ряд категорий, на которые подразделяются методы обработки материала. Зависит выбранный способ чаще всего от назначения изделия, но и технологические условия тоже на него влияют. Например, есть способ, при котором отделяется часть заготовки, и это штамповка разделительная. Сюда же входят пробивка, рубка, резка деталей. Есть категория операций, когда применяется горячая штамповка, посредством которой лист металла меняет форму. Их ещё называют формовкой. В результате детали подвергаются гибке, вытяжке и другим процедурам.
Холодная и горячая штамповка реализуются с использованием одного и того же принципа, который предполагает деформирование материала, но в остальном изготовление продукции этими методами имеет много отличий. Предварительный нагрев деталей до определённых (и достаточно высоких) температур предполагается в основном на крупных промышленных предприятиях, каким является, например, металлообрабатывающий завод. Это связано со сложностью такого технологического процесса, большим количеством операций, качественно выполнить которые можно только с точным предварительным расчётом и соблюдением высокой точности степени нагрева заготовки.
Горячий способ
Штампованные детали, обработанные по горячей технологии, должны обладать отменным качеством, поскольку, например, из листового металла разной толщины изготавливают такие ответственные вещи, как днища котлов и другие полусферические изделия, в том числе и ответственные элементы в судостроении. Для нагрева металлической детали используют оборудование, обеспечивающее правильный температурный режим.
Эти устройства и печи могут быть плазменными, электрическими или другими, их достаточно много видов. Перед подачей горячей детали на штамповочный пресс нужно не только норму нагрева рассчитать, но и разработать подробный чертёж уже готового изделия, где обязательно учесть усадку металла после остывания.
Холодная штамповка
Выполнение штамповки холодным способом подразумевает формирование изделия посредством давления, которое оказывают на заготовку рабочие элементы пресса. Усадке такие изделия не подвержены, потому что предварительно их не нагревают. Дальнейшая механическая доработка таким изделиям тоже не нужна после того, как окончена штамповка. Способы штамповки могут быть разными, холодный же является и более удобным, и экономически выгодным.
Материалы, хорошо поддающиеся холодной штамповке, относятся не только к углеродистым или легированным сталям. Штамповочное производство успешно работает и на алюминиевых, и на медных сплавах. Холодный способ выполняется преимущественно с помощью гидравлических прессов, и производство их регулируется ГОСТом. Серийные модели весьма разнообразны, а потому появляется возможность подобрать подходящий станок для производства любых конфигураций и размеров изделий. Штампы для штамповки металлов по своему оснащению очень сильно отличаются от тех, которые работают с такими материалами, как кожа, резина, картон, полимерные сплавы и тому подобное.
Разделительное штампование
Одной из самых распространённых технологическх операций является разделительное штампование, которое отделяет от заготовки часть металла. Этот способ используется почти на всех производственных предприятиях. На штамповочный пресс устанавливают специальные инструменты, которые производят резку, вырубку и пробивку материала. Благодаря этому процессу можно разделять металлические детали хоть по кривой, хоть по прямой линии реза. Резку выполняют самые разные устройства: гильотинные ножницы, вибрационные и дисковые станки и тому подобное. Используется резка для того, чтобы для дальнейшей обработки раскроить заготовки.
Вырубка - другая технологическая операция. Например, нержавеющий лист из металла нужно превратить в детали с замкнутыми контурами. Листовой металл при помощи пробивки снабжают отверстиями любой конфигурации. Нужно сказать, что и этот технологический процесс требует тщательной предварительной подготовки и подробного плана, с расчётом геометрических параметров инструмента, который используется. Иначе качественное изделие может и не получиться. Технологических операций, касающихся штамповки, очень много, потому что требуется изменить начальную конфигурацию деталей. Это гибка, формовка, отбортовка, вытяжка и обжим.
Технологические операции
Наиболее распространённая операция, изменяющая форму детали, это гибка, которая формирует на поверхности заготовки из металла запланированные участки с изгибом. Вытяжкой называется объёмная штамповка. Это операция, с помощью которой получается объёмное изделие из такой плоской металлической поверхности, как, например, металлический нержавеющий лист. Именно с помощью вытяжки он превращается в цилиндр, конус, полусферу или принимает коробчатую конфигурацию. Изделия из листового металла должны иметь бортик по краю и вокруг отверстий, если они внутри заготовки выполнены. Например, отбортовка должна завершать конец трубы, чтобы установить на неё фланец. Такая операция требует наличия специального инструмента.
При помощи обжима происходит обратное действие. Отбортовка расширяет концы заготовок из листового металла, а обжим сужает. Те же концы труб или край полости требуют такой операции, которая осуществляется посредством конической матрицы наружно. Формовка тоже относится к основным операциям, относящимся к штамповке. Она помогает изменить форму отдельным элементам штампованной детали, а наружный контур оставляет неизменным. Объёмная штамповка требует работы специального оборудования и сложных предварительных чертежей, а потому в домашних условиях практически никогда не реализуется.
Выбор пресса
Для обработки металлов, даже самых мягких (например, для штамповки алюминия), требуется специальное оборудование: гидравлический или кривошипный пресс или гильотинные ножницы. И конечно же, необходимы многие знания. Например, как произвести расчёты по расходу материала и выполнить технические чертежи. Требования ГОСТа при этом обязательно учитываются.
Чтобы выбрать нужный пресс для штамповки, сначала нужно чётко представить себе задачу, которую ему предстоит решать. Выполнение таких операций, как пробивка или вырубка, требует использования штамповочного оборудования простого действия, с небольшим ходом ползуна и шайб в процессе обработки. Но уже для вытяжки необходимо совсем другое, более мощное оборудование, где ползун и шайбы совершают значительно более широкий ход. Такая способность есть у оборудования двойного действия.
Оборудование по ГОСТу
Выполнение штамповки в зависимости от условий задачи может быть совершено на оборудовании следующих типов: одно-, двух- и четырёхкривошипном. Последнее - с установкой ползунов крупных размеров. Однако оснащение штамповочного пресса матрицей не зависит от конструктивного исполнения. Основную работу посредством движения выполняет ползун, соединённый нижней своей частью с подвижным штампом. А чтобы ползун пресса двигался, приводной электродвигатель снабжён элементами кинематической цепи: клиноременной передачей, пусковой муфтой, шайбами, кривошипным валом, шатуном, регулирующим величину хода ползуна.
Запускается ползун с помощью ножной пресс-педали, которая связана с пусковой муфтой, после чего начинаются его возвратно-поступательные движения, направленные на рабочий стол пресса. Четырёхшатунный пресс имеет другой принцип действия. Его рабочие органы направляют всё усилие в середину четырёхугольника, который образуют четыре шатуна. Такое устройство успешно используют для изготовления изделий самой сложной конфигурации: асимметричных или габаритных.
Для сложных изделий
Чтобы получить качественные изделия сложной конфигурации, очень широко используется пресс пневматического типа с двумя или тремя ползунами. Пресс двойного действия работает двумя ползунами одновременно: внешний фиксирует заготовку, а внутренний производит вытяжку поверхности металлического листа. Тонкие листы металла штампуют специальными фрикционными прессами, а толстые - гидравлическими, которые имеют более надёжные шайбы.
Отдельная категория штамповочного оборудования - штамповка, управляемым взрывом. Такие устройства направляют мощность взрыва на отдельные участки металлической заготовки (обычно значительной толщины). Это инновационное оборудование, работа которого даже на видео выглядит весьма эффектно. Сгибы и общую конфигурацию сложного изделия обрабатывают с помощью встроенных вибрационных ножниц.
Листовая штамповка
Листовая штамповка (например, изготовление перфолиста) подразумевает процесс пробивания листового металла. Вся остальная штамповка - объёмная. Применяемая оснастка для штамповочного оборудования разделяется на виды. Она может быть инструментальной, импульсной (взрыв, магнитный или гидроимпульс), валковой или штамповкой эластичными средами. Листовой штамповкой можно изготовить пространственные и плоские детали различной массы - от долей грамма, и различных размеров - от долей миллиметра (здесь можно посмотреть на секундную стрелку наручных часов). Также листовой штамповкой изготавливаются детали во многие десятки килограммов по массе и в несколько метров величиной (автомобильная облицовка, ракеты и самолёты).
Используют для этого преимущественно низкоуглеродную сталь, а также и легированную - с особой пластичностью, латунь, медь, алюминий и магний со сплавами, титан и многое другое. Листовая штамповка - это почти все отрасли промышленности: ракето-, самолёто-, тракторо-, авто-, приборостроение, электротехническая промышленность и так далее, можно перечислять всё. Преимущества её велики.
Объёмная штамповка
Объёмная штамповка может быть выполнена и холодным, и горячим способами. Горячая - обработка давлением, где формообразование поковки осуществляется с помощью штампа. Заготовками служат прокат прямоугольного, круглого, квадратного профиля, который разрезается на мерные заготовки (иногда не разрезают, а штампуют прямо из прутка, отделяя затем поковку прямо штамповочной машиной).
Объёмная штамповка применяется при массовом производстве и серийном, что повышает производительность труда и снижает отходы металла. Качество изделий тоже соответствует высоким стандартам. Такой штамповкой получают изделия, исключительно сложные по форме, которые нельзя получить даже свободной ковкой.
Штампы открытые и закрытые
Открытые штампы позволяют наблюдать зазор между неподвижной и подвижной частями станка. При горячей штамповке в зазор вытекает облой - металл, закрывающий выход из полости и заставляющий остальную массу заполнить полость полностью. В процессе деформирования в облой попадают излишки металла. Но удалять облой трудно.
Закрытые штампы не позволяют заглядывать внутрь и наблюдать процесс - полость закрыта. Облой тоже не предусмотрен. Устройство такого штампа зависит от типа станка. Здесь нужно очень строго соблюдать точность объёмов и равенство их в заготовках и поковках: недостаток металла оставит пустыми углы полости, а избыток его сделает поковку больше требуемой по высоте.
