Процесс изготовления детали методом холодной листовой штамповки

ВВЕДЕНИЕ

заготовка штамповка крепеж раскрой

Холодная штамповка – вид обработки металлов давлением, объединяющий ряд процессов, осуществляемых холодной пластической деформацией при помощи различных видов штампов, непосредственно деформирующих метал и выполняющих требуемые операции.

В технологическом отношении холодная штамповка позволяет:

— получать детали сложной формы, изготовление которых другими методами весьма затруднительно;

— создавать прочные и жесткие, но легкие по своим массовым характеристикам детали при небольшом расходе материала;

— получать взаимозаменяемые детали с высокой точностью размеров.

В экономическом отношении преимуществами являются:

— экономичность использования материала и небольшой отход;

— низкая стоимость изготовления изделий;

— высокая производительность.

Разработку технологического процесса листовой штамповки будем вести с помощью системы автоматизированного проектирования «КОМПАС-Штамп», которая реализуется в среде Windows c чертёжно-конструкторского редактора «КОМПАС-График». Система «КОМПАС-Штамп» ориентирована на автоматизацию проектирования штампов для различных операций холодной листовой штамповки и обеспечивает автоматизацию проектирования штампов оригинальных и типовых конструкций.

Система «КОМПАС-Штамп» использует в качестве средства визуализации, воспроизводства, редактирования графической информации чертежно-конструкторский редактор «КОМПАС-График».

Проектирование сборочных и деталировочных чертежей штампа ведется в среде редактора «КОМПАС-График» под управлением библиотек проектирования.

Проект конструкции штампа формируется конструктором путем выбора составляющих элементов конструкции из вариантов, предлагаемых системой.

1.1 Анализ технологичности детали, выбор заготовки и схемы штамповки

Рисунок 1.1 — Эскиз детали

Таблица 1 — Химический состав в % по ГОСТ 4986-79

Таблица 2 — Механические характеристики

Под технологичностью детали понимают сочетание конструктивных элементов, которые обеспечивают наиболее простое и экономичное изготовление детали при соблюдении технических и эксплуатационных требований [3]:

— наименьшее количество и низкая технологичность операций;

— отсутствие механической обработки;

— увеличение производительности отдельных операций и цеха в целом.

Общие технологические требования к конструкции плоских деталей, полученных вырубкой и пробивкой:

a) необходимо избегать сложных конфигураций с узким и удлиненным вырезами контура и прорезями(b0.5S;

c) сопряжение сторон наружного контура выполняется круглыми лишь в случаи вырубки по всему контуру;

d) наименьшие размеры пробиваемых отверстий 0,8S

Анализ параметров технологичности детали:

— контур состоит из частей окружностей сопряженных между собой и не является сложным с точки зрения его получения;

— радиусы сопряжения в углах внутреннего контура цельной матрицы r>2мм;

— наименьшие размеры пробиваемого отверстия больше 0,8S: 0,8*3=2,4мм >1мм;

— расстояние от края отверстия до контура детали не меньше 1,5S: 1.5*1=1.5мм;

Таблица 3 — Анализ параметров технологичности

Анализ параметров технологичности детали, предполагаемый метод получения которой – листовая штамповка, показывает, что деталь обладает удовлетворительной технологичностью, следовательно, ее производство в заданных условиях целесообразно на штампе совмещенного действия.

1.2 Выбор рационального раскроя материала

Для определения размеров заготовки необходимо знать размеры перемычек, которые при штамповке детали из полосы необходимы для обеспечения прочности и жесткости. При заданной толщине полосы S=1 и при условии ручной подачи , которая выбирается исходя из экономических соображений m=2мм, n=2мм.

Для получения детали применяют обычный однорядный раскрой полосы (т. к. при двухрядном типе большое количество материала уходит в отход, либо придется производить поворот полосы или делать групповой штамп штампующий одновременно две детали.):

Рисунок 1.2 – Тип раскроя

Рисунок 1.3 — Расположение деталей в полосе

Выберем наиболее рациональный раскрой стандартных размеров листа. Из ряда стандартных размеров листов для штампуемого материала 12Х18Н10Т ГОСТ 4986-79 и заданной толщине листа 1 мм. В качестве критерия оптимальности принимается коэффициент использования материала (КИМ) по рекомендациям [1]:

(1.1)

где N — количество деталей на листе;

L и В — длина и ширина разрезанного листа; F=527,36мм2- площадь детали.

Выбирается размер листа: 1500800 мм:

а) Лист 1500800мм поперечное расположение полос (рис.1.3а), исходя из формулы (1.1), получаем:

53 полосы по 17 деталей

Рисунок 1.4а – Раскрой листа

б) Лист 1500800 мм. Продольное расположение полос (рис.1.3б), исходя из формулы (1.1), получаем:

28 полос по 32 детали

Рисунок 1.4 б – Раскрой листа

в) Лист 1500800 мм. Продольное расположение полос, а расположение детали под углом, (рис.1.4в)

53 полосы по 23 детали

Рисунок 1.4в – Раскрой листа

Наибольшее количество деталей с минимальным отходом получим при использовании листа 1500800 (рис 1.4в) количество деталей – 1219 при КИМ 0,54.

1.3 Выбор схемы штамповки

Пользуясь рекомендациями [3] выбираем штамп совмещенного действия, исходя из точностных требований. Число переходов для получения детали — один. Готовая деталь получается при вертикальном перемещении матрицы 7.

Поступательное перемещение полосы в горизонтальном направлении по направляющим до грибкового упора, обеспечивает необходимое положение заготовки.

При высокой точности штамповки преимуществом этого вида штампа является: повышенная производительность, возможность работы на быстроходных прессах, повышенная безопасность производства, дешевизна штампа для деталей простой формы.

1.4 Выбор технологической схемы штампа

Выбираем штамп с направляющими колонками, так как колонки обеспечивают более надёжное направление по сравнению с направляющей плитой.

Отходы от пробивки отверстий удаляется на провал через окно в пуансон – матрице в нижней плите штампа. Отход от вырубки по контуру удаляется в виде остатков полосы вручную.

Из-за сил трения между деталью и рабочими поверхностями штампа, а также из-за напряжения сжатия заготовки, возникающего при пробивке-вырубке под рабочими плоскостями пуансонов, заготовка остается на пуансонах. Чтобы снять ее применяется съёмник. Он снимает заготовку при обратном ходе хвостовика. Выбираем подвижный съемник.

Рисунок 1.5 – Схема штамповки

2.1 Проектирование штампа в системе «КОМПАС-Штамп»

Процесс проектирования штампа средствами системы КОМПАС-Штамп состоит из двух этапов:

1)формирование проекта конструкции штампа;

2)проектирование и формирование чертежей на представленную в проекте конструкцию.

После запуска программы и создания проекта выполняется контрольная прорисовка детали – ключа, а также проектируется рабочая зона, происходит проектирование раскройных планов, построение схемы раскроя (в данном случае – однорядный обычный), контуры размещаются на полосе, после чего выбирается схема штамповки. Всё это делается исходя из следующих соображений.

Источник: https://mirznanii.com/a/192016/razrabotka-tekhnologicheskogo-protsessa-listovoy-shtampovki

Холодная штамповка металла: технология, виды, оборудование

Холодная штамповка (ХШ) считается наиболее передовой методикой обработки металлов давлением. Ее квалифицированное применение позволяет получать изделия различных форм и размеров.

Что важно, изделия, изготовленные по данной технологии, отличаются точностью своих геометрических параметров и высоким качеством сформированной поверхности, поэтому не нуждаются в дальнейшей доработке.

Процесс выполнения холодной штамповки можно легко автоматизировать, что дает возможность изготавливать продукцию с его помощью с высокой производительностью.

Эти детали были изготовлены методом холодной штамповки

Тонкости технологии

Штамповка, или штампование, как часто называют такую технологическую операцию, – это процесс, при котором заготовка из металла под воздействием давления подвергается пластической деформации.

В результате такого воздействия, для оказания которого используется специальное оборудование, из заготовки формируется готовое изделие требуемых размеров и формы. Деформирование металлической заготовки может выполняться с ее предварительным нагревом, тогда такой процесс называется горячей штамповкой.

Если же никакого предварительного термического воздействия на заготовку не оказывается, тогда выполняется холодная штамповка металла.

Классификация основных операций штамповки

При выполнении холодной штамповки металла используется специальная технологическая оснастка. При этом металл, из которого сделана заготовка, подвергается дополнительному упрочнению. Между тем при выполнении холодной штамповки металла ухудшается его пластичность.

Повышение прочности заготовки при выполнении холодной штамповки приводит к увеличению хрупкости металла, что является достаточно негативным фактором. Чтобы избежать этого, между технологическими операциями, из которых состоит штамповка деталей в холодном состоянии, выполняют термическую обработку заготовки – рекристаллизационный отжиг.

В готовых изделиях, которые в процессе производства были подвергнуты такой термической обработке, оптимально сочетаются параметры прочности и пластичности.

Виды холодной штамповки

Для того чтобы изменить изначальные геометрические параметры металлического листа в нескольких направлениях, применяется холодная объемная штамповка. Чтобы не увеличить сопротивление металла и, соответственно, не снизить его текучесть, такую технологическую операцию выполняют при температуре, которая не превышает ковочную.

Вырубка шайб – простейший пример холодной штамповки

Используя данную технологию, которая требует применения специального оборудования, изготавливают изделия повышенной точности, без таких дефектов, как горячие трещины, царапины, заусенцы и риски, участки, подвергнутые усадке металла.

Однако из-за того, что штамповочный пресс, используемый для выполнения объемной ХШ, вынужден преодолевать огромное сопротивление ненагретого металла, получить с его помощью детали сложной конфигурации проблематично.

В таких случаях лучше использовать не холодную, а горячую штамповку.

Еще одним видом обработки металла давлением, при выполнении которой заготовки не подвергаются предварительному нагреву, является холодная листовая штамповка.

При выполнении обработки по данному методу в качестве заготовок могут выступать лист, лента или полоса, изготовленные из металла.

Толщина стенок обрабатываемой детали при использовании такой технологии практически не изменяется, а получить пространственные изделия можно только из пластичных металлов.

Этапы изготовления штампов

Большую роль в обеспечении требуемого качества готового изделия играет проектирование штампов для холодной штамповки, за счет которых и происходит формирование детали с требуемыми геометрическими параметрами. Выполняться рабочие чертежи таких рабочих инструментов, устанавливаемых на штамповочных прессах, могут как в двух-, так и в трехмерном формате. Для решения этой задачи требуются соответствующие знания и навыки.

Разработка чертежа и последующее изготовление штампа, используемого для холодной штамповки, выполняются в несколько этапов:

• составление эскиза будущего штампа;
• изучение схемы, по которой будет выполняться раскрой материала, проверка такой схемы посредством специальной компьютерной программы;
• редактирование эскиза, если в том есть необходимость;
• окончательная проверка размеров разработанного штампа;
• обозначение положения и точных размеров отверстий, которые будут выполнены на рабочей поверхности штампа.

При разработке штампов часто приходится выбирать между качеством будущей детали и экономичностью производства

Разрабатывая штампы для холодной штамповки, необходимо разбить чертеж готового изделия на отдельные части и внимательно изучить их. После того как такая процедура будет выполнена, осуществляют производство штампов.

При этом необходимо уделить особое внимание требованиям, которые предъявляются к параметрам готового изделия.

Большая часть штампов изготавливается из углеродистой или легированной стали, но иногда используются и сплавы алюминия и меди

В таком вопросе, как выполнение холодной штамповки металлической заготовки, значение имеют очень многие параметры, к которым, в частности, относятся последовательность выполнения технологических операций, распределение материала в полости рабочего инструмента, используемое оборудование и режимы обработки.

К процессу изготовления штампов для холодной штамповки также предъявляются серьезные требования, поскольку именно от точности данного инструмента зависит качество формируемого изделия.

Штамповка деталей, при которой в качестве заготовки используется листовой металл, может включать в себя целый перечень механических операций. Такими операциями, в частности, являются резка, вырубка, выдавливание, гибка, холодная высадка, формовка, обжим и вытяжка. При этом резка, вырубка и ряд других технологических операций относятся к разделительным операциям, а холодная высадка, формовка, гибка и др. – к формоизменяющим.

https://www.youtube.com/watch?v=MryR5W7Wp8w

Типы разделительных операций листовой штамповки

Типы формоизменяющих операций листовой штамповки

После штамповки изделие может быть подвергнуто и ряду вспомогательных операций, к которым относятся отжиг и травление. При помощи таких операций готовому изделию придаются требуемые механические характеристики. Чтобы повысить износостойкость изделий, полученных методом холодной штамповки, на их поверхность наносят различные защитные покрытия.

Если заготовку из листового металла необходимо подвергнуть объемной штамповке, то такая операция может выполняться по двум технологическим схемам.

Первая из них состоит из трех операций:

1. предварительной термической обработки заготовки (это необходимо для того, чтобы снизить прочность металла);
2. подготовки поверхности заготовки к выполнению штамповки;
3. непосредственно самой штамповки.

При выполнении холодной штамповки по второй технологической схеме к трем вышеуказанным этапам добавляется еще один – предварительная подготовка мерных заготовок, из которых и будут формироваться готовые изделия.

Источник: http://met-all.org/obrabotka/prochie/holodnaya-shtampovka-metalla-izgotovlenie-shtampov.html

Особенности и технологии холодной штамповки

Холодная штамповка считается передовым методом в обработке металлов. С помощью этой технологии можно изготавливать различные детали, формы и конструкции. Весь процесс упрощается за счёт того, что после холодной обработки детали не требуют дополнительного термического воздействия и готовы к использованию. Чтобы понимать, как получаются готовые конструкции и формы, необходимо разобраться с особенностями процесса.

История возникновения процесса

Штамповка изделий из металла претерпевала изменения на протяжении всей истории. Первый подъём в этом процессе был отмечен в 1850-ее годы. С этого периода времени в штамповке металлов начали применяться станки, благодаря чему улучшилось качество готовой продукции.

Следующий подъём в процессе штамповки произошёл в 20 веке. Благодаря развитию новых технологий начала активно развиваться сфера автомобилестроения. С помощью штамповки изготавливались детали корпуса и внутренних механизмов автомобиля.

В 1930-е годы процесс штамповки начал использоваться в корабле- и самолетостроении. Спустя 20 лет эта технология получила популярность в области ракетостроения.

Существует несколько причин, объясняющих рост популярности этой технологии обработки деталей:

1. Можно производить как готовые детали, так и заготовки для дальнейшей обработки. Форма и параметры могут быть любыми.
2. В процессе штамповки можно изготавливать детали малой массы и высокой прочности.
3. Высокая точность работ исключает необходимость в дополнительной обработке детали другими инструментами.
4. Роторно-конвеерная линия, работающая автоматически, облегчала и ускоряла процесс производства.

С помощью холодной штамповки можно изготавливать конструкции и детали различных форм, однако касательно размеров есть ограничения. Эта технология рассчитана на производство заготовок массой до 1 тонны. Если нужна деталь большей массы, применять холодный способ обработки металла нецелесообразно.

Краткая характеристика

При холодной листовой штамповке заготовки обрабатываются на специальном оборудовании под большим давлением. Изменяется их форма и размер. Другие геометрические характеристики деталей остаются в изначальном состоянии.

В процессе штамповки металл становится гораздо прочнее. Однако при повышении прочности, увеличивается хрупкость металла. Чтобы снизить влияние этого негативного фактора на состояние готовой детали, проводится дополнительный процесс термической обработки. Называется он рекристаллизационный отжиг. Благодаря проведению этого этапа достигаются оптимальные показатели хрупкости и прочности металла.

Принцип проведения работы

Существует горячая и холодная обработка металлов. Если в процессе изготовления не используются этапы с использованием высоких температур (кроме рекристаллизационного отжига), значит, обработка называется холодной.

Процесс проходит с использованием специальных штампов, в которых металл упрочняется под воздействием высокого давления. В качестве заготовок используется металл, который прошёл этап прокатки. На выходе получается лист или полоса, которую сворачивают в рулон и передают на штамповочную обработку. особенность этого процесса — температура до которой разогреваются заготовки должна равняться или быть ниже ковочной.

Оборудование и материалы

Для выполнения холодной штамповки важно правильно выбирать материалы. Чтобы делать детали различных форм и габаритов, используется низкоуглеродистая и легированная сталь, латунь, медь, магниевые сплавы. Очень популярна алюминиевая штамповка, в которой используется алюминий и его сплавы.

При изготовлении заготовок используется специальное оборудование. К нему относятся автоматы и прессы.

Прессовочные станки разделяются на две группы:

1. Механические. К этой группе относится однопозиционное и многопозиционное оборудование. Во многопозиционных станках можно совмещать несколько операций, что ускоряет производство.
2. Гидравлические. Они используются при мелкосерийном производстве. С помощью гидравлических прессов производят детали удлинённой формы. Такое оборудование обладает множеством преимуществ. Гидравлические прессы не боятся больших нагрузок, в них доступна регулировка усилий, появляется возможность изменять скорость движения ползуна. Если снизить скорость рабочей части в момент её соприкосновения с заготовкой, можно уменьшить динамический удар. Однако у гидравлических прессов есть серьёзные недостатки. Они имеют низкую производительность. Дополнительно к этому подвижный механизм имеет неравномерную скорость хода, из-за чего он быстро выходит из строя или повреждает заготовки.

Автоматы для проведения холодной штамповки могут выполнять различные операции — осадка, выдавливание, высадка, обжим, отрезка, калибровка, чеканка. От количества операций зависит возможность изготавливать сложные детали.

Прогрессивные способы штамповки листового металла

Существует несколько инновационных методов холодной штамповки:

1. Обработка жидкостью. С помощью высокого давления и жидкости происходит деформация металла. В итоге он принимает форму матрицы. Этот способ используют для изготовления полых, продолговатых деталей.
2. Штамповка взрывом. Чтобы изменить форму металла, используются взрывчатые газы (гексоген, метан, пропан). Благодаря взрыву создаётся высокое давление. Из-за этого изначальная заготовка принимает форму подготовленного заранее штампа. Давление, которое создают взрывчатые газы, позволяет производить детали большого размера и сложных форм. Главное преимущество такой обработки — минимальные затраты на обработку заготовок и исключение необходимости приобретения дорогостоящего оборудования.
3. Обработка резиной. Этот способ используется только для обработки тонколистового металла (до 2 мм).
4. Электрогидравлическая обработка. Особенность этого метода в том, что электрический заряд большого напряжения является энергоносителем. Разряд проходит по жидкости и вызывает ударную волну. Под воздействием давления изменяется форма заготовки. Ключевые преимущества этого метода — высокая точность и малые затраты энергии на производственный процесс.

Каждый год появляются новые технологии обработки металлов, которые экономичнее и производительнее старых.

Какие операции подразумевает холодная штамповка

Холодная штамповка металла подразумевает наличие различных этапов обработки заготовок. Их можно разделить на две большие группы:

1. Разделительные операции. К ним относится грубая обработка заготовок. Сюда входят операции по вырезке, отрезке, обрезке, создании надрезов, зачистки листов, вырубке отверстий.
2. Формоизменяющие операции. Сюда относится обжимка заготовок, калибровка, правка, осадка, высадка, формовка, чеканка, клеймение, гибка.

Также в отдельную группу можно выделить комбинированные операции, которые представляют собой соединение нескольких методов обработки. Таким образом удешевляются детали, получаемые холодной штамповкой.

Технология процесса

Технология обработки металла холодным методом подразумевает под собой выбор одной из нескольких операций:

1. Выдавливание. Используется для изготовления прутковых заготовок.
2. Холодная высадка. С помощью этого способа производят заклёпки, болты, гайки, шпильки, винты.
3. Формовка. Для этой операции используются закрытые и открытые штампы. Таким образом изготавливаются детали сложной формы.

В первую очередь, составляется эскиз штампа. Затем проводится проверка и подгонка его размеров на компьютере. Обозначаются технологические отверстия в рабочих поверхностях штампа. Изготавливается форма. Для снижения прочности металла, заготовка подвергается термической обработке.

Подготавливается поверхность будущей детали. Проводится штамповка выбранным способом.

Холодная штамповка металла подходит для серийного производства деталей и предметов различной формы. Главное ограничение — размер готовой конструкции.

Если нужно изготовить большую деталь, то желательно выбрать горячий способ обработки.

Источник: https://metalloy.ru/obrabotka/shtampovka/holodnyj-metod