Изготовление деталей с помощью штамповки занимает ведущее место в технологии обработки металлов давлением и используется в разных отраслях промышленности.
Особое значение имеет штамповка металлических изделий из листового проката. В ее основе лежит пластическое деформирование металла без его нагрева с помощью специальных штампов. Такой способ пластической деформации деталей широко применяется для изготовления деталей разных размеров и сложных форм с большой точностью, что невозможно осуществить с помощью других способов обработки.
Они используются для сборки крупногабаритных изделий машиностроительной отрасли, в автомобилестроении и судостроении, а также в приборостроительной сфере и быту, где часто требуются различные миниатюрные детали.
Штамповкой называют процесс придания деталям нужной формы и получение определенного документами размера путем механического воздействия на них с помощью давления. Основное направление штамповки - это производство деталей из заготовок, в качестве которых используется листовой прокат. Под действием сдавливающего усилия заготовка подвергается деформации и приобретает нужную конфигурацию.
Различают штамповку, выполненную горячим способом с нагревом заготовки и холодным способом без ее предварительного нагрева. Штамповка деталей из листового металла осуществляется без их предварительного нагрева.
Деформацию давлением с нагревом заготовки используют при изготовлении деталей из металла, не обладающего достаточной пластичностью, и в основном применяют при производстве небольших партий объемных изделий из металлического листа, имеющего толщину в пределах 5 миллиметров.
Технологический процесс горячей штамповки металла во многом совпадает с последовательностью операций холодной обработки заготовок. Отличие состоит в предварительном нагреве исходных заготовок в печах до температуры, обеспечивающей пластичность металла. При этом учитывается степень коробления детали при остывании, а также ее утяжка при деформационной обработке, влияющая на ее размер. Чтобы исключить отклонения от требуемых размеров для деталей, полученных горячей штамповкой, делают большие допуски.
При производстве штампованных деталей из листового металла в основном используют метод холодной штамповки.
Холодная штамповка листового металла
Технология холодной деформации листового проката с помощью штампов подразумевает изменение формы и размеров изделия с сохранением их первоначальной толщины.
В качестве материала для получения штампованных изделий холодным способом используют полосы, листы или тонкую ленту в основном из низкоуглеродистых и пластичных сталей, а также медных, латунных (содержащих свыше 60% меди), алюминиевых, магниевых, титановых и других пластичных сплавов. Применение для штамповки сплавов, обладающих хорошей пластичностью, связано с тем, что они легко поддаются деформационному изменению.
Для осуществления холодной штамповки листового металла используют различные операции, которые зависят от поставленной задачи достижения определенной формы заготовки. Их подразделяют на разделительные и формоизменяющие воздействия.
1. При разделительных деформациях материал заготовки частично отделяют по заданному контуру. Отделение осуществляется путем сдвига части металла по отношению к основной заготовке. Такими операциями являются , вырубка, пробивка и другие.
Рассмотрим, как осуществляются некоторые операции разделительного характера.
Резка
При проведении резки от детали отделяется определенная часть путем ее разрезания по фигурной или прямой линии. Такая разделительная операция выполняется с помощью пресса, выполненного в виде разной конструкции.
Такая операция предназначена в основном для подготовки заготовки к другим способам обработки.
Пробивка
Операцию, называемой пробивкой, используют для создания в заготовке отверстия разной формы. Часть металла при пробивке из заготовки удаляется совсем, и ее вес уменьшается.
На рисунке показана схема процесса пробивки.
Вырубка
С помощью процесса вырубки металлической детали придают готовый вид изделия, имеющего замкнутый контур.
На рисунке показана схема изготовления детали с помощью вырубки.
2. Формообразующие деформации включают изменение формы и размеров изделия при перемещении его отдельных областей, не приводящем к его общему разрушению. К ним относят вытяжку, гибку, рельефную формовку, скручивание, обжим и другие операции.
Рассмотрим некоторые виды операций, не приводящие к физическому разрушению формы.
Вытяжка
С помощью вытяжки из листовых плоских заготовок получают полые объемные изделия. Например, таким способом изготавливают детали, имеющие форму полусферы, цилиндра, конуса, куба и других видов. На рисунке показаны разные варианты выполнения вытяжки.
Гибка
С помощью операции изделию придается заданная форма его изгиба. В зависимости от вида гибки такая операция дает возможность получать изогнутые изделия разной конфигурации. Некоторые из них показаны на рисунке.
Рельефная формовка
Этот вид операции подразумевает видоизменение локальных частей изделия, его внешняя конфигурация остается без изменения. На рисунке изображена схемы некоторых операций формовки:
Возможно также применение комбинированных операций, включающих разделение и формообразование одной детали.
Технологический процесс проведения холодной штамповки состоит из этапов, которые связаны с характером деформационной операции и зависят от вида используемого штампового оборудования.
Разработка техпроцесса проводится в следующей последовательности:
- Обозначается структура основных операций, включающая их характер, количество и последовательность выполнения.
- Выполняется расчет первоначальных, промежуточных и готовых размеров детали, а также необходимых деформационных усилий для достижения нужного результата.
- Проводится документальное оформление технологического процесса.
В техпроцесс могут быть внесены дополнительные операции, с помощью которых заготовка приводится к виду, удобному для обработки. К ним относятся очистка, правка листов, нанесение смазки и другие операции.
Штамповочный пресс для металла
Все операции холодной штамповки можно осуществлять при наличии специального оборудования, главным из которых является штамповочный пресс. Его устройство может быть на основе механики, либо с использованием гидравлики.
К механическим видам относят:
- эксцентриковые прессы;
- прессы с использованием кривошипно-шатунного механизма.
Для осуществления операций пробивки, вырубки и вытяжка используется штамповочный пресс кривошипного типа.
Устройство и принцип работы пресса кривошипного типа
Любой пресс, предназначенный для штамповки изделий, включает основные узлы, к которым относится: механизм, приводящий его в действие и устройство, осуществляющее непосредственную штамповку.
Действующий механизм - это кривошипный вал, который приводится в движение с помощью электропривода. Для этого электродвигатель при вращении маховика передает вращение кривошипному механизму с помощью зубчатой передачи.
Совершая возвратно-поступательные действия, ползун кривошипа приводит в работу штамповое устройство, которое с усилием давления осуществляет пластическую деформацию.
Основные детали такого пресса выполнены из высокопрочных сталей и дополнительно укреплены с целью придания необходимой жесткости.
Устройство гидравлического пресса
Штамповочный пресс для металла гидравлического типа применяется для создания объемных форм с помощью продавливания металла.
Принцип действия такого механизма основан на давлении жидкости, помещенной в двух резервуарах, которые снабжены поршнями. Резервуары соединены трубопроводом. В результате давления в жидкости, возникающего в момент ее нагнетания в цилиндр из другого резервуара, оно передается на ползун и приводит его в движение. При перемещении ползун с большим усилием продавливает заготовку.
Изготовление штампов для холодной штамповки металла
Рабочим устройством любого прессового станка является сам штамп. Он включает две рабочие части, называемые матрицей и пуансоном. В процессе работы подвижной является только верхняя деталь штампа - пуансон, закрепленный на ползуне. Матрица расположена снизу и остается неподвижной.
Деформирование листа осуществляется во время прижимания пуансона к матрице с расположенной на ней заготовкой.
Разработке чертежей и изготовлению штампов для пресса предъявляются повышенные требования, т. к. от их точности зависит правильность формирования изделия.
Выполняются такие работы поэтапно в следующей последовательности:
- составляется эскиз штампа;
- с помощью компьютерной схемы штампа, составленной по специальной программе, проводится проверка рационального раскроя материала;
Оставьте заявку, и мы вышлем вам технико-коммерческое предложение в течение часа!
Оснащение производства прессов для пресс-форм: от заявки до пусковых работ
Станки, способные создавать средства производства, всегда высоко ценятся, ведь возможность оперативного получения практически любых шаблонов для создания уникальной продукции позволяет без особых проблем решать самые сложные задачи с минимальными потерями средств и времени. Пресс формы для литья получили наиболее широкое распространение в результате развития производства пластика. Постоянное совершенствование сырья, обеспечение его устойчивости и безопасности послужило причиной реализации всё более амбициозных и смелых проектов, и основной вехой в этом является подготовка и комплектация соответствующих линий.
Чрезвычайно важным параметром для любой пластиковой продукции является её внешний вид и функциональность. Эти параметры во многом определяются именно качеством применяемых шаблонов, поэтому на изготовление пресс формы для литья накладываются особые требования. Высокая точность производства, соответствие техническим стандартам и установленным требованиям позволяет в результате получать качественную и надёжную продукцию. Любой новый дизайн сопровождается потребностью в новых компонентах, кроме того, регулярно нужна замена изношенных. Применение современных станков на производственных линиях гарантирует растущий спрос на продукцию и процветание предприятия.
Штамповка — это один из наиболее частых видов обработки металла, который представляет собой деформацию, придающую детали необходимую форму методом выдавливания на поверхности определенного рельефа, узора, отверстий. Процесс этот осуществляется на специальных прессах различной конструкции.
Виды штамповки и оборудования
На производстве используются два вида штамповки:
- горячая;
- холодная.
При горячем способе обрабатывается нагретый металл. При этом улучшаются качества материала: он становится плотнее, однороднее. Плюс холодного метода в том, что на поверхности не появляется слой окалины, размеры детали получаются точнее, поверхность глаже.
Штамповка может быть листовой или объемной. Листовым методом производят: посуду, ювелирные изделия, детали часов, климатической техники и микросхем, оружие, медицинское оборудование, детали для автомобиле-, машино- и станкостроения. Полученные детали не требуют дальнейшей обработки. В ходе объемного прессования холодный или раскаленный металл продавливается в формах.
В металлообработке прессы используются для:
- производства поковок;
- запрессовки шестеренок, подшипников;
- объемной и листовой штамповки.
Станки для прессования могут основываться на принципах механики или гидравлики, обрабатывать материалы статическим или ударным способом.
Механические бывают:
- эксцентриковые;
- кривошипными.
Кривошипные станки выполняют холодную и горячую штамповку металла давлением: вытяжку, вырубку и прорубку. Гидравлические прессы используются для объемной кузнечной обработки металла. Согласно технологическим возможностям прессы делятся на: универсальные, специальные и специализированные. Универсальные можно использовать практически для любых видов ковки (пример — гидравлический ковочный станок). Специализированные станки выполняют только один технологический процесс (пример — кривошипные вытяжные). Специальные прессы производят конкретный вид изделий, используя одну технологию.
Принцип работы и устройство прессов различных типов
Любой стандартный штамповочный станок состоит из следующих основных узлов: мотора, передачи, исполнительного механизма. Передача и двигатель вместе составляют «привод». Главная характеристика привода — это вид связи двигателя и исполнительного механизма: механическая или не жесткая (жидкость, газ, пар). Рабочие органы прессов: валки, ползун, траверсы, ролики, бабы.
Кривошипно-шатунный пресс
Привод станка вращается, движение на ползуне преобразуется в возвратно-поступательное. Под действием этого движения при помощи штампа обрабатывается металл. Все детали станка производят из прочной стали и оснащаются ребрами жесткости. Движение ползуна происходит по жесткому графику. Усилие по ползуну достигает 8 тысяч тонн. Кривошипные ковочные установки позволяют ускорить, упростить и удешевить производство деталей, сэкономить до 30% проката. Все кривошипные станки делятся на простые, с двойным и тройным действием.
Кривошипно-шатунный пресс способен выполнять следующие виды работ:
- штамповку в открытых и закрытых матрицах;
- формирование заусенца;
- выдавливание;
- прошивку;
- комбинированную обработку.
Воздействует на материал ударом, тогда как гидравлический, прилагая меньшую силу, получает больший эффект. Поэтому вторые используют для изготовления крупных изделий с толстыми стенками.
Гидравлические прессы
Способны проштамповывать поверхность, продавливать и ковать изделия из металла. Они также применяются для переработки металлических отходов. Действие станка основано на увеличении силы давления на металл во множество раз. Пресс представляет собой два сообщающихся цилиндра с водой, между которыми проходит труба. В цилиндрах установлены поршни. Принцип работы пресса основан на законе Паскаля.
Обрабатывает металл горячим способом. Болванка поступает в нагревательный модуль, функционирующий по принципу индукции. Здесь она нагревается, когда металл становится достаточно податливым, подается через конвейер на механизм захвата, подающий заготовку прямо в зону обработки. Ковка или штамповка осуществляется бойками, в процессе заготовка все время крутится, благодаря чему она обрабатывается равномерно со всех сторон. Пресс работает от электромотора, соединенного клиноременной передачей с валами. Они размещены вертикально и направляют движение на шатун и боек, между которыми установлен ползун. Чтобы все движения механизма были синхронными, существуют копирные барабаны. Держатель болванки вращается электромотором посредством червячных передач. Пружинная муфта в нужные моменты притормаживает движение.
Это новейшая разработка, которая только начинает использоваться в промышленности. Рабочий орган станка — сердечник электромагнита, который совершает движения под действием электромагнитного поля. Сердечник двигает ползун или штамп, пружины возвращают ползун в исходное положение. Такие станки отличаются высокой производительностью и экономичностью. На сегодняшний день существуют модели с небольшой амплитудой движения рабочего органа — 10 мм и усилием не более 2,5 тонны.
Вы всё еще думаете, что в Китае все работают в сараях за миску риса? Сегодня, наверное, так уже никто не считает, хотя лет пять назад я слышал такие высказывания вполне серьезно.
Приглашаю вас посетить китайскую фабрику пресс-форм. Если кто не в курсе, пресс-форма - это стальная форма, в которую отливаются пластмассовые детали. Все пластиковые предметы вокруг нас, за исключением пожалуй труб и профилей, делаются именно при помощи пресс-форм, и в большинстве случаев эти пресс-формы сделаны в Китае.
Производство пресс-форм начинается за офисным столом. Здесь форма конструируется, происходит заказ и поставка комплектующих, ведется работа с заказчиками. Открытое пространство и низкие перегородки - стандартный стиль китайских офисов. По периметру находятся комнаты руководства и переговорные.
Рядом с офисом, в кондиционируемом помещении находится комната контроля качества. Здесь располагается измерительное оборудование, на котором делаются контрольные замеры электродов и тестовых отливок. По каждому измерению составляется письменный отчет. Измерения в основном проходят на 3D измерителе, а профиль мелких деталей проверяется на компьютеризированном микроскопе, его иногда называют 2,5D. Здесь же происходит точная привязка электродов к держателям. Благодаря этому, при установке электрода на электроэрозионный станок, привязку можно не делать и сэкономить драгоценное машинное время. Тут всё очень строго.
Прецизионное оборудование - гордость и особая забота любого производства. Два проволочных станка и один прошивной, оснащенные ЧПУ, находятся в отдельном помещении, в котором поддерживается постоянный климатический режим. Станки Agie Charmilles весьма популярны в Китае, поскольку эта швейцарская компания имеет собственное производство в поднебесной.
Для большинства пресс-форм, высокая точность обработки не требуется, поэтому основу парка любого производства составляют обычные станки с минимальной автоматизацией. В большинстве случаев это станки тайваньских марок, произведенные в Китае.
Вообще, процесс электроэрозии занимает самую большую долю машинного времени в производстве пресс-формы. Во-первых, потому что большинство современных изделий имеют довольно сложную геометрическую форму, требующую электроэрозии, а во-вторых, потому что сам процесс протекает довольно медленно. При электроэрозионной прошивке, металл удаляется за счет его постепенного выжигания электрическим разрядом, возникающим между медным (или графитовым) электродом и стальной формой. После нескольких часов обработки, отверстие в стальной детали принимает форму электрода.
Электроды для электроэрозии изготавливаются на фрезерных станках с ЧПУ. В зависимости от требований к размерной точности пресс-формы, могут изготавливаться один, два или три электрода для каждого элемента: черновой, чистовой и финишный. Изготовление медных электродов ведется на самых обычных станках, а для более точных графитовых требуется большая скорость шпинделя и система удаления графитовой пыли. Опять встречаем Agie.
Для ускорения электроэрозионной обработки, основной объем стали выбирается на более крупных фрезерных станках.
Ну и, конечно, никуда не деться от обычных, ручных фрезерных станков. На всех станках стоит устройство цифровой индикации координат. На этих же фрезерных станках происходит сверление основных отверстий. Интересно, что на всем заводе стоит только один-единственный токарный станок, да и тот пылится в дальнем углу. Ведь почти сто процентов используемых в производстве цилиндрических деталей - стандартные, покупные.
Сверление крупных плит и глубоких отверстий в пресс-форме происходит на единственном радиально-сверлильном станке, а для нарезки резьбы используется небольшой пневматический станочек.
Шлифовальный участок состоит из одного большого и четырех маленьких шлифовальных станков. Как и положено, они стоят в отдельном помещении, к каждому подведена вытяжка для удаления пыли. Удивительно, что мелкие станки не оснащены электроприводами. Китайцы считают, что обработка мелких деталей происходит быстрее, если движения делаются вручную.
Полировка пресс-форм - это обычно маленькие, хрупкие девочки, натирающие поверхность до зеркального блеска. Здесь встречаем мальчиков. Трое из пятерых используют пневмоинструмент.
Сборочный участок - это то место, где из комплекта разрозненных деталей, собирается готовая пресс-форма. Сюда от поставщиков поступает стандартный пакет, обычно с вырезанными карманами для формообразующих. Сюда же поступают стандартные комплектующие и стекаются формообразующие с других участков. На сборочном участке происходит их установка в пакет и взаимная подгонка.
Технология точной подгонки поверхностей смыкания формы довольно проста: на матрицу и пуансон наносится специальная краска, затем форма смыкается и с усилием сжимается. В местах, требующих подгонки, краска стирается. После удаления излишков металла поверхность вновь окрашивается, форма смыкается и процесс повторяется до получения приемлемого результата. Если форма маленькая — то этот процесс делается вручную, или с помощью крана, а для больших форм существует специальный пресс. В нем половинки формы закрепляются на магнитных плитах, а процесс смыкания-размыкания происходит за несколько минут. Особенность этого пресса в том, что его нижняя плита отъезжает вбок, а верхняя — разворачивается и ложится рядом. Таким образом ручная подгонка формы может вестись слесарем прямо на прессе, что существенно упрощает и ускоряет процесс.
После сборки пресс-форма попадает на испытательный участок. По сути он представляет собой обычное литейное производство, но с одним исключением: здесь нет операторов, только наладчики. Работа термопластавтоматов ограничивается получением нескольких годных тестовых отливок, после чего форма возвращается на сборку.
Ну и напоследок: высокое начальство в цехе. Директор завода обсуждает ход проекта с начальником производства.
Сегодня мы расскажем вам об особенностях производства пресс-форм, а также об их основных комплектующих.
Непосредственно сборка новой пресс-формы начинается после того, как готовы ее чертежи и подготовлена 3D модель. Именно этап проектировки позволяет наметить весь объем работ для изготовления пресс-формы, а также определяет необходимый набор стандартных и специальных элементов, необходимых для ее сборки (подробнее о проектировании пресс-форм можно почитать ).
Стандартные и специальные элементы пресс-формы
Любая пресс-форма более чем на 50% состоит из стандартных элементов (этот показатель может достигать даже 95%). К таким деталям относятся:
- формообразующие плиты и прочие детали формообразующей конструкции: колонки, направляющие втулки, фиксаторы, пружины, вставки и т.д.;
- части извлекающего механизма: трубчатые и щелевые толкатели, хвостовики двойного хода, шестеренки, подшипники и многие другие мелкие комплектующие;
- элементы литниковой системы: сопла, литниковые втулки, инжекторы, фильтры, коллекторы;
- штуцера, муфты, прокладки и штанги системы охлаждения и многое другое.
Существует множество компаний, которые специализируются на производстве стандартных элементов пресс-форм. Поэтому их стараются не изготавливать на месте, а закупать отдельно. При проектировании пресс-формы разработчики стремятся использовать как можно больше стандартных элементов. Это позволяет сэкономить на ее изготовлении и сборке, а также заметно ускорить этот процесс.
К специальным элементам пресс-формы относятся:
- подвижная и неподвижная плита (короб, образующий форму изделия). Они определяют внешний и внутренний контур отливки;
- пуансон, запрессовывающий расплавленный металл в полость пресс-формы;
- прочие элементы, участвующие в создании формы отливки, и предназначенные для извлечения ее из пресс-формы.
Специальные элементы обычно проектируются и создаются непосредственно на предприятии, в котором была заказана пресс-форма.
Станки с ЧПУ
Специальные элементы пресс-формы обязаны изготавливаться с высочайшей точностью. В противном случае не удастся достичь необходимого сопряжения между ними, и заготовка может быть испорчена. На данный момент, практически все производители для создания этих деталей используют фрезерные станки с числовым программным управлением (ЧПУ). Такое оборудование позволяет изготавливать комплектующие из металла с точностью до 1 мкм, чего вполне достаточно для установки в пресс-форму и выполнения отливок.
Можно ли изготовить пресс-форму на 3-Dпринтере?
На данный момент технология 3-D печати еще не позволяет производить пресс-формы для отливок из металла. Во-первых, современные 3-D принтеры не могут производить печать металлических изделий. Во-вторых, даже пластиковые изделия из 3-D принтера пока что имеют погрешность в точности несколько большую, чем это допустимо для отливки сложных пресс-форм из металла. Однако при помощи таких принтеров уже создаются некоторые несложные по конфигурации пресс-формы для производства небольших партий изделий из пластика. Одна пресс-форма, изготовленная на 3-D принтере, выдерживает приблизительно 100-150 отливок.
Впрочем, окончательно этот вопрос закрытым считать не стоит. Технологии в наше время развиваются с головокружительной скоростью, и это позволяет надеяться, что в будущем при производстве пресс-форм можно будет отказаться от станков с ЧПУ и заметно экономить время и деньги.
