Штамповка: виды, процессы и применение в металлообработке

Что такое штамповка?

Штамповка (прессование) — технологический процесс преобразования плоских металлических листов в готовые детали заданной формы. Плоский заготовка (бланк или рулон) помещается в штамповочный пресс, где штамп и матрица формируют металл в конечную форму.

Штамповка объединяет множество процессов формовки листового металла: продольное проходжение на прессе, выбойку, тиснение, гибку, забортовку и ковку.

Процесс может быть одностадийным (каждый ход пресса создает готовый элемент) или многостадийным. Обычно применяется к листовому металлу, но также подходит для других материалов, например, полистирола.

Прогрессивные матрицы снабжаются сталью из рулонов: рулон разматывается, выпрямляется, а подача продвигает материал в пресс и матрицы с заданным шагом. Количество станций в матрице зависит от сложности детали.

Штамповка обычно выполняется на холодных листах. Для горячей формовки см. ковку.

Краткая история

Первые монеты появились в VII веке до н.э. у лидийцев (современная Турция). Молоточек оставался основным методом чеканки до 1550 года. Марк Шваб в Германии разработал новый процесс: до 12 человек вращали большое колесо для прессования металла в монеты. В 1880-х годы процесс пробивки был дальше усовершенствован.

Штампованные детали применялись для массового производства велосипедов в 1880-х. Штамповка вытеснила ковку и механическую обработку, резко снизив затраты. Хотя детали были менее прочными, чем кованые, их качество было достаточным.

В 1890 году штампованные велодетали импортировали из Германии в США. Американские компании начали заказывать прессы у местных производителей. За счет НИОКР компания Western Wheel освоила штамповку большинства велодеталей.

Несколько автопроизводителей перешли на штамповку. Генри Форд игнорировал советы инженеров, но когда ковка не справилась с спросом, Форд был вынужден внедрить штамповку.

В истории металлоштамповки, ковки и втягивания прессы всех видов составляли основу металлического производства. Процессы улучшались за счет большего перемещения металла за один ход пресса. Прессы и автоматизация повышали производительность, снижали затраты на труд и обеспечивали безопасность.

В современной штамповке системы управления (I-PRESS с Connected Enterprise) записывают историю, отправляют отчеты, а управление I-PRESS & Automation доступно удаленно с мобильных устройств. Новый тренд — сбор производственных данных для исторической аналитики.

Виды металлоштамповки

Существует три основных типа технологий: прогрессивная, четырехскользящая и глубокое втягивание.

1. Прогрессивная штамповка

Особенность — множество станций, каждая с уникальной функцией. Полоса металла подается через прогрессивный пресс. Рулон равномерно разматывается в матрицу, где каждая станция выполняет свою операцию: резку, пробивку или гибку. Действия последовательных станций накапливаются, образуя готовую деталь.

Без прогрессивной матрицы производителю пришлось бы многократно менять инструмент на одном прессе или занимать несколько прессов, каждый для одной операции. Часто требовалась дополнительная механическая обработка. Поэтому прогрессивная штамповка идеальна для сложных деталей, обеспечивая:

• Более быстрый цикл производства
• Снижение затрат на труд
• Короткую длину хода
• Высокую повторяемость

2. Четырехскользящая штамповка (Multi-slide)

Горизонтальная компоновка с четырьмя скользящими блоками — четыре инструмента одновременно формируют заготовку. Позволяет создавать сложные вырезы и гибки для самых сложных деталей.

Преимущества над традиционной прессовой штамповкой:

• Универсальность для сложных деталей
• Гибкость при изменениях дизайна

Четыре скользящих блока означают до четырех инструментов (по одному на блок) для одновременных множественных гибок. Материал подается в станок и последовательно гнется каждым валом с инструментом.

3. Глубокое втягивание

Листовой бланк втягивается в матрицу штампом, формируя форму. Процесс называется «глубоким втягиванием», когда глубина детали превышает её диаметр.

Идеально для создания компонентов с последовательными диаметрами. Экономичная альтернатива токарной обработке, требующей больше сырья. Типичные применения:

• Автомобильные компоненты
• Авиационные детали
• Электронные реле
• Посуда и кухонные утвари

Мелкосерийная штамповка

Требует минимальных затрат на инструментарий. Идеальна для прототипов или небольших проектов. После создания бланка используются кастомные компоненты инструментов и вставки матриц для гибки, пробивки или сверления.

Несмотря на более высокую стоимость единицы изделия из-за кастомных операций и малого объема, отсутствие затрат на инструментарий делает мелкосерийную штамповку выгодной для многих проектов, особенно требующих быстрого запуска.

Операции штамповки

Штамповка (прессование) — размещение плоского листа (в рулоне или бланке) в прессе, где штамп и матрица формируют желаемую форму. Основные техники:

• Гибка — деформация материала вдоль прямой линии.
• Забортовка — гибка вдоль кривой линии.
• Тиснение — растяжение материала в мелкую впадину. Основное применение — декоративные узоры. См. также repoussoir и chasing.
• Выбойка — вырезание куска из листа, обычно для создания бланка для дальнейшей обработки.
• Ковка — выдавливание узора в материал. Традиционно для чеканки монет.
• Втягивание — растяжение площади бланка в альтернативную форму через контролируемый поток материала. См. глубокое втягивание.
• Растяжение — увеличение площади бланка натяжением без внутреннего движения края. Часто для гладких автокузовных деталей.
• Утолщение — сжатие и уменьшение толщины вдоль вертикальной стенки. Для банок и гильз.
• Сужение/форсовка — постепенное уменьшение диаметра открытого конца сосуда или трубы.
• Закручивание — деформация в трубчатый профиль. Пример — дверные петли.
• Загиб — загиб края на себя для увеличения толщины. Края автодверей обычно загибаются.

Пробивка и резка также выполняются на штамповочных прессах. Прогрессивная штамповка комбинирует вышеуказанные методы с набором матриц в ряд, через которые полоса материала проходит поэтапно.

Преимущества металлоштамповки

Если нужны металлические детали, компоненты или изделия, партнерство с компанией, предоставляющей услуги штамповочных прессов, дает множество преимуществ.

1. Точность

При требовании высокой точности резки штамповочная компания обладает инструментами и процессами для этого. Такая точность может быть дорогой, и соблазн сэкономить на этом этапе велик. Штамповка позволяет получить качественный продукт по меньшей цене.

2. Постоянство

Некоторые утверждают, что постоянная точность гарантируется только поэлементной резкой, но ведущие металлургические компании не согласны. Постоянство в массовом производстве достигается через контроль всего процесса: точное CAD-проектирование, правильный инструментарий, профессионально управляемые прессы и контроль качества каждого изделия.

3. Массовое производство

Само говорит за себя. Нужен большой объем качественных изделий? Наймите компанию с оборудованием и инструментами для быстрого и эффективного управления проектом.

4. Производственное пространство

Аутсорсинг штамповки освобождает время и площадь на вашем производстве. Позволяет сосредоточиться на других аспектах бизнеса, не вдаваясь в тонкости производства.

Применение металлоштамповки

Металлоштамповка применяется к различным материалам по их уникальным металлургическим свойствам во многих отраслях. Может требовать формовку от базовых металлов до редких сплавов для специфических преимуществ.

Некоторые отрасли требуют электрическую или тепловую проводимость бериллиевой меди (аэрокосмика, электротехника, оборона) или высокую прочность сталей и сплавов (автопром).

Отрасли, использующие услуги штамповки (неполный список):

• Автомобилестроение
• Промышленное машиностроение
• Потребительская электроника
• Аэрокосмическая промышленность
• Электротехническая промышленность
• Телекоммуникации