Штамповочные прессы как один из видов обработки листового металла

Штамповка, для выполнения которой используется пресс для металла, является одной из наиболее распространенных технологических операций по обработке данного материала. Суть данной процедуры состоит в том, чтобы придать заготовке, изготовленной из металла, необходимую форму, для чего применяют пластическую деформацию, выдавливая определенный рельеф, узоры или осуществляя пробивку отверстий. Прессы для обработки металла в зависимости от перечня задач, для решения которых они предназначены, отличаются друг от друга как своими техническими параметрами, так и конструктивным исполнением.

Прессы для обработки металла находят применение на любом производстве: мелкосерийном, серийном или массовом

Разновидности штамповочных технологий

Штамповочный процесс обработки заготовок может осуществляться горячим или холодным методом. Эти технологические разновидности предполагают использование специального оборудования и применение определённых условий обработки металла.

Холодная штамповка является одним из разновидностей штампования

Методом горячей штамповки обрабатываются заготовки, предварительно нагретые в специальных устройствах до заданной температуры. Горячая штамповка необходима, когда для обработки холодного сплава не хватает мощности оборудования. Нагревательными устройствами могут служить электрические или плазменные печи. Такой метод требует точного расчёта параметров готовой детали с учётом усадки металла в процессе остывания.

При холодной штамповке детали формируются за счёт механического давления элементов штамповочного пресса. Холодный вариант штамповки считается более распространённым методом обработки металла. Он не требует дополнительного оборудования, сложных расчётов и механической доработки деталей. Благодаря этому методу увеличиваются прочностные показатели материала. Полученные изделия отличаются высоким качеством поверхности и точностью.

Виды штамповки и оборудования

На производстве используются два вида штамповки:

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.

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.

Разновидности технологических операций

Технологические операции с металлическим листом бывают разделительные и формоизменяющие.

Разделительные штамповочные операции выполняются на оборудовании, которое оснащено специальным инструментом. В результате от заготовки отделяется определённая часть по прямой линии или заданному контуру. Отделение части листа происходит в следующих процессах:

• Отрезка. Для выполнения этого действия оборудование оснащено дисковыми, вибрационными устройствами или гильотинными ножницами.
• Обрезка. Эта операция отделяет крайние части полученного изделия.
• Пробивка. В металлическом листе с помощью штампа создаются отверстия различной конфигурации.
• Вырубка. Из заготовки получают фигурную деталь с замкнутым контуром.

Формоизменяющие операции предназначены для создания изделия с иными параметрами и размерами без механического разрушения. Различают следующие виды этих операций:

• Отбортовка. Контур заготовки или внутренние отверстия подвергаются воздействию штампа для формирования бортов определённых размеров.
• Вытяжка. Эта операция является разновидностью объёмной штамповки, при которой из плоского материала получают пространственный элемент.
• Обжим. Для сужения торцов полой заготовки применяется штамп с матрицей конического типа, имеющей сужающую рабочую область.
• Гибка. В результате операции изменяется кривизна поверхности путём гибки металла и деформирования заготовки.
• Формовка – это изменение формы отдельных участков за счёт уменьшения толщины детали без нарушения внешнего контура изделия.
• Пуклёвка. Соединение штампом двух пластинок без использования дополнительных элементов.

Горячештамповочные молоты

Штамповку выполняют с использованием специального инструмента — штампа, который состоит из двух или более частей Полости штампа называются ручьями Заготовка, деформируясь в ручьях, заполняет полости и принимает форму поковки. Течение металла при штамповке принудительно ограничивается поверхностями инструмента, что вызывает перераспределение объема заготовки Различают горячую и холодную объемные, листовую и специальные виды штамповки.
Штамповку выполняют на молотах, прессах, горизонтальноковочных машинах, гибкой на бульдозерах, вальцовкой и такими способами, как раскатка, ротационная ковка и пр Наиболее широкое распространение получила штамповка на молотах (паровоздушных, фрикционных, бесшаботных), прессах (кривошипных, винтовых, гидравлических) и горизонтально-ковочных машинах.

Паровоздушные штамповочные молоты двойного действия предназначены для штамповки поковок разнообразной формы преимущественно в многоручьевых открытых штампах (рис. 1).

Рис. 1. Паровоздушный штамповочный молот двойного действия

По принципу действия они аналогичны ковочным молотам. В них энергоноситель также подается в цилиндр 6, однако для обеспечения высокой точности поковок их конструкция выполняется более жесткой, направляющие 4 для движения бабы 7 имеют большую длину. Стойки 5 молота установлены на шаботе 1 и соединены с ним болтами 3 и пружинами 2, которые амортизируют удар, предохраняя болты от поломки.

Паровоздушные штамповочные молоты изготавливают с массой падающих частей 0,5. . . 30 т. Эти молоты всегда устанавливаются на виброизолированном фундаменте.

Фрикционные штамповочные молоты с доской (рис. 2) изготавливают с падающими частями массой от 500 до 1500 кг. В ходе работы доска 3 с бабой 5 после нажатия педали 7 освобождается кулачками 2 и поднимается роликами 1 на определенную высоту Затем баба вместе с верхней частью штампа и доской устремляется вниз и деформирует заготовку в нижней части штампа, которая установлена на шаботе 6

Для штамповки широко используют бесшаботные молоты, у которых верхняя и нижняя бабы движутся навстречу друг другу. Более распространены бесшаботные молоты с ленточным механизмом (рис. 3) . Они состоят из станины, которая включает четыре стойки 7. В верхней части стоек установлен рабочий цилиндр 5 с поршнем 4 и штоком 3, к которому прикреплена верхняя баба 2. Верхняя 2 и нижняя 1 бабы соединены ленточным механизмом связи, состоящим из ленты 8 (20-30 стальных полос толщиной 0,3. . . 0,8 мм) и роликов 6. При движении поршня вниз вместе со штоком и верхней бабой благодаря ленточному механизму связи нижняя баба движется вверх.

Молоты такой конструкции изготавливают с энергией удара до 500 кДж. Их используют для одноручьевой штамповки.

Рис. 2. Фрикционный штамповочный молот с доской

Рис. 3. Бесшаботный молот с ленточным механизмом

Типы штамповочного оборудования

Для получения изделий из металлического листа применяются прессы, оснащённые различными штампами. В процессе работы оборудования верхняя составляющая штампа двигается, нижняя часть остаётся неподвижной.

Деформирование заготовки происходит в момент соприкосновения частей оборудования. Существуют разнообразные модели штамповочных прессов, что позволяет выбрать подходящий станок для изготовления требуемых деталей.

Гидравлическая штамповочная машина

Прессы для штамповки металла бывают:

• кривошипно-шатунного типа;
• гидравлические;
• радиально-ковочного типа;
• электромагнитного типа.

Кривошипные прессы являются оборудованием простого типа и могут быть двойного или тройного действия. Своё название прессы получили от кривошипно-шатунного механизма, который представляет собой основной конструктивный элемент станка. Принцип работы механизма основан на преобразовании вращательного движения от привода в возвратно-поступательное периодичное движение элемента пресса – ползуна.

Обзор прессов IPONMAC и их характеристик

Серия KD 23D Серия HL41 Серия ПГ41

Механизмы для обработки металла

Гидравлический пресс способен развивать значительное усилие до 2 тыс. тонн. Он применяется для операций гибки или объёмной штамповки толстостенных изделий. Действие механизма основано на перемещении поршней двух сообщающихся гидроцилиндров, которые имеют разный диаметр. Именно разница диаметров определяет величину усилия, которое может развивать пресс для штамповки металла.

Чертёж гидравлического пресса

Радиально-ковочный станок предназначен для выполнения формоизменяющих операций в целях получения цилиндрических изделий. В конструкцию механизма входит индукционная печь для предварительного нагрева детали. В процессе обработки обеспечивается вращение заготовки от электродвигателя при прохождении через зону ковки.

Чертёж радиально-ковочного станка

Электромагнитные прессы – новое высокопроизводительное экономичное оборудование для штамповки. Принцип действия основан на движении электромагнитного сердечника, который направляет исполнительный механизм станка к металлической детали.

Чертёж электромагнитного пресса

Гидравлические прессы

На гидравлических прессах штампуют крупногабаритные поковки, которые невозможно получить на другом кузнечном оборудовании из-за его недостаточной мощности, и поковки, для штамповки которых необходим большой рабочий ход (при глубокой прошивке). Штамповочные гидравлические прессы (рис. 5) могут создавать усилие 12,5. . .750 МН. Принцип их действия не отличается от принципа действия ковочных гидропрессов, но штамповочные прессы имеют более жесткую конструкцию, снабжены выталкивателями, механизмами для установки и смены штампов и др.

Рис. 5. Крупный горячештамповочный пресс Нижнекраматорского машиностроительного завода

Особенности открытых и закрытых штампов

Штамповка закрытым способом

Штамповочное оборудование может быть оснащено открытыми или закрытыми штампами. В открытом штампе избыточный металл вытекает в заусенец или облой, который выполняет определённую функцию. Основными недостатками этой технологии являются: потеря сплава на облой, снижения качества изделия из-за перерезанных волокон при удалении заусенцев.

Закрытые штампы используются для изготовления изделий простой формы. Эта безоблойная технология отличается экономией металла, отсутствием затрат на обрезку заусенцев, высоким качеством продукции из-за всестороннего сжатия. Волокна металла не подвергаются перерезанию. Метод обработки в закрытом штампе применяется для малопластичных сплавов. Основными недостатками считаются: необходимость точной дозировки сплава, сложная конструкция штампа.

В современном производстве штамповка является преимущественно подготовительной операцией, которая позволяет изготавливать детали как для электроники, так и для воздушных или водных судов. Полученная продукция в дальнейшем подвергается сварке, резке, клёпке и другим методам обработки в зависимости от технологического процесса.

Горячештамповочные прессы

Штамповка на кривошипных горячештамповочных прессах (КГШП) успешно заменяет, а во многих случаях по технологическим возможностям превосходит штамповку на молотах. Поковки с повышенной точностью размеров можно получать на КГШП благодаря постоянству хода пресса. КГШП позволяют повысить коэффициент использования металла, так как штампы снабжены верхним и нижним выталкивателями, что позволяет уменьшить штамповочные уклоны, напуски и допуски. Кроме того, штамповка на КГШП в 1,5-2 раза производительнее штамповки на молотах, так как деформация на прессе в каждом ручье происходит за один ход, а на молоте — за несколько ударов.

КГШП изготавливают с номинальным усилием 6,3. ..125 МН. Кинематическая схема КГШП дана на рис. 4.

Нижний штамп 10 крепится на клиновидной плите 11, верхний штамп 9 — на ползуне 8 пресса. Клиновидная плита служит для регулирования положения нижнего штампа по высоте. Ползун приводится в движение через шатун 7 от кривошипного вала 1. Последний вращается электродвигателем 3 через клиноременную передачу 2, промежуточный вал 5 и шестерни 4. Шестерня-маховик 6 может свободно вращаться на валу.

Рис. 4. Кривошипный горячештамповочный пресс: а — конструктивная схема; б — общий вид.

В момент включения пресса на рабочий ход пневматическая муфта соединяет шестерню-маховик 6 с валом 1. Вал совершает один оборот, муфта выключается, а тормоз останавливает вал в верхней мертвой точке. За один оборот вала ползун совершает один рабочий ход, опускаясь и поднимаясь по направляющим в станине В столе и ползуне пресса имеются выталкиватели для удаления поковок из штампов