Холодная штамповка это

Что представляет собой холодная штамповка металла

Холодная штамповка представляет собой технологический процесс формообразования деталей из листового материала при комнатной температуре под воздействием значительного давления. В отличие от горячей обработки, металл не нагревается выше температуры рекристаллизации, что сохраняет его первоначальную структуру и обеспечивает стабильные механические характеристики готовых изделий.

Метод базируется на использовании пластических свойств металлов, которые под действием направленного усилия изменяют форму без разрушения. Заготовка размещается между двумя частями штампа и подвергается деформации, принимая заданную конфигурацию. Скорость выполнения операций зависит от типа пресса и сложности детали: современные быстроходные кривошипные прессы обеспечивают от 60 до 300 ходов в минуту для операций средней сложности, а простые операции вырубки могут выполняться со скоростью до 600-800 ходов в минуту.

Технология обеспечивает коэффициент использования материала до 85-90%, что относит её к малоотходным производствам. При этом толщина заготовки может составлять от долей миллиметра до нескольких миллиметров, а масса готовых изделий варьируется от нескольких граммов до тонны.

Основные операции холодной листовой штамповки

Технологический процесс холодной штамповки включает две основные группы операций, которые различаются по характеру воздействия на материал и конечному результату.

Разделительные операции

Разделительные операции направлены на отделение одной части заготовки от другой по замкнутому или незамкнутому контуру. К ним относятся:

• Отрезка — разделение материала на части по прямой или криволинейной линии с использованием гильотинных ножниц или специализированных штампов.
• Вырубка — получение детали заданной формы по замкнутому контуру, при этом вырубаемая часть является готовым изделием.
• Пробивка — образование отверстий различной конфигурации в заготовке, где удаляемая часть идёт в отход.
• Надрезка и просечка — частичное разделение материала без полного отделения для создания технологических элементов.

Формоизменяющие операции

Формоизменяющие операции изменяют форму и размеры заготовки без нарушения целостности материала:

• Гибка — придание заготовке угловой или криволинейной формы путём изменения углов между её частями.
• Вытяжка — получение полых объёмных изделий из плоской заготовки за счёт утонения стенок. При глубокой вытяжке процесс выполняется в несколько переходов.
• Отбортовка — создание бортов по внутреннему или наружному контуру заготовки, необходимых для усиления конструкции или последующего соединения.
• Обжим — уменьшение диаметра концевой части полого изделия для получения переходов и закруглений.
• Формовка — локальное изменение формы отдельных участков детали без изменения общего контура.

Штамповочное оборудование и прессы

Основным технологическим оборудованием для холодной штамповки являются механические и гидравлические прессы, каждый из которых имеет специфические характеристики и области применения.

Кривошипные механические прессы

Кривошипные прессы представляют собой наиболее распространённый тип оборудования для высокоскоростной штамповки. Рабочее усилие создаётся за счёт преобразования вращательного движения электродвигателя через кривошипно-шатунный механизм в возвратно-поступательное движение ползуна.

Преимущества кривошипных прессов включают высокую производительность, стабильность хода ползуна и простоту автоматизации. Они подразделяются на однокривошипные для выполнения одной операции и многокривошипные для сложных последовательных процессов. Номинальное усилие таких прессов варьируется от 25 до 6300 тонн. Производительность зависит от размера и типа пресса: лёгкие прессы могут работать со скоростью до 300-600 ходов в минуту, средние прессы — 60-200 ходов в минуту, а тяжёлые прессы для крупных деталей — 30-60 ходов в минуту.

Гидравлические прессы

Гидравлические прессы работают на основе закона Паскаля, используя давление жидкости для создания рабочего усилия. Гидроцилиндры, установленные на верхней балке, обеспечивают плавное регулируемое движение ползуна.

Основные достоинства гидравлических прессов — возможность точного контроля усилия на любом участке хода, большая глубина штамповки и способность работать с толстыми заготовками. Скорость работы ниже механических аналогов, но гидравлика незаменима для операций глубокой вытяжки, требующих значительной деформации материала.

Конструкция штампов: пуансон и матрица

Штамп является основным формообразующим инструментом при холодной штамповке. Его конструкция определяет качество и точность готовых изделий.

Матрица — нижняя неподвижная часть штампа с полостью или отверстием, форма которых соответствует конфигурации детали. Матрица закрепляется на нижней плите пресса и служит опорой для заготовки.

Пуансон — верхняя подвижная часть штампа, которая входит в матрицу и оказывает давление на заготовку. Профиль пуансона точно соответствует форме получаемой детали или отверстия.

Зазор между пуансоном и матрицей является критическим параметром, определяющим качество реза и стойкость инструмента. Для стальных заготовок зазор обычно составляет от 5 до 10% толщины материала в зависимости от пластичности металла. При вырубке внешнего контура деталь получается по размеру матрицы, а при пробивке отверстий — по размеру пуансона.

Рабочие поверхности пуансонов и матриц изготавливаются из высокопрочных инструментальных сталей марок Х12МФ, 9ХС, 4Х5МФС с последующей термообработкой до твердости 58-62 HRC. Для повышения стойкости применяется тщательная полировка рабочих поверхностей, а также современные методы упрочнения, включая криогенную обработку и нанесение износостойких покрытий.

Точность размеров при холодной штамповке

Одним из главных преимуществ холодной штамповки является высокая точность получаемых деталей, которая классифицируется согласно системе квалитетов точности по ГОСТ 25346-2013.

Детали, изготовленные методом холодной объёмной штамповки, достигают точности IT9-IT11 (9-11 квалитет), что соответствует допускам в диапазоне от десятых долей до единиц миллиметров в зависимости от размера детали. Листовая штамповка обычных деталей обеспечивает точность в пределах IT11-IT12.

При использовании прецизионной штамповки с высокоточными штампами можно получать детали более высоких квалитетов точности. Это достигается за счёт:

• Изготовления пуансонов и матриц по высоким квалитетам точности с допусками в пределах нескольких микрон
• Применения жёстких прессов с минимальной деформацией станины под нагрузкой
• Использования прогрессивных штампов с направляющими колонками повышенной точности
• Контроля температурных режимов и применения систем стабилизации

Стабильность размеров при массовом производстве обеспечивается конструкцией штампа и правильным выбором зазоров между рабочими элементами.

Качество поверхности штампованных изделий

Холодная штамповка обеспечивает получение деталей с качественной поверхностью, не требующей дополнительной обработки для большинства применений.

Шероховатость поверхности штампованных изделий согласно ГОСТ 2789-73 характеризуется параметром Ra (среднее арифметическое отклонение профиля). При операциях вытяжки и формовки на гладких полированных матрицах достигается шероховатость Ra 0,32-1,25 мкм, что соответствует качественной обработке. Для разделительных операций шероховатость обычно составляет Ra 1,6-6,3 мкм.

Качество поверхности зависит от нескольких факторов:

• Состояния рабочих поверхностей штампа — полировка матрицы и пуансона критически важна для получения гладкой поверхности
• Качества исходного материала — холоднокатаный лист обеспечивает лучший результат
• Применения смазочных материалов — они снижают трение и предотвращают задиры
• Износа штампового инструмента — своевременная заточка поддерживает качество

При разделительных операциях образуется характерная зона среза с участками скалывания и отрыва. Для минимизации дефектов применяется оптимизация зазоров и использование острозаточенных кромок инструмента.

Применение холодной штамповки для корпусных деталей

Холодная листовая штамповка широко применяется в различных отраслях промышленности для изготовления корпусных и конструкционных элементов.

Автомобилестроение

В автомобильной промышленности штамповка является основной технологией производства кузовных панелей, крыльев, дверей, капотов и крышек багажника. Метод позволяет создавать крупногабаритные детали сложной формы с рёбрами жёсткости и технологическими отбортовками. Элементы ходовой части, кронштейны и усилители также изготавливаются штамповкой.

Приборостроение и электроника

Производство корпусов для электронных устройств, экранирующих кожухов, шасси и монтажных панелей активно использует холодную штамповку. Технология обеспечивает массовое изготовление мелких деталей от нескольких граммов с высокой повторяемостью параметров.

Машиностроение

Корпусные детали для станков, редукторов, насосов и различного технологического оборудования изготавливаются методом штамповки. Применение технологии снижает трудоёмкость по сравнению с литьём и механической обработкой, сокращая производственный цикл.

Аэрокосмическая отрасль

Элементы обшивки летательных аппаратов, детали шасси и силовые конструкционные элементы производятся с применением прецизионной холодной штамповки. Высокие требования к точности и качеству поверхности делают этот метод незаменимым.

Дополнительно технология применяется в производстве бытовой техники, строительных конструкций, медицинского оборудования и инструмента, где требуется экономичное изготовление металлических изделий в больших объёмах.