Содержание
Штамповка (штампование) — процесс пластической деформации материала с изменением формы и размеров тела. Чаще всего штамповке подвергаются металлы или пластмассы. Существуют два основных вида штамповки — листовая и объёмная. Листовая штамповка подразумевает в исходном виде тело, одно из измерений которого пренебрежимо мало по сравнению с двумя другими (лист до 6 мм). Примером листовой штамповки является процесс пробивания листового металла, в результате которого получают перфорированный металл (перфолист). В противном случае штамповка называется объёмной. Для процесса штамповки используются прессы — устройства, позволяющие деформировать материалы с помощью механического воздействия.
По типу применяемой оснастки штамповку листовых материалов можно разделить на виды:
- штамповка в инструментальных штампах,
- штамповка эластичными средами,
- импульсная штамповка:
- магнитно-импульсная,
- гидро-импульсная,
Содержание
История кузнечно-штамповочного производства [ править | править код ]
Кузнечное ремесло и кузнечное производство имеют многовековую историю. Человеку давно были известны простейшие кузнечные инструменты для ковки: молот, клещи и наковальня, а также и простейшее нагревательное оборудование — горн. Первая механизация процессов ковки относится к XVI веку, когда стали применять механические рычажные, вододействующие молоты, приводимые энергией водяного потока. При отсутствии гидроэнергии применялись копровые (падающие) молоты.
В 1842 году Джеме Несмит построил первый паровой молот, а в 1846 году Армстронг — первый паровой гидропресс. В том же XIX веке начали применять приводные механические и пневматические молоты, получили развитие кривошипные прессы и другие кривошипные кузнечно-штамповочные машины.
Холодная листовая штамповка [ править | править код ]
Сущность способа заключается в процессе, где в качестве заготовки используют полученные прокаткой лист, полосу или ленту, свёрнутую в рулон. Листовой штамповкой изготовляют самые разнообразные плоские и пространственные детали массой от долей грамма и размерами, исчисляемыми долями миллиметра (например, секундная стрелка ручных часов), и детали массой в десятки килограммов и размерами, составляющими несколько метров (облицовка автомобиля, самолёта, ракеты).
Для деталей, получаемых листовой штамповкой, характерно то, что толщина их стенок незначительно отличается от толщины исходной заготовки. При изготовлении листовой штамповкой пространственных деталей заготовка обычно испытывает значительные пластические деформации. Это обстоятельство вынуждает предъявлять к материалу заготовки достаточно высокие требования по пластичности.
При листовой штамповке чаще всего используют низкоуглеродистую сталь, пластичные легированные стали, медь, латунь, содержащую более 60 % Cu, алюминий и его сплавы, магниевые сплавы, титан и др. Листовой штамповкой получают плоские и пространственные детали из листовых неметаллических материалов, таких, как кожа, целлулоид, органическое стекло, фетр, текстолит, гетинакс и др.
Листовую штамповку широко применяют в различных отраслях промышленности, особенно в таких, как авто-, тракторо-, самолето-, ракето- и приборостроение, электротехническая промышленность и др.
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.
Горячая объёмная штамповка [ править | править код ]
Горячая объёмная штамповка (ГОШ) — это вид обработки металлов давлением, при которой формообразование поковки из нагретой до ковочной температуры заготовки осуществляют с помощью специального инструмента — штампа. Течение металла ограничивается поверхностями полостей (а также выступов), изготовленных в отдельных частях штампа, так что в конечный момент штамповки они образуют единую замкнутую полость (ручей) по конфигурации поковки. В качестве заготовок для горячей штамповки применяют прокат круглого, квадратного, прямоугольного профилей, а также периодический. При этом прутки разрезают на отдельные (мерные) заготовки, хотя иногда штампуют из прутка с последующим отделением поковки непосредственно на штамповочной машине.
Применение объёмной штамповки оправдано при серийном и массовом производстве. При использовании этого способа значительно повышается производительность труда, снижаются отходы металла, обеспечиваются высокие точность формы изделия и качество поверхности. Штамповкой можно получать очень сложные по форме изделия, которые невозможно получить приёмами свободной ковки.
Штамповка в открытых штампах характеризуется переменным зазором между подвижной и неподвижной частями штампа. В этот зазор вытекает часть металла – облой, который закрывает выход из полости штампа и заставляет остальной металл заполнить всю полость. В конечный момент деформирования в облой выжимаются излишки металла, находящиеся в полости, что позволяет не предъявлять высокие требования к точности заготовок по массе. Недостаток такого способа штамповки — необходимость удаления облоя при последующей механической обработке. Штамповкой в открытых штампах можно получить поковки всех типов.
Штамповка в закрытых штампах характеризуется тем, что полость штампа в процессе деформирования остаётся закрытой. Зазор между подвижной и неподвижной частями штампа постоянный и небольшой, образование в нём облоя не предусмотрено. Устройство таких штампов зависит от типа машины, на которой штампуют. Например, нижняя половина штампа может иметь полость, а верхняя – выступ (на прессах), или верхняя – полость, а нижняя – выступ (на молотах). Закрытый штамп может иметь две взаимно перпендикулярные плоскости разъема. При штамповке в закрытых штампах необходимо строго соблюдать равенство объёмов заготовки и поковки, иначе при недостатке металла не заполняются углы полости штампа, а при избытке размер поковки по высоте будет больше требуемого. Отрезка заготовок должна обеспечивать высокую точность.
Холодная объёмная штамповка [ править | править код ]
При холодной объёмной штамповке (ХОШ) температура исходной заготовки ниже ковочной. Это обуславливает высокие значения сопротивления металла штамповочному давлению и существенно меньшую текучесть, что ограничивает возможность получения изделий сложной формы. Однако по сравнению с ГОШ металл не подвергается термическим модификациям, нет усадки при охлаждении и нет риска образования горячих трещин. Точность выполнения поверхностей при ХОШ сопоставима с таковой при обработке металлов резанием, однако после ХОШ на поверхности металла, отсутствуют концентраторы напряжений (риски и царапины). Поэтому методами ХОШ изготавливают высокоточные и (или) высоконагруженные детали, например: шаровые опоры подвески автомобилей, коленчатые валы ДВС, детали втулки несущих винтов вертолётов.
Валковая штамповка [ править | править код ]
Валковая штамповка — формоизменяющая операция обработки металлов давлением, получения осесимметричных деталей из цилиндрической заготовки путём одновременного действия на неё радиальных и осевых нагрузок. Осевая нагрузка заготовки создаётся за счёт перемещения пуансона, а радиальная — за счёт обкатки её боковой поверхности в роликах или валках. Таким образом, валковая штамповка является способом комплексного локального деформирования, в котором в одном технологическом процессе происходит совмещение одной из основных кузнечных операций — прошивки или осадки с поперечной прокаткой или обкаткой. Валковая штамповка позволяет изготавливать круглые в плане сплошные и полые детали, тонкостенные и толстостенные изделия малых размеров, применяемые в приборостроении, а также крупногабаритные детали с высокой точностью и качеством при технологических усилиях на порядок меньших, чем при традиционных методах объёмной штамповки. Комплексное нагружение очага пластической деформации локальным периодическим воздействием с одновременным воздействием через постоянно фиксируемую зону позволяет получить новый технологический эффект, недостижимый другими методами деформирования. Валковая штамповка способствует улучшению физико-механических свойств обрабатываемого металла, обеспечивает требуемое расположение его волокон, что повышает эксплуатационные свойства получаемых деталей. Относительно низкая стоимость оснастки, незначительное время подготовки производства, возможность быстрой переналадки на другой типоразмер детали, использование оборудования небольшой мощности позволяют применять валковую штамповку как в крупносерийном, так и в средне- и мелкосерийном производствах.
Магнитно-импульсная штамповка [ править | править код ]
При магнитно-импульсной штамповке электрическая энергия непосредственно преобразуется в механическую энергию, приводящую к деформации заготовки. Для штамповки заготовку помещают в сильное импульсное магнитное поле, создаваемое соленоидом с подключённой батареей конденсаторов. Под действием этого магнитного поля в заготовке возникают вихревые токи; взаимодействие индуцированного ими магнитного поля с магнитным полем соленоида и приводит к деформации. Процесс проходит за несколько десятков микросекунд [1] .
Точная объемная штамповка изделий из алюминия и стали, главным образом при использовании технологии штампования в закрытых штампах.
Хиодзи ЙОСИМУРА, Кацухиса ТАНАКА и Чан Чин ВАНГ Корпорация «НИЧИДАИ», Такиги, Киотанабе, Киото , Япония
Данная презентация посвящена развитию технологии штамповки в закрытых штампах и ее применению при штамповке автомобильных частей из сплава стали и алюминия. В ней также освещается вопрос использования противодавления в целях достижения формы изделия, приближенной к заданной, при штамповке завитков воздушного компрессора.
Ключевые термины: Штамповка в закрытых штампах, точная штамповка, штамповка с использованием противодавления и завитки воздушного компрессора.
Развитие технологии пластичности, в том числе методов холодной штамповки, сделали автомобильную промышленность Японии одной из наиболее конкурентоспособных на рынке. Годовое производство автомобилей в Японии значительно увеличилось в 60-е годы. Массовое производство стали холодной штамповки было налажено производителями болтов после введения в эксплуатацию в Японии прессов Maypres. На начальном этапе, снижение затрат на производство достаточно простых изделий, таких как шпильки с шаровым наконечником, было достигнуто, в основном, за счет замены традиционного способа машинной обработки на холодную штамповку. Впоследствии технология холодной штамповки стала применяться для производства изделий большего размера, таких как изделия чашеобразной формы, шлицевых валов, валов заднего моста и т. д.
В 70-х годах прошлого века с наступлением энергетического кризиса активно проводятся исследования, направленные на повышение коэффициента использования материалов, снижение энергозатрат на штамповку, замену процессов машинной обработки на высокоточную штамповку. Кроме того, с обострением таких проблем как негативное воздействие процесса штамповки на окружающую среду и повышение среднего возраста квалифицированных рабочих, возрастает необходимость в снижении уровня шума, снижении вибрации и повышении автоматизации штамповочного оборудования.
С 1971 года группа ученых во главе с автором данного доклада проводит различные исследования в поисках оптимального процесса от заготовки до готового изделия (1). Одной из технологий, которой уделяется особое внимание, является «штамповка в закрытых штампах». Был проведен ряд фундаментальных исследований, таких как анализ процесса штамповки в закрытых штампах с пластилином. В 1974 году был разработан 450-тонный многопуансонный гидравлический пресс. На том же прессе были проведены испытания по штамповке и проведена работа по выработке технологий для массового производства (2).
Конечной целью технологии штамповки в закрытых штампах является повышение коэффициента использования материала путем разработки оптимальною процесса, не предусматривающего отхода материала в заусенец, снижение нагрузки при штамповке путем контроля деформации в необходимых направлениях в целях экономии электроэнергии, а также повышение автоматизации процесса штамповки, что позволит снизить потребность в квалифицированных рабочих. В последнее время штамповка в закрытых штампах стала основной технологией, используемой для точной объемной штамповки таких изделий как шарниры равных угловых скоростей (ШРУС), конические зубчатые колеса и др.
Данная презентация посвящена разработке оборудования штамповки в закрытых штампах. Кроме того, в ней приводятся, некоторые примеры точной штамповки изделий из сплавов стали и алюминия.
2. Штамповка в закрытых штампах
Штамповка в закрытых штампах предусматривает использование универсального ползуна в качестве пуансонов для выдавливания материала в предварительно закрытую матрицу для заполнения ее рабочего пространства (Рис. 1). Управляя ходом ползунов можно осуществлять контроль за течением металла для достижения оптимальной деформации. Ход ползунов верхнего и нижнего пуансонов может задаваться в режиме синхронный, асинхронный (Рис. 2) и с противодавлением (Рис. 3) в целях значительного снижения формирующей нагрузки либо повышения качества заполнения рабочего пространства матрицы материалом.
Рис. 1 Метод штампования в закрытых штампах.
Рис 2 Синхронный и асинхронный поступательные движения
Рис 3 Пример использования противодавления
3. Разработка автоматизированного трехцилиндрового гидравлического пресса для штамповки в закрытых штампах
Несмотря на то, что оптимальные условия штамповки можно определить посредством проведения фундаментального эксперимента с пластилином, в конечном счете, необходимо проведение практического тестирования. В этих целях корпорация «Ничидаи» разработала автоматизированные трехцилиндровый гидравлический пресс для штамповки в закрытых штампах (3). Данный пресс способен проводить практическое тестирование. Положение, скорость и давление верхнего и нижнего пуансонов пресса могут устанавливаться индивидуально. Кроме того, заданные данные могут быть сохранены в памяти компьютера и в дальнейшем использованы для моделирования хода.
Таблица 1 Спецификация трехцилиндрового гидравлического пресса.
Рекомендованные сообщения
Создайте аккаунт или войдите в него для комментирования
Вы должны быть пользователем, чтобы оставить комментарий
Создать аккаунт
Зарегистрируйтесь для получения аккаунта. Это просто!
Войти
Уже зарегистрированы? Войдите здесь.
Сейчас на странице 0 пользователей
Нет пользователей, просматривающих эту страницу.
