Холодная объёмная штамповка

Холодная объемная штамповка – один из наиболее прогрессивных методов ресурсосберегающего и безотходного производства заготовок деталей и готовых деталей из цветных металлов и их сплавов, углеродистых и легированных сталей. В промышленности в большинстве случаев холодной объёмной штамповкой получают детали диаметром до 100 мм, длиной до 2,5 диаметра и массой до 10 кг. Возможности по холодной объемной штамповке: Изготовление любых видов деталей из цветных сплавов и сталей марок 10, 20, 20Х и т.д. С разработкой технологии штамповки и проектированием штамповочного инструмента. Размеры получаемых изделий до 500 мм в плане. Список оборудования: Пресс кривошипный КД 2122 - 160 кН - 2шт. Пресс кривошипный КД 2124 - 250 кН - 2шт. Пресс кривошипный КД 2126 - 400 кН - 2шт. Пресс кривошипный КД 2128 - 630 кН - 1 шт. Пресс кривошипный КЕ 2130 - 1000 кН - 1шт. Пресс гидравлический - 2500 кН - 2шт. Пресс чеканочный КБ8336 - 4000 кН - 2шт. Пресс чеканочный Smeral LLR 1000 - 10 MН - 1шт. Пресс кривошипный КБ0036Б - 4 МН - 2шт

Преимущества холодной объемной штамповки перед другими методами (литьем, ковкой, специальными видами горячей прокатки и горячей штамповкой):

• Более высокие показатели прочности, что достигается благодаря деформационному упрочнению, отсутствию надрезов волокна при обработке резанием (в том числе при удалении припусков после горячей обработки), направленности волокна вдоль конфигурации детали, улучшению микрогеометрии поверхности. Заданный комплекс структуры, механических и других физических свойств может быть достигнут сочетанием наиболее рациональных режимов холодной деформации и термической обработки металлов. Наиболее значительное улучшение механических свойств может быть достигнуто при замене литья холодной объемной штамповкой.

• Существенное приближение формы, размеров и шероховатости поверхности к параметрам готовой детали. Коэффициент использования материала по сравнению с литьем и горячей обработкой увеличивается на 10…50%, а по сравнению с производством деталей сложной формы (со ступенчатым внешним контуром и полостями) обработкой резанием в 2…3 раз, а в ряде случаев в десятки раз. Коэффициент использования материала обычно составляет 0,85…0,95, а в ряде случаев достигает 1,0. Соответственно уменьшается энергоемкость процесса, как в металлургии, так и машиностроении. Расход энергии при производстве сложных по форме деталей с переходом от обработки резанием на холодную объемную штамповку уменьшается в 1,8…2,2 раза.

• Высокая точность размеров - отклонение от номинального размера (0,01…0,10) мм, низкая шероховатость поверхности (1,25…0,63) мкм и менее.

• Значительное сокращение трудоемкости и станкоемкости, особенно при производстве изделий с зубьями, с полостями многогранного сечения, с отростками полыми и сплошными внутри, с коническими поверхностями. При серийном производстве производительность увеличивается в 3…5 раз, а при крупносерийном и массовом производстве, по сравнению с автоматами для обработки резанием, при штамповке на многопозиционных прессах - 10…15 раз, при штамповке на многопозиционных автоматах в 15…100 раз.

• Высокая стабильность размеров, шероховатости поверхности, механических свойств деталей, что особенно существенно при серийном и массовом производстве.

• Условия для резкого повышения уровня безопасности технологических процессов и комфортабельности труда, а также дизайна.

Объемная холодная штамповка применяется для изготовления деталей сложной формы, но малых размеров из металлов, обладающих высокой пластичностью. Процесс объемной штамповки — пластическая деформация деталей — подобен горячей штамповке. Однако отсутствие нагрева позволяет получить более точные детали и с более чистой поверхностью. Применение объемной штамповки в сочетании с другими штамповочными операциями позволяет получить детали, не требующие или почти не требующие дальнейшей механической обработки.

К числу операций объемной штамповки относятся: осадка, объемная формовка, холодное выдавливание, высадка, чеканка, клеймение.

Осадка среди других операций объемной штамповки является наиболее простой и часто применяемой. Она используется для расплющивания заготовок и при изготовлении деталей с односторонними и двусторонними выступами (рис. 43 а—в). При осадке металл свободно течет в радиальном направлении, а при наличии полостей в верхней или нижней частях штампа заполняет их.

Объемная формовка (холодное прессование) является разновидностью осадки и применяется для изготовления деталей более сложной формы и в более точных штампах, имеющих фигурные полости. Вследствие наклепа детали, отформованные холодным способом, имеют повышенную прочность и твердость. Шероховатость поверхности детали достигает 7-го класса, а точность размеров — 5-го класса. На рис. 43, г показан пример изготовления детали методом холодного прессования, на рис. 43, д — детали, полученные объемной формовкой.

Применяются два метода объемной формовки: в открытых штампах, в которых излишек металла вытесняется в зазор между верхней и нижней половинками штампа в виде заусенцев, и в закрытых штампах — без образования заусенцев.

При формовке в открытых штампах добавляется дополнительная операция обрезки заусенцев, но отпадает необходимость выдерживать точные размеры заготовки. Точность размеров деталей, изготовляемых в закрытых штампах, зависит от того, с какой точностью выполнена заготовка. Штампы для объемной формовки делают массивными, формующие полости выполняют достаточно точно и тщательно отделывают. Для особенно точных и сложных по форме деталей изготовляют два штампа: первый для предварительной формовки, и второй — для калибрующей.

Шероховатость поверхности отформованных деталей зависит от шероховатости поверхности заготовок, поэтому заготовки перед формовкой тщательно очищают от окалины, ржавчины и посторонних наслоений.

Холодное выдавливание заключается в том, что металл под действием высокого давления переходит в пластичное состояние и течет в зазор между матрицей и пуансоном.

Преимуществом холодного выдавливания по сравнению с вытяжкой является возможность изготовления тонкостенных деталей со сложной формой дна, более высокий коэффициент использования металла, более высокая производительность, чем при вытяжке, и более низкие затраты на изготовление штампов.

Для холодного выдавливания пригодны металлы, обладающие высокой пластичностью, малым пределом прочности и низкой способностью к упрочнению.

Существуют два основных способа выдавливания (рис. 44, а): прямой, при котором металл течет в направлении движения пуансона (рис. 44,I), и обратный, когда металл течет навстречу движению пуансона (рис. 44,II). Применяется также комбинированное выдавливание (рис.44,III), при котором металл течет одновременно в направлении движения пуансона и навстречу ему.

Прямой способ применяется для получения деталей с фланцем и деталей типа стержней и трубок с различной формой поперечного сечения, обратный — для полых деталей с дном типа колпачков, комбинированный — для деталей сложной формы с различными уступами и ребрами в дне детали, и деталей, имеющих две полости с перемычкой между ними.

Заготовками для прямого способа выдавливания служат плоские шайбы или толстостенные колпачки (рис. 44,б). Для обратного выдавливания заготовки и детали получают чистовой вырубкой из листа или отрезкой от прутка. Форма заготовок должна соответствовать форме поперечного сечения детали.

Методом холодного выдавливания изготовляют детали (рис. 44, в) из свинца, алюминия, цинка, меди, латуни и низкоуглеродистой стали.

Холодная высадка — это процесс увеличения поперечных размеров части заготовки за счет одновременного уменьшения ее длины. Холодная высадка применяется для формообразования головок заклепок, болтов, винтов, шурупов, гаек, а также некоторых деталей машин из стали и цветных металов. Без нагрева высаживают болты размером до М20 и гайки размером до М27.

Высадка выполняется обычно на холодновысадочных автоматах одноударного, двухударного и трехударного действия. Материалом для высадочных работ служит проволока или прутки соответствующего сечения. Высадка за один удар применяется для изготовления заклепок и винтов с полукруглой головкой и других деталей, имеющих небольшую относительную длину высаживаемой части заготовки.

Цикл одноударной высадки заклепки протекает следующим образом. После подачи материала (калиброванной проволоки) через отрезную матрицу нож автомата отрезает заготовку и переносит ее на линию высадки. Высадочный пуансон заталкивает заготовку в матрицу и после упора заготовки в выталкиватель осуществляет высадку головки. В момент возврата пуансона в исходное положение высаженная деталь удаляется выталкивателем из матрицы, и цикл повторяется.

Высадка за два удара позволяет получить детали с разнообразной формой головок при длине высаживаемой заготовки, равной 3—6 диаметрам. На рис. 45, а показана последовательность высадки на двухударном автомате винтов с полукруглой головкой, снабженной шлицем. Пуансон с ребром, образующим шлиц, изготовляют методом холодного выдавливания.

Лучшей формой для предварительного набора деформируемого металла является усеченный конус. На рис. 45,б показан процесс высадки деталей на четырех-ударном холодновысадочном автомате. При отсутствии трех- или четырехударных высадочных автоматов применяют повторную высадку на одно- или двухударных холодновысадочных автоматах.

Калибрование применяется для получения точных размеров и ровной, чистой и гладкой поверхности деталей, изготовленных объемной штамповкой или горячим прессованием. Калибрование выполняется в штампах на прессах ударного действия — фрикционных или чеканочных. Различают плоскостное и объемное калибрование.

При плоскостном калибровании обжимаются только отдельные плоскости заготовки и калибруются ее размеры по толщине (рис. 46, а). Степень осадки обычно составляет 5—10% от первоначальной толщины заготовки.

Объемное калибрование заключается во всестороннем обжатии заготовки с вытеснением избытка металла в облой, который удаляют последующей обрезкой или зачисткой (рис. 46,б).

В некоторых случаях детали подвергают комбинированному калиброванию — сначала объемному, а затем плоскостному.

Холодное калибрование поковок и других заготовок обеспечивает получение точности до 0,05 мм и гладкой поверхности с шероховатостью до 7—8-го класса чистоты (как при чистовом шлифовании).

Точность и качество калибрования зависят от точности изготовления штампа и отделки его калибрующих поверхностей.

Чеканкой образуется выпукло-вогнутый рельеф на поверхности детали за счет незначительного перемещения металла. Во многих случаях чеканка заменяет гравирование на металле. При чеканке заготовка сдавливается между двумя формующими частями штампа и получает на поверхности оттиск его рельефа. Для сохранения размеров и формы детали чеканка выполняется обычно в закрытых штампах без вытеснения металла из рабочей полости матрицы. Производится она на чеканочных прессах, обеспечивающих большое давление и точную настройку зазора между торцом пуансона и дном матрицы.

Клеймение, т. е. выдавливание надписей, букв, цифр и делений, выполняется аналогично чеканке.

50

Листовая штамповка

Листовая штамповка подразумевает в исходном виде тело, одно из измерений которого пренебрежимо мало по сравнению с двумя другими (лист-до 6 мм). В противном случае штамповка называется объёмной. Для процесса штамповки используются прессы — устройства, позволяющие деформировать материалы с помощью механического воздействия.

Характеризуется тем, что плоская листовая или трубная заготовка разрезается или подвергается формоизменению чаще в холодном состоянии с помощью специальных штампов. Детали, полученные листовой штамповкой, отличаются высокой точностью, хорошим качеством поверхности и, как правило, поступают на сборку без дополнительной механической обработки. Рассматриваемый вид обработки давлением — это высокопроизводительный и автоматизированный метод получения деталей в массовом производстве деталей автомобилей, тракторов, самолетов, приборов и т. д.

В массовом и крупносерийном производствах преимущественное применение имеет ковка в штампах, а в мелкосерийном и единичном — свободная ковка.

. Металлы и сплавы, применяемые в ювелирной промышленности, подвергаются холодной штамповке. Это один из наиболее распространенных видов обработки давлением, в процессе которого формообразование совершается путем воздействия рабочих частей штампа на материал заготовки, находящейся в холодном состоянии. В качестве заготовки используется листовой материал, в качестве оборудования — прессы. Штампы служат технологической оснасткой.

Штамповка деталей ювелирных изделий заняла большое место в ювелирной промышленности, уменьшив себестоимость продукции, облегчив труд ювелира, намного сократив время на изготовление каждого изделия и тем самым увеличив выпуск ювелирной продукции. Штамповка — окончательный заготовительный процесс, после которого полуфабрикаты поступают на рабочее место (верстак) ювелира.

Операции холодной штамповки делятся на разделительные и формоизменяющие. Разделительные операции — это те, при которых одна часть металла отделяется от другой. К ним относятся резка, вырубка, пробивка. Формоизменяющими называют операции, при которых форма изменяется без разрушения заготовок. К формоизменяющим операциям относятся гибка, вытяжка, чеканка, правка. Если за один проход выполняют сразу несколько операций, например вырубку, пробивку, гибку и т. д., то такие операции называются комбинированными (компаундными).

Наиболее распространенная разделительная операция -Резка. Это разделение заготовки по прямой или кривой линии. Резку листовой заготовки производят на рычажных механических ножницах с наклонными ножами, на роликовых ножницах и в отрезных штампах. Преимущество резки на рычажных ножницах в том, что можно резать листы без ограничения ширины, однако с увеличением толщины листа требуется большее усилие. Дисковые, или роликовые, ножницы применяются главным образом для продольной разрезки широких лент на более узкие. В отрезных штампах обычно выполняют нарезку заготовок, требующих точных размеров и неискаженной поверхности.

Вырубка — разделение заготовки по замкнутому контуру для получения плоской заготовки с определенным наружным контуром. Вырубку производят в вырубных штампах. Пробивка — разделение металла по замкнутому контуру для получения в заготовке отверстия. Производится в пробивных штампах. Гибка — это изменение формы детали без изменения ее сечения между параллельными плоскостями. Для точности изгиба применяют гибку с прижимным устройством, которое предохраняет заготовку от смещения. Вытяжка — операция получения полых деталей из плоских заготовок. При вытяжке толщина заготовки может уменьшаться до 20 %.

Раскроем металла называют способ расположения заготовок на листе, полосе и др. Наибольшую часть составляют заготовки, имеющие форму прямоугольника или близкую к нему. Однако существует множество фасонных заготовок, наружный контур которых образован от пересечения как прямых, так и кривых линий. При получении заготовок из листового и профильного проката возникают неизбежные отходы металла, величина которых непосредственно зависит от метода раскроя металла. Показателем, характеризующим раскрой, является коэффициент использования металла. Различают технологические отходы и отходы раскроя. К технологическим отходам относится металл, теряемый во время оплавления при газовой резке, при неровностях реза различными ножницами, в виде стружки при вырезке заготовок на металлорежущих станках   и   т. д. Под отходами раскроя понимают такую часть металла, которая  в  принятом  варианте  раскроя  остается неиспользованной. Отходы раскроя получаются в результате отходов формы заготовок и отходов некратности. Под отходами формы заготовок понимают неиспользованную часть металла, заключенную между наружными контурами одной или нескольких заготовок и прямоугольником, охватывающим габаритные размеры этих заготовок. Под отходами некратности понимают такие отходы, которые возникают при использовании листов, длина и ширина которых оказываются неравными сумме размеров заготовок, располагаемых вдоль короткой и длинной сторон листа.

Метод лучшего заполнения короткой стороны листа, позволяющий уменьшить отходы некратности, заключается в следующем. Вначале находим такое количественное сочетание двух габаритных размеров заготовки, при котором наилучшим образом можно заполнить короткую сторону листа, а затем найденной комбинацией расположения заготовок заполняем значительную часть длины листа. Для оставшейся части листа применяют тот же принцип. Лучшее заполнение короткой стороны листа продиктовано тем, что полоска некратности, расположенная вдоль листа, имеет большую протяженность, чем расположенная поперек листа, и поэтому экономия на ее ширине дает больший выигрыш на площади отходов. Метод размерной последовательности состоит в том, что заготовки размещают на листе в последовательности от более крупных к мелким. Карты раскроя составляет специальная технологическая группа. Получив от цехов ведомость необходимых заготовок на каждый планируемый месяц с указанием номера заказа и чертежей деталей, профиля и марки материала, нормы расхода, технологи группируют по чертежам детали, изготовляемые из листового проката, по маркам стали и толщине заготовок. Затем, руководствуясь марками стали, габаритами листов и «деловых» отходов, имеющихся на складе, приступают к составлению карт раскроя. На основе грубой прикидки определяют общее необходимое число листов металла и на бумаге вычерчивают в удобном масштабе габаритные размеры всех этих листов. В этом же масштабе из картона или бумаги вырезают шаблоны заготовок, подлежащих раскрою. Шаблоны накладывают на чертеж листа металла и путем возможных перемещений шаблонов добиваются рационального использования листа. По окончании раскроя выписывают комплектовочную ведомость, по которой на складе подбирают металл и вместе с картами раскроя подают его в цех для вырезки заготовок. Карта раскроя является рабочим чертежом для рабочего. В тех случаях, когда для изготовления заготовок требуется только часть листа, остаток его («деловой» отход) возвращается на склад металла с соответствующей отметкой в книге учета склада. Данный вид раскроя называется оперативным, поскольку раскрой выполняется по имеющемуся в наличии металлу. Существует перспективный раскрой, который применяют для серийной и повторяющейся продукции примерно за полгода до ее выпуска с целью заказа мерного листа. При изготовлении заготовок из профильного проката карт раскроя не составляют. В этом случае швеллеры, балки и уголки выдаются цехам в метрах длины по ведомостям заказа с учетом припусков на резку. Остатки проката после резки маркируют и оставляют на складе для использования на очередные заказы. Для лучшего использования профильного проката следует изготовлять заготовки из них централизованно и.с предварительным подбором их по маркам, профилю и сечению так, чтобы исходный материал был кратным размерам заготовок. Для рационального раскроя листа на ряде заводов крупносерийного производства начинают применять электронно-вычислительные машины.

К преимуществам листовой штамповки относятся:

• возможность получения деталей минимальной массы при заданной их прочности и жёсткости;

• достаточно высокие точность размеров и качество поверхности, позволяющие до минимума сократить отделочные операции обработки резанием;

• сравнительная простота механизации и автоматизации процессов штамповки, обеспечивающая высокую производительность (30—40 тыс. деталей в смену с одной машины);

• хорошая приспособляемость к масштабам производства, при которой листовая штамповка может быть экономически целесообразной и в массовом, и в мелкосерийном производстве.