Кузов автомобиля, корпус стиральной машины, металлическая посуда, монеты, крепёж и детали электроники объединяет одно: большинство из них получено одним и тем же способом.
Металлическую заготовку помещают в специальную оснастку, пресс сжимает её, и за доли секунды получается деталь нужной формы. Этот процесс знаком каждому по результату, хотя мало кто задумывается о том, как он устроен.
Штамповка встречается и в декоративной обработке металла. Многие элементы, которые украшают ограды, перила и мебель, изготавливают на прессах: стилизованные листья, пики, розетки и накладки. Например, кованые кровати нередко сочетают выкованные вручную завитки с такими штампованными деталями, что позволяет получить богатый декор при разумной трудоёмкости.
Ниже разберём, что такое штамповка металла, какие бывают её виды, какое оборудование используется и где применяется этот метод.
Что такое штамповка металла
Штамповка металла — это метод обработки металлов давлением, при котором заготовка меняет форму и размеры в результате пластической деформации. Изменение формы происходит в специальном инструменте — штампе, а усилие создаёт пресс или молот.
Штамп представляет собой оснастку из двух основных частей. Верхняя часть, пуансон, давит на заготовку, а нижняя, матрица, задаёт контур будущей детали. Металл, зажатый между пуансоном и матрицей, принимает форму полости или вырезается по контуру.
Если коротко отвечать на вопрос, что такое штамповка, это способ быстро превратить лист, пруток или кусок металла в готовую деталь с заданными размерами. Главное отличие от свободной ковки в том, что форму задаёт не мастер ударами молота, а сам инструмент, поэтому все детали в партии получаются одинаковыми.
Основные виды штамповки
Существующие виды штамповки принято делить по двум признакам: по типу заготовки и по температуре обработки. По первому признаку различают листовую и объемную штамповку, по второму — холодную и горячую.
| Вид | Заготовка | Что получают |
|---|---|---|
| Листовая | Лист, полоса, лента | Корпуса, панели, кронштейны, посуду, шайбы |
| Объемная | Пруток, болванка, слиток | Валы, шестерни, шатуны, детали крепежа, инструмент |
| Холодная | Металл без нагрева | Детали с высокой точностью и чистой поверхностью |
| Горячая | Металл, нагретый до пластичного состояния | Крупные и сложные детали из прочных сплавов |
Листовая штамповка
Заготовкой служит лист металла, полоса или лента. Толщина изделия в ходе обработки обычно меняется незначительно. Технология листовой штамповки включает две группы операций.
Разделительные операции отделяют одну часть металла от другой:
- вырубка — получение плоской детали по замкнутому наружному контуру;
- пробивка — получение отверстий;
- отрезка — отделение части заготовки по незамкнутому контуру;
- надрезка и обрезка кромок.
Формоизменяющие операции меняют форму заготовки без её разрушения:
- гибка — получение изгибов и профилей;
- вытяжка, в том числе глубокая вытяжка, при которой из плоского листа получают полые изделия: стаканы, корпуса, кастрюли;
- отбортовка — формирование бортов вокруг отверстий и по краям;
- формовка — создание рельефа, рёбер жёсткости, выпуклых узоров.
Листовая штамповка используется в автомобилестроении, производстве бытовой техники, электроники, мебельной фурнитуры и многих других изделий.
Объемная штамповка
При объемной штамповке металл течёт по всему объёму и заполняет полость штампа. Заготовкой служит пруток или кусок металла, а готовая деталь может сильно отличаться от исходной формы. Этот метод позволяет получать изделия сложной формы с хорошими механическими свойствами, поскольку волокна металла располагаются по контуру детали.
Объемную штамповку выполняют в открытых штампах, где излишек металла выходит в заусенец (облой), и в закрытых, где облоя почти нет. Облой затем удаляют на обрезном прессе.
Холодная и горячая штамповка
Холодная штамповка
Холодная штамповка выполняется без предварительного нагрева заготовки. Чаще всего так обрабатывают листовой металл, а также пластичные металлы и сплавы: малоуглеродистую сталь, алюминий, медь, латунь. Детали получаются с высокой точностью размеров и хорошим качеством поверхности, поэтому часто не требуют последующей механической обработки.
При деформации без нагрева металл упрочняется, поэтому холодная штамповка требует больших усилий, а для сложных деталей иногда нужно несколько переходов с промежуточным отжигом.
Горячая штамповка
Горячая штамповка выполняется после нагрева заготовки до температуры, при которой металл становится пластичным. В таком состоянии он легче течёт и заполняет полость штампа, а для деформации требуется меньшее усилие. Технологии горячей штамповки применяют для крупных деталей и прочных сплавов.
Горячей объемной штамповкой изготавливают коленчатые валы, шатуны, шестерни, рычаги и другие нагруженные детали. Недостаток метода — окалина и меньшая точность по сравнению с холодной обработкой, поэтому после горячей объемной штамповки детали часто дополнительно обрабатывают на станках.
Как проходит процесс штамповки
Технологический процесс зависит от детали и вида обработки, но в общем виде включает следующие этапы:
- Разработка чертежа детали и технологии её изготовления.
- Проектирование и изготовление штампов.
- Подготовка металлических заготовок: резка листа на полосы, отрезка прутков, при горячей обработке — нагрев.
- Штамповка на прессе за одну или несколько операций.
- Удаление облоя, заусенцев, при необходимости термическая и механическая обработка.
- Контроль размеров и качества готовых деталей.
Изготовление штампов — самый трудоёмкий и затратный этап. Инструмент делают из прочных инструментальных сталей, с точной обработкой рабочих поверхностей. Зато после этого оснастка позволяет выпускать большое количество одинаковых деталей.
Штамповочное оборудование
Для обработки металлов давлением используют разные машины. Их выбор зависит от вида штамповки, размеров детали и объёма выпуска.
- Кривошипные прессы — наиболее распространённое оборудование для листовой и объемной штамповки, отличаются высокой производительностью.
- Гидравлические прессы — развивают большое усилие и удобны для глубокой вытяжки и крупных деталей.
- Штамповочные молоты — используются в основном для горячей объемной штамповки.
- Листогибочные прессы и автоматические линии с подачей ленты.
Штамповочное оборудование часто объединяют в автоматизированные линии, где заготовка последовательно проходит через несколько штампов. Существуют и штампы последовательного действия, в которых за один ход пресса на ленте выполняется несколько операций одновременно.
Какие металлы подходят для штамповки
Результат во многом зависит от материала. Для штамповки важна пластичность: способность металла деформироваться без трещин. Чаще всего обрабатывают:
- низкоуглеродистые стали, которые хорошо гнутся и вытягиваются;
- легированные и конструкционные стали, как правило в горячем состоянии;
- нержавеющие стали для посуды, медицинских и пищевых изделий;
- алюминий и его сплавы, востребованные там, где важен малый вес;
- медь и латунь для электротехники и декоративных изделий;
- титановые сплавы в авиационной и космической отраслях.
Чем ниже пластичность материала, тем чаще его штампуют в горячем состоянии или делят обработку на несколько переходов с промежуточной термообработкой.
Типичные дефекты и как их избегают
Даже хорошо налаженный процесс штамповки может давать брак. Основные причины связаны с неверно подобранным режимом, износом инструмента или неподходящим материалом.
При листовой обработке
При вытяжке возможны разрывы стенок, если металл деформируется слишком сильно за один переход, и складки по фланцу, если лист недостаточно прижат. При вырубке и пробивке на кромках появляются заусенцы, когда зазор между пуансоном и матрицей подобран неправильно или режущие кромки затупились. При гибке деталь может пружинить, то есть частично возвращаться к исходной форме, поэтому угол на штампе делают с учётом этого эффекта.
При объемной обработке
Для горячей объемной штамповки характерны недоштамповка, когда металл не заполняет полость полностью, зажимы и наплывы на поверхности, а также смещение половин штампа. Причинами обычно становятся неверный объём заготовки, недостаточный нагрев или износ ручьёв штампа. Чтобы избежать брака, технологи рассчитывают форму и массу заготовки, контролируют температуру и регулярно проверяют состояние инструмента.
Где применяется штамповка
Штамповка применяется практически во всех отраслях, где нужны металлические изделия в больших количествах:
- автомобилестроение: кузовные панели, кронштейны, детали подвески и двигателя;
- производство бытовой техники и электроники: корпуса, шасси, контакты;
- авиация и машиностроение: ответственные детали из прочных сплавов;
- строительство: крепёж, профили, соединительные элементы;
- производство посуды, инструмента, фурнитуры;
- чеканка монет и медалей;
- декоративная металлообработка: элементы для оград, ворот, мебели.
Метод особенно выгоден в серийном производстве и при организации массового производства, когда затраты на изготовление штампов окупаются большим объёмом выпуска.
Преимущества и недостатки
Достоинства метода
Штамповка деталей ценится по ряду причин:
- высокая производительность и высокая скорость изготовления;
- одинаковые размеры всех деталей в партии;
- экономный расход металла по сравнению с обработкой резанием;
- возможность получать детали сложной формы за одну или несколько операций;
- хорошие механические свойства изделий благодаря правильному расположению волокон металла;
- простота автоматизации.
Ограничения
Главный недостаток — высокая стоимость и длительный срок изготовления штампов. Для каждой детали нужен специальный инструмент штампа, поэтому при выпуске небольшой партии штамповка часто оказывается невыгодной. Кроме того, у метода есть ограничения по толщине и пластичности материала, а изменение конструкции детали требует переделки оснастки.
Чем штамповка отличается от других способов обработки
Чтобы лучше понять место метода среди других технологий, полезно сравнить его с основными альтернативами.
| Способ | Принцип | Когда выгоден |
|---|---|---|
| Штамповка | Деформация заготовки в штампе | Крупные серии одинаковых деталей |
| Свободная ковка | Деформация ударами без формы | Единичные и крупные поковки |
| Литьё | Заливка расплава в форму | Детали сложной объёмной формы |
| Механическая обработка | Снятие слоя металла резанием | Точные детали, малые партии |
| Лазерная резка | Раскрой листа лучом без оснастки | Мелкие серии, частая смена контура |
На практике эти методы часто сочетают. Например, деталь получают горячей штамповкой, а посадочные поверхности доводят на станке.
Итоги
Штамповка металла остаётся одним из самых распространённых методов обработки металлических заготовок. Она позволяет получать детали с высокой точностью и стабильным качеством в больших количествах, а выбор между листовой и объемной, холодной и горячей технологией зависит от формы изделия, материала и объёма выпуска. Именно поэтому этот метод лежит в основе производства многих металлических изделий, которые окружают человека каждый день.