Штамповка — технология объёмного деформирования металлов¶

Штамповка — это технологический процесс объёмной или листовой обработки давлением, при котором заготовке придаётся требуемая форма с помощью инструмента (штампа) под действием ударной или статической силы. Штамповка относится к числу наиболее распространённых технологий обработки металлов давлением и применяется в машиностроении, авиастроении, автомобилестроении, приборостроении и других отраслях для массового и серийного производства деталей.

¶Классификация

По характеру деформирования заготовки штамповку подразделяют на два основных вида:

• Объёмная (горячая и холодная) штамповка — заготовка целиком заполняет полость штампа, ей придаётся сложная пространственная форма. К этому виду относятся ковка, выдавливание, штамповка в открытых и закрытых штампах, фасонная штамповка.
• Листовая штамповка — обработка тонколистового проката, при которой заготовка (лист, полоса, лента) деформируется преимущественно в плоскости, а объёмные изменения невелики. К листовой штамповке относятся вырубка, вытяжка, гибка, волочение, отбортовка, фланцевание.

По температурному режиму различают горячую штамповку (при температуре выше рекристаллизации металла, обычно 900–1250 °C для углеродистых сталей), холодную штамповку (при комнатной температуре) и штамповку с нагревом заготовки до промежуточных температур (тёплая штамповка).

¶Оборудование и инструмент

Основным инструментом штамповки является штамп, состоящий из двух частей: пуансона (подвижная часть, прикреплённая к ползуну пресса) и матрицы (неподвижная часть, закреплённая на столе машины). Совокупность пуансона и матрицы образует полость, форму которой принимает заготовка. Штампы классифицируют по назначению (формовочные, рубильные, пробивные, комбинированные), по способу установки в пресс (сменные, накладные, штампы-вкладыши), по конструкции (разъёмные, составные, с подвижными элементами).

Для выполнения штамповки используются штамповочные прессы различного типа: кривошипные, эксцентриковые, коленчатые, винтовые, гидравлические, а также молоты (паровоздушные, пневматические, пневмогидравлические) для ковочной штамповки. Выбор машины определяется усилием, ходом ползуна, скоростью деформирования и массой заготовки.

¶Технологические параметры

При проектировании процесса штамповки рассчитывают ряд параметров:

• Штамповочный припуск — прибавка к размерам детали, обеспечивающая возможность механической доводки после штамповки.
• Технологические уклон (уклон на боковых поверхностях) — наклон стенок полости штампа (обычно 1–7°), облегчающий выбивание готовой детали.
• Технологические радиусы — скругления в углах и переходах, снижающие концентрацию напряжений и предотвращающие образование трещин.
• Припуск на усадку — компенсация уменьшения размеров детали при остывании после горячей штамповки.

¶Металлургический эффект

Одним из важных преимуществ штамповки по сравнению с механической обработкой резанием является формирование благоприятного строения металла: волокна (текстура) металла повторяют очертания детали, что повышает её прочность и усталостную стойкость. Горячая деформация уплотняет структуру металла, устраняет поры и усадочные раковины, повышает плотность и однородность материала.

¶Применение

Штамповка является основным способом изготовления широкого спектра деталей. Объёмной штамповкой получают валы, оси, шестерни, диски, фланцы, коленчатые валы, ножи, топоры, детали инструмента. Листовой штамповкой производят кузовные панели автомобилей, корпусные детали приборов, посуду, элементы конструкций зданий, детали бытовой техники.

В России штамповочное производство развивается на крупных предприятиях авиастроительной, автомобильной и оборонной промышленности. Ведущие центры штамповочного производства сосредоточены в промышленных регионах — Нижнем Новгороде, Москве, Санкт-Петербурге, Казани, Челябинске и других городах.

¶Преимущества и ограничения

К достоинствам штамповки относятся высокая производительность, возможность массового выпуска однотипных деталей, экономия металла за счёт минимальных припусков, высокая точность и повторяемость габаритов, благоприятное строение металла в готовой детали.

Ограничения штамповки связаны с высокой стоимостью штампов (особенно крупногабаритных), необходимостью мощного оборудования, износом инструмента, трудоёмкостью изготовления и наладки штампов, а также ограниченным набором материалов, пригодных для данного способа деформирования.

Источники:

• ГОСТ 14902-80. Штамповки объёмные горячие. Общие технические условия
• Богатырёв В. А. Технология обработки металлов давлением
• Слепаков А. Г. Расчёт и конструирование штампов для холодной штамповки
• Справочник: Машиностроение. В 20 томах. Том 5: Технология обработки металлов давлением