Как получают металлические заготовки с помощью штамповки?

Штамповка – как способ формоизменения – относится к виду обработки металлов давлением, когда пластическое формоизменение заготовки происходит при наличии специальной инструментальной оснастки, называемой штампами. Вид оборудования, применяемого с этими целями – штамповочные прессы или молоты, ротационные машины, ножницы – значения не имеет.

• Разновидности штамповки
• Стадии технологического процесса штамповки металлических заготовок
• Штампы и их классификация

Разновидности штамповки

Классификация рассматриваемых процессов может быть выполнена по следующим критериям:

1. По виду обрабатываемого металла. Если все три размерных параметра штампуемых заготовок (длина, ширина, толщина) соизмеримы между собой, то это – штамповка листового металла: листа, рулона, ленты, полосы. В противном случае говорят об объёмном формоизменении.
2. По температуре заготовки. Если она не превышает 20…25% от температуры его плавления, то процесс штампования считается холодным. Такая штамповка не сопровождается изменениями в структуре деформируемого металла. Интересно, что формоизменение молибдена (температура плавления составляет 38000С) при нагреве исходной заготовки до 9000С, будет холодным.
3. По характеру изменения формы металла заготовки в процессе. Различают разделительные и формоизменяющие операции обработки давлением. Примерами первых являются резка, вырубка, пробивка, перфорирование и так далее. Ко второй группе относятся высадка, осадка, вытяжка, гибка, формовка, выдавливание.
4. По способу получения энергии для последующей пластической деформации. Это может быть деформирующее усилие, механическая/электромагнитная энергия или крутящий момент. Усилием штампуют металл все виды прессового оборудования, энергией – молоты, крутящим моментом – ротационно-штамповочные машины. Электроразрядная и магнито-импульсная штамповка осуществляется на специальных высокоэнергетических установках.
5. По степени автоматизации: с ручной подачей исходных заготовок и автоматизированную штамповку. Первая характерна при небольших программах выпуска, а вторая – при массовом производстве изделий.

Стадии технологического процесса штамповки металлических заготовок

Поскольку исходный прокат для деформации всегда непрерывный, то получение заготовок штамповкой производится в результате резки материала на ножницах. Листовой и рулонный металлопрокат режут на листовых и дисковых ножницах, а для резки круга, квадрата применяют сортовые. Универсальным видом заготовительного оборудования являются комбинированные, на которых можно выполнять резку объёмного проката, полосы и даже пробивку отверстий в заготовках. Трубчатые заготовки разрезают на кривошипных прессах, используя специальный инструмент.

При автоматизированном штамповании используют непрерывный прокат – рулон, ленту, проволоку, а его разделение выполняют на первых позициях штамповки.  В некоторых случаях разделительные операции производятся либо на завершающих переходах штамповки, либо не выполняются вовсе. Например, перфорированный металл получается вследствие пробивки (или просечки) отверстий в исходном прокате, который после своего деформирования вновь сматывается в рулон.

Основные штамповочные операции производятся со штучными заготовками, которые подвергаются обработке. Виды штамповки металла определяют и соответствующие конструктивные решения штампов.

Штампы и их классификация

Штамповую оснастку различают:

• По характеру выполняемых технологических переходов (гибка, осадка, пробивка-вырубка, вытяжка и пр.);
• По количеству позиций – одно-, двух- и многопозиционные;
• По характеру течения деформируемого металла в процессе штамповки применяются открытые и закрытые штампы;
• По наличию дополнительных узлов: автоматизированные, механизированные и обычные;
• По степени универсализации: переналаживаемые и специализированные.

В некоторых случаях штампы для деформации заготовок не нужны. В частности, при ротационной штамповке их роль выполняют гладкие вращающиеся валки, между которыми прокатывается деформируемый лист металла. При магнито-импульсной формовке исходную заготовку помещают в рабочий контур установки и воздействуют на неё мощным электромагнитным полем. Для взрывной штамповки достаточно изготовить разовую деревянную (бетонную, гипсовую) модель, на которую укладывают металл, подлежащий деформации. Всю эту конструкцию помещают в бассейн, заполненный водой, после чего инициируют подрыв заряда со взрывчатым составом, который располагается на определённом расстоянии от заготовки.

Штамп состоит из следующих частей:

1. Рабочего инструмента, который включает в себя пуансон и матрицу (при многопереходном штамповании их может быть несколько). Пуансон устанавливается в перемещающемся узле штампа и движется в соответствии с кинематикой исполнительного механизма штамповочного оборудования. Матрицу чаще располагают в неподвижной части, которая закрепляется на столе кузнечно-штамповочной машины.
2. Опорных деталей, которые обеспечивают надёжную фиксацию штампа при выполнении соответствующей операции. К ним относят верхнюю и нижнюю плиту, хвостовик, пуансоно- и матрицедержатели.
3. Направляющие элементы – колонки и втулки, по которым перемещается подвижная часть штампа. С увеличением количества направляющих узлов точность штамповки возрастает. В листовой – точность направления увеличивают за счёт применения шариковых направляющих.
4. Фиксирующие элементы (упоры, ловители, ограничители), с помощью которых производится точное позиционирование заготовки перед процессом штампования. Сюда же иногда относят сбрасыватели, которыми отштампованное изделие удаляется из полости штампа.

Точность штамповки зависит также от характера течения металла в процессе его формоизменения. Например, в открытых штампах (применяемых преимущественно в горячей объёмной штамповке) течение металла по одной из координат ничем не ограничивается. При этом снижается рабочее усилие деформирования, но финишное изделие не имеет окончательной формы, поскольку избыток металла вытекает в зазор, и образует заусенец, который впоследствии приходится удалять. Это не только увеличивает количество переходов, но и ведёт к необязательному перерасходу металла. Поэтому при заметных программах выпуска продукции более экономично применение закрытых штампов.