деформация металлических заготовок с целью придания им определенной формы
Штамповка
Штамповка — 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:
Содержание
История кузнечно-штамповочного производства
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
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:
Горячая объёмная штамповка
Горячая объёмная штамповка — это вид обработки металлов давлением, при которой формообразование поковки из нагретой 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 объемной 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 приемами 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. Штамповкой в открытых штампах можно получить поковки всех типов.
Штамповка в закрытых штампах характеризуется тем, что полость штампа в процесс деформирования остается закрытой. Зазор между подвижной и неподвижной частями штампа постоянный и небольшой, образование в нем 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 объемов 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.
Валковая штамповка
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.
Штамповка
Полезное
Смотреть что такое «Штамповка» в других словарях:
ШТАМПОВКА — ШТАМПОВКА, штамповки, мн. нет, жен. Действие по гл. штамповать. Штамповка изделий. Толковый словарь Ушакова. Д.Н. Ушаков. 1935 1940 … Толковый словарь Ушакова
Штамповка — деформация металлических заготовок с целью придания им определенной формы. При штамповке используются молоты, прессы, штампы. Различают холодную и горячую штамповку, листовую и объемную штамповку. По английски: Stamping См. также: Обработка… … Финансовый словарь
штамповка — штампование, эспандирование, отбортовка, закатка Словарь русских синонимов. штамповка сущ., кол во синонимов: 7 • виброштампование (2) • … Словарь синонимов
штамповка — Обработка металлов давлением с помощью штампа Примечание. Штамповка может быть осуществлена в штампе, закрепляемом на рабочем органе кузнечно штамповочной машины, или незакрепляемом [ГОСТ 18970 84] [ГОСТ 3.1109 82] Тематики оборуд. для… … Справочник технического переводчика
ШТАМПОВКА — способ обработки давлением металлов и других материалов, при котором форма и размеры изделия определяются конфигурацией инструмента штампа. Различают штамповку объемную и листовую, горячую и холодную, прессовую и молотовую. Штамповкой называют… … Большой Энциклопедический словарь
ШТАМПОВКА — ШТАМПОВКА, способ обработки давлением металлов и других материалов, при котором форма и размеры изделия определяются формой и размерами штампа. Различают объемную и листовую, горячую и холодную, прессовую и молотовую штамповки. см. также… … Научно-технический энциклопедический словарь
штамповка — ШТАМПОВАТЬ, пую, пуешь; ованный; несов., что. Толковый словарь Ожегова. С.И. Ожегов, Н.Ю. Шведова. 1949 1992 … Толковый словарь Ожегова
ШТАМПОВКА — способ обработки металлов давлением, при котором форма изделий определяется формой штампов. В зависимости от температуры обрабатываемого изделия различают горячую Ш. и холодную Ш. Самойлов К. И. Морской словарь. М. Л.: Государственное Военно… … Морской словарь
ШТАМПОВКА — способ обработки металла давлением, при к ром форма изделия определяется формой штампов. Быстрота производства, точность и однообразие изделий обусловливают широкое применение Ш. в массовом производстве. На жел. дор. тр те III. (холодной и… … Технический железнодорожный словарь
штамповка — тех. способ горячей или холодной обработки металлов давлением, при котором форма изделия определяется формой штампов Большой словарь иностранных слов. Издательство «ИДДК», 2007 … Словарь иностранных слов русского языка
ШТАМПОВКА — изделие, изготовленное (см.) … Большая политехническая энциклопедия
Классификация способов получения заготовок пластическим деформированием и их сущность.
Основными процессами обработки металлов пластическим деформированием являются: прокатка, волочение, ковка, штамповка.
Различают три способа прокатки: продольную, поперечную и поперечно-винтовую (косую) (рис.11.2).
Рис. 11.2. Схемы основных видов прокатки: а – продольная; б – поперечная; в – поперечно – винтовая
Основным способом, при помощи которого производят до 90% всего проката, является продольная прокатка, в процессе которой металл подвергается обжатию между вращающимися на встречу друг другу параллельными валками. Валки могут быть цилиндрическими гладкими, либо с канавами различной формы (квадрат, круг, уголок). Совокупность соответствующих вырезов в верхнем и нижнем валках называется калибром. Поэтому сортамент стального проката делится на следующие группы: сортовой прокат, листовой прокат, трубы и профили специального назначения. Технологическая схема современного прокатного производства содержит следующие обязательные элементы: подготовка исходного материала, нагрев его, прокатка, отделка. Процесс прокатки осуществляется следующим образом (рис. 11.4). Полоса высотой Н силами трения, возникающими между ее поверхностью и поверхностью валков, втягивается в щель между валками, высота которой меньше начальной высоты полосы и обжимается до размера h. Разность меду начальным Н и конечным h размерами называется абсолютным обжатием.
Рис. 11.4. Схема процесса прокатки
В момент захвата металла со стороны каждого валка действуют на металл две силы: нормальная сила N и касательная сила трения T (рис. 11.4).
Одновременно с уменьшением сечения полосы и увеличением ее длинны, наблюдаются некоторые увеличения ее поперечных размеров, называемое уширением. Величина уширения зависит от величины обжатия, диаметра валков, коэффициента трения и т.д. Уширение влияет на точность и качество прокатываемых профилей. При малой его величине калибр не будет заполняться и возможно получение не полностью оформленного профиля.
Прессование – вид обработки давлением, при котором металл выдавливается из замкнутой полости через отверстие в матрице, соответствующее сечению прессуемого профиля.
Прессование изделий отличается высокой точностью, а изделия – качеством поверхности. Сущность процесса заключается в том, что металл, помещенный в замкнутый объем – контейнер, подвергается высокому давлению и выдавливается сквозь отверстие, принимая его форму. Существует два метода прессования – прямой и обратный. При прямом прессовании движение пуансона пресса и истечение металла через отверстие матрицы происходят в одном направлении. При прямом прессовании требуется прикладывать значительно большее усилие, так как часть его затрачивается на преодоление трения при перемещении металла заготовки внутри контейнера. Пресс-остаток составляет 18…20 % от массы заготовки (в некоторых случаях – 30…40 %). Но процесс характеризуется более высоким качеством поверхности, схема прессования более простая.
При обратном прессовании прутков в контейнер входит не пресс – шайба, а полый пуансон с матрицей в виде кольца. Матрица давит на заготовку и металл течет в отверстие матрицы на встречу движению пуансона. Обратное прессование требует меньших усилий, пресс-остаток составляет 5…6 %. Однако меньшая деформация приводит к тому, что прессованный пруток сохраняет следы структуры литого металла. Конструктивная схема более сложная.
Прямым методом получают тонкостенные трубы и стержни. Обратный метод используется для производства полых деталей симметричной формы с закрытым дном с цилиндрическими, коническими и ступенчатыми отверстиями.
При прессовании металл подвергается всестороннему неравномерному сжатию и имеет очень высокую пластичность.
К основным преимуществам процесса относятся:
· возможность обработки металлов, которые из-за низкой пластичности другими методами обработать невозможно;
· возможность получения практически любого профиля поперечного сечения;
· получение широкого сортамента изделий на одном и том же прессовом оборудовании с заменой только матрицы;
· высокая производительность, до 2…3 м/мин.
· повышенный расход металла на единицу изделия из-за потерь в виде пресс-остатка;
· появление в некоторых случаях заметной неравномерности механических свойств по длине и поперечному сечению изделия;
· высокая стоимость и низкая стойкость прессового инструмента;
Один из сравнительно новых и весьма перспективных способов прессования, при котором повышается пластичность металла и уменьшается влияние вредных сил трения, является прессование жидкостью высокого давления. Этот способ называется гидроэкструзией (рис. 11.5). Сущность способа заключается в том, что заготовка деформируется не жестким пуансоном, а жидкостью, подаваемой в полость контейнера.
К преимуществам процесса относятся:
1. Значительное повышение пластичности обрабатываемого металла под воздействием жидкости высокого давления и возможность его деформации с высокими скоростями и степенями обжатия.
2. Отсутствие неравномерности деформации ввиду исключения вредного воздействия сил трения и более благоприятный характер истечения металла из матрицы.
3. Значительное снижение удельного давления прессования (на 30-40%) ввиду исключения сил трения по стенкам контейнера и возможность использования заготовки любой формы.
4. Возможность деформации в холодном (теплом) состоянии, что повышает точность, чистоту и качество поверхности изделия, исключает отходы металла при нагреве, травлении и механической обработке.
5. Резкое повышение стойкости матриц за счет тонкого слоя жидкости между металлом и поверхностью инструмента.
6. Значительное улучшение структуры и свойств обработанного металла.
7. Возможность обработки хрупких в обычных условиях металлов и материалов типа металлокерамики. Улучшение после обработки механических свойств труднообрабатываемых хрупких металлов.
Метод гидроэкструзии не лишен ряда недостатков:
1. Сложность конструкции и эксплуатации оборудования, связанная с необходимостью создания и поддержания давления жидкости до 3000 МПа.
2. Резкое возрастание скорости движения экструдируемого изделия, которая при выходе детали из матрицы достигает скорости вылета пули. Указанное явление требует создания специальных тормозящих устройств или осуществления процесса с оставлением пресс-остатка, что увеличивает расход металла.
3. Необходимость проведения предварительной заточки переднего конца заготовки (по профилю матрицы), чистовая обработка поверхности заготовки на станках, приготовление и нанесение на нее специальных смазок и защитных покрытий.
Несмотря на отмеченные недостатки применение гидроэкструзии незаменимо при получении изделий из трудно деформируемых материалов, изделий с большими степенями деформации, при необходимости получения комплексного улучшения физико-химических и эксплуатационных свойств обработанного металла, для изготовления тонкостенных труб и профилей высокой точности, изделий из многослойных, композиционных, порошковых и других материалов.
Рис.11.5. Схема прессования жидкостью высокого давления: 1 – заготовка; 2 – жидкость высокого давления; 3 – контейнер; 4 – матрица
В зависимости от заданных давлений и температуры обрабатываемого металла (холодная обработка или тепловая деформация с подогревом до 200-700 о С, горячее выдавливание при 700-1200 С) при гидроэкструзии применяют различные типы жидкостей: жидкое стекло, глицерин, вода, масло, силикон, керосин, расплавы солей и др. В качестве смазок применяются: дисульфид молибдена, графит, касторовое масло, оксид цинка и др.
Волочение. Сущность процесса волочения состоит в деформации металла путем протягивания через сужающийся по длине канал рис. 11.6. Каналы могут быть различного профиля. Матрица и ее отверстия (фильеры) изготавливаются из закаленной стали, твердых сплавов. Усилие волочения определяется, в значительной степени, силами трения на поверхности металл – фильера. При волочении изменяется профиль поперечного сечения с одновременной вытяжкой по длине.
Смазки бывают жидкими (касторовое масло, олифа, минеральные масла), жидкие с добавлением талька, порошка графита; сухие (порошки, мыла и др.). Процесс волочения многократен и чередуется с большим количеством промежуточных отжигов, травлений, смазок и др.
Волочением получают проволоку диаметром 0,002…4 мм, прутки и профили фасонного сечения, тонкостенные трубы, в том числе и капиллярные. Длина протягиваемых прутков ограничивается размерами станины и не превышает обычно 15 м. Волочение применяют также для калибровки сечения и повышения качества поверхности обрабатываемых изделий. Волочение чаще выполняют при комнатной температуре, когда пластическую деформацию сопровождает наклеп, что способствует повышению механических характеристик металла, например, предел прочности возрастает в 1,5…2 раза. Выделяющееся в процессе волочения тепло отводят с помощью эмульсии или обдува воздухом.
Ковка заготовок. Ковкой называют пластическую деформацию металла, при которой изменения его профиля происходит в том направлении, где металл встречает наименьшее сопротивление. При ковке деформирование нагретого (реже холодного) металла осуществляется или многократными ударами молота или однократным давлением пресса.
Формообразование при ковке происходит за счет пластического течения металла в направлениях, перпендикулярных к движению деформирующего инструмента. Ковкой получают разнообразные поковки массой до 300 т.
Основными операциями ковки можно назвать следующие: протяжка, осадка, гибка, прошивка, рубка, закручивание, обжимка и др.
Протяжка (вытяжка) – кузнечная операция, в результате которой происходит увеличение длины заготовки за счет уменьшения площади ее поперечного сечения. Протяжка не только изменяет форму заготовок, но и улучшает качество металла. Операция заключается в нанесении последовательных ударов и перемещении заготовки, при этом между бойками во время удара находится только часть заготовки. После каждого обжатия заготовка продвигается на величину, меньшую, чем длина бойка. Эта операция применяется для изготовления для изготовления поковок с удлиненной осью: шатунов, тяг и.т.д.
Рубка – полное отделение части заготовки по незамкнутому контуру путем внедрения в заготовку деформирующего инструмента. Этот способ применяется для крупных заготовок и слитков.
Осадка – операция обработки давлением, в результате которой уменьшается высота и одновременно увеличиваются поперечные размеры заготовок.
Прошивка – операция получения в заготовке сквозных или глухих отверстий за счет вытеснения металла.
Гибка – операция придания заготовке или ее части изогнутой формы по заданному контуру Этой операцией получают угольники, скобы, крючки, кронштейны.
Скручивание – операция, заключающаяся в повороте одной части поковки вокруг общей оси по отношению к другой ее части под определенным углом. К скручиванию относится и свивание нескольких тонких прутков (проволок) в шнуры.
Кузнечная сварка – соединение в одно целое отдельных частей заготовки. Применяется главным образом в ремонтном деле при ручной и машинной ковке мелких поковок из малоуглеродистых сталей с содержанием углерода 0,15-0,25 %. Температура нагрева металла под сварку должна быть выше ковочной температуры и близка к температуре плавления. С целью предупреждения пережога и для шлакования окалины применяют флюсы (бура, поваренная соль, кварцевый песок).
Ковка в штампах или штамповка является более прогрессивным способом производства заготовок. При этом повышается производительность труда, меньше припуски на последующую обработку. Штамповка – способ изготовления изделий давлением с помощью специального инструмента (штампов), рабочая полость которых определяет конфигурацию конечной штамповки.
Штампы изготавливают из твердых и прочных сталей. Это требует значительных затрат. Однако для большого количества деталей, расходы на изготовление штампов не вызывают удорожание изделий. Изделия штампуются как в нагретом, так и в холодном состоянии. Штамповка может быть как объемной, так и листовой.
Преподаватель отвечает на вопросы по материалам лекции и объявляет задание на самоподготовку: повторить материалы лекции самостоятельно проработать вопрос: Виды напряжений. Упругая и пластическая деформация металлов.