Рубрика: Пресс-формы и штампы
Холодная листовая штамповка — один из самых производительных способов получения металлических деталей. За один ход пресса штамп вырубает контур, пробивает отверстия, гнёт полки или вытягивает полое изделие. Производительность достигает десятков и сотен деталей в минуту, а точность при правильно изготовленной оснастке стабильно держится по всей партии. Ниже разбираем, какие штампы применяются для листовых операций, как они устроены и что влияет на качество деталей и ресурс инструмента.
Холодной называют штамповку без предварительного нагрева заготовки. Исходный материал — лист, полоса или лента из стали, алюминиевых и медных сплавов, нержавеющей стали, иногда неметаллических материалов. Толщина заготовки обычно от десятых долей миллиметра до нескольких миллиметров, реже — до десяти и более миллиметров на мощных прессах.
Все операции листовой штамповки делят на две группы. Разделительные — отделение одной части материала от другой: вырубка, пробивка, отрезка, надрезка, зачистка. Формоизменяющие — изменение формы заготовки без разрушения: гибка, вытяжка, отбортовка, формовка, обжим, рельефная чеканка. Для каждой операции или их сочетания проектируется свой штамп.
По характеру выполняемых операций и способу их совмещения штампы подразделяются на несколько типов. Выбор зависит от геометрии детали, объёма выпуска, требований к точности и имеющегося прессового оборудования.
Выполняют одну операцию за один ход пресса: только вырубку, только пробивку или только гибку. Они просты в изготовлении, недороги и легко ремонтируются. Применяются при небольших объёмах выпуска или как часть технологической цепочки, когда деталь последовательно проходит несколько штампов.
Лента подаётся через несколько позиций, и на каждой выполняется своя операция: пробивка пилотных отверстий, пробивка контуров, гибка, формовка и в конце отрезка готовой детали. За каждый ход пресса выходит готовая деталь. Такие штампы требуют точной подачи и фиксации ленты ловителями, но обеспечивают максимальную производительность в массовом производстве.
Выполняют несколько операций за один ход в одной позиции — например, одновременную вырубку наружного контура и пробивку отверстий. Поскольку все элементы формируются за одно движение, взаимное расположение контура и отверстий получается очень точным. Деталь выходит плоской, без заусенцев с разных сторон. Недостаток — сложность конструкции и ограничения по минимальной ширине перемычек.
Гибочные штампы формируют полки, скобы, профили. Вытяжные превращают плоскую заготовку в полое изделие — стакан, корпус, крышку. Формовочные выдавливают рёбра жёсткости, рельефы, выштамповки. В этих штампах важны радиусы рабочих кромок, качество поверхности и правильно подобранное усилие прижима.
| Тип штампа | Производительность | Точность | Стоимость | Применение |
|---|---|---|---|---|
| Простого действия | Низкая–средняя | Средняя | Низкая | Мелкие серии, простые детали |
| Последовательный | Очень высокая | Высокая | Высокая | Массовое производство мелких и средних деталей |
| Совмещённый | Высокая | Очень высокая | Средняя–высокая | Плоские детали с точным расположением отверстий |
| Вытяжной | Средняя | Высокая | Средняя–высокая | Полые детали, корпуса, колпачки |
| Гибочный | Средняя | Средняя–высокая | Низкая–средняя | Кронштейны, скобы, профили |
Рассмотрим конструкцию на примере типового штампа для вырубки. Он состоит из верхней и нижней частей, которые устанавливаются соответственно на ползун и стол пресса.
Основу составляет блок — верхняя и нижняя плиты, соединённые направляющими колонками и втулками. Колонки бывают на втулках скольжения или на шариковых направляющих; вторые обеспечивают более точное направление и применяются в штампах с малыми зазорами и высокой скоростью работы. Блок воспринимает нагрузки и гарантирует соосность пуансона и матрицы на протяжении всего хода.
Пуансон и матрица непосредственно разделяют материал. Пуансон закрепляется в пуансонодержателе, матрица — на нижней плите. Рабочие кромки должны быть острыми, а зазор между ними — равномерным по всему контуру. Для сложных контуров матрицы часто выполняют составными из нескольких секций, что упрощает изготовление и ремонт.
После вырубки материал охватывает пуансон, и его нужно снять. Неподвижный съёмник — плита с отверстием по контуру пуансона — просто удерживает полосу при обратном ходе. Подвижный подпружиненный съёмник дополнительно прижимает материал во время резки, что уменьшает изгиб детали и повышает точность. В совмещённых штампах применяют выталкиватели, удаляющие деталь из матрицы.
Полоса подаётся по направляющим планкам и фиксируется упорами или ловителями. Ловители — штыри, входящие в ранее пробитые отверстия, — точно позиционируют ленту в последовательных штампах, компенсируя погрешность подачи.
Правильный зазор — ключевой параметр разделительного штампа. При резке металл сначала деформируется упруго и пластически, затем от кромок пуансона и матрицы навстречу друг другу развиваются трещины. Если зазор подобран верно, трещины встречаются, и срез получается чистым, с небольшим блестящим пояском и минимальным заусенцем.
Слишком малый зазор приводит к двойному срезу, повышенному усилию и быстрому износу кромок. Слишком большой — к значительному заусенцу, завалу кромки и изгибу детали. Величину зазора назначают в процентах от толщины материала на сторону с учётом его механических свойств.
| Материал | Зазор на сторону, % от толщины | Особенности |
|---|---|---|
| Мягкая сталь, латунь | 4–6 | Чистый срез при умеренном износе |
| Конструкционная сталь средней прочности | 5–8 | Наиболее распространённый случай |
| Нержавеющая сталь | 6–9 | Склонность к налипанию, нужна стойкая сталь пуансона |
| Алюминиевые сплавы | 3–6 | Мягкий материал, риск налипания на пуансон |
| Высокопрочные стали | 8–12 | Высокие нагрузки на кромки, нужны износостойкие стали и покрытия |
При вырубке размер детали определяется матрицей, поэтому зазор выполняют за счёт уменьшения пуансона. При пробивке отверстий, наоборот, размер задаёт пуансон, а зазор делается за счёт увеличения матрицы. Это правило учитывают при расчёте исполнительных размеров с поправкой на износ.
Пуансоны и матрицы работают в условиях ударных нагрузок, интенсивного трения и абразивного износа. Требования к материалу противоречивы: высокая твёрдость и износостойкость с одной стороны, достаточная вязкость, чтобы кромка не выкрашивалась, с другой.
Блок, плиты и державки изготавливают из конструкционных сталей. Для повышения стойкости рабочих кромок применяют азотирование, износостойкие PVD-покрытия и криогенную обработку.
Изготовление начинается с разработки технологии штамповки: определяется последовательность операций, раскрой материала, усилие и тип пресса. Раскрой особенно важен для последовательных штампов — от него зависит коэффициент использования металла, который напрямую влияет на себестоимость деталей.
Электроэрозионная вырезка позволила кардинально упростить изготовление матриц сложного контура: вырезка ведётся по уже закалённой стали, что исключает поводки после термообработки и даёт точность в несколько микрометров. Подробнее о технологии — на странице электроэрозионной обработки.
Самый частый дефект вырубки. Причины: затупление кромок, увеличенный или неравномерный зазор, износ направляющих. Решение — переточка рабочих деталей и проверка соосности.
Деталь изгибается при вырубке, особенно тонкая и длинная. Помогает подпружиненный прижим, совмещённая схема штамповки и уменьшение зазора в допустимых пределах.
Возникают при слишком малых радиусах, гибке поперёк направления проката с заусенцем наружу, недостаточной пластичности материала. Корректируются увеличением радиусов, изменением ориентации заготовки, промежуточными переходами вытяжки.
После гибки угол частично возвращается. Компенсируется перегибом, калибровкой в конце хода, специальными рельефами в зоне гиба.
Ресурс штампа определяется не только материалом, но и культурой эксплуатации. Рабочие кромки периодически перетачивают — шлифуют торец пуансона и матрицы на величину износа. Допустимое количество переточек закладывается в конструкцию запасом по высоте рабочих деталей. Важно контролировать смазку, своевременно удалять отходы из провальных отверстий, не допускать двойного удара и работы с перекосом полосы. О том, как увеличить ресурс оснастки, мы подробно рассказали в материалах блога.
Штамп холодной листовой штамповки — точный инструмент, качество которого определяется правильным выбором схемы штамповки, расчётом зазоров, подбором материала рабочих деталей и точностью изготовления. Простые штампы оправданы для небольших серий, последовательные и совмещённые — для массового выпуска. Если вам нужна оснастка под конкретную деталь, пришлите чертёж или образец: «ВМС» разработает технологию, изготовит и отладит штамп на собственном производстве.
