Эффективная технология холодной штамповки металлических заготовок
Холодная штамповка металла - один из самых технологичных и экономически выгодных способов изготовления деталей. Давайте разберемся, в чем заключаются ее преимущества.
История и основные этапы развития технологии холодной штамповки
Первые упоминания о холодной штамповке металлов относятся к 1850-м годам. Именно тогда стали применяться первые станки, которые значительно улучшили качество получаемых деталей.
Однако по-настоящему активно эта технология начала развиваться лишь в 20 веке с началом бурного роста автомобильной промышленности. Холодной штамповкой изготавливали детали для кузовов, двигателей и других узлов автомобилей.
С 1930-х годов холодная штамповка начала применяться в судо- и самолетостроении, а с 1950-х - и в ракетостроении.
Популярность этого метода обработки металла объясняется следующими основными преимуществами:
- возможность изготовления как готовых деталей, так и заготовок для дальнейшей обработки;
- широкий выбор форм и размеров изделий;
- получение легких и прочных деталей;
- высокая точность без необходимости дополнительной обработки.
Единственным существенным ограничением здесь является максимально допустимая масса деталей – до 1 тонны. При бо́льших размерах изделий эффективнее применять уже горячую штамповку.
Принципы и основные операции холодной штамповки
Холодная штамповка представляет собой пластическую деформацию металлических заготовок без нагрева или с нагревом не выше температуры рекристаллизации материала. Это одно из главных отличий от горячей штамповки, где температура нагрева заготовок намного выше – до получения пластичного состояния металла.
Объемная холодная штамповка металла — разновидность обработки металлов давлением, при которой температура сплава ниже точки рекристаллизации.
Холодная штамповка включает следующие основные виды операций:
- Выдавливание – производство прутковых заготовок с помощью давления, как при прессовании;
- Высадка - изготовление крепежных деталей (заклепок, болтов и пр.) ударным нагружением;
- Формовка в открытых или закрытых штампах – обжатие заготовки с образованием или без образования облоя;
- Комбинированные операции - объединение нескольких методов для удешевления изготовления деталей.
Комбинирование различных операций при холодной штамповке позволяет получать детали практически любой сложности с минимальными затратами.
Используемые материалы и оборудование
Для холодной штамповки подходит далеко не каждый материал. Главным критерием здесь является достаточная пластичность металла или сплава при комнатной температуре и отсутствии нагрева. Наиболее часто используются:
- низкоуглеродистая сталь;
- легированная сталь;
- медь и ее сплавы (латунь, бронза);
- алюминий и алюминиевые сплавы;
- титан и титановые сплавы.
Холодная штамповка металла осуществляется на специализированном оборудовании, которое условно можно разделить на две основные группы:
- Механические прессы
- Однопозиционные
- Многопозиционные (позволяют совмещать операции)
- Гидравлические прессы (для мелкосерийного производства)
Помимо традиционных прессов, в последнее время получают распространение и новые способы холодной штамповки с использованием жидкости, взрывчатых веществ, электрических разрядов и др.
| Жидкостная штамповка | С использованием высокого давления жидкости |
| Взрывная штамповка | С использованием взрыва газов (гексоген, метан и др.) |
| Электрогидравлическая | С использованием электрических разрядов в жидкости |
Основные преимущества таких методов:
- высокая точность обработки;
- возможность изготовления крупногабаритных деталей;
- низкие затраты.
Подготовка заготовок к холодной штамповке
Перед холодной штамповкой металлические заготовки проходят специальную подготовку для повышения пластичности материала и предотвращения образования дефектов в процессе деформации:
- Оценка исходной пластичности материала и его пригодности для холодной обработки;
- Проведение при необходимости межоперационных отжигов;
- Рекристаллизационный отжиг для оптимизации прочности и пластичности;
- Подготовка поверхности заготовок перед штамповкой.
Особое внимание уделяется температурным режимам отжигов, которые подбираются строго под конкретный материал и толщину листа.
Проектирование штампов
От качества штампов напрямую зависит качество штампуемых заготовок и деталей. Поэтому к проектированию штампов предъявляется ряд жестких требований:
- Высокая износостойкость материалов штампов;
- Высокая точность геометрических размеров;
- Грамотный расчет и размещение технологических отверстий;
- Компьютерное моделирование и анализ конструкции.
Типичные дефекты при холодной штамповке
Несмотря на кажущуюся простоту, холодная штамповка таит в себе немало подводных камней в виде возможных дефектов готовых изделий:
- Трещины из-за недостаточной пластичности материала;
- Непроковы, расслоения, раковины;
- Поводки и складки при неточном проектировании штампов.
Для их предотвращения крайне важны правильный подбор материалов, режимов деформации и контроль качества на всех этапах производства.
Автоматизация процессов
Ручная холодная штамповка сегодня применяется все реже. Для повышения производительности и снижения себестоимости продукции предприятия автоматизируют техпроцессы с помощью холодно-штамповочных автоматов, роторно-конвейерных линий и роботизированных комплексов.
Листовая холодная штамповка
Холодно листовая штамповка нашла широкое применение в производстве деталей для электроники, часов, авиации и других высокотехнологичных отраслей. Здесь возможно получение изделий со стенками толщиной до десятых долей миллиметра при высокой геометрической точности.