Штамповка: типы, процессы и практические применения в металлообработке

Что такое штамповка?

Штамповка или прессование — производственный процесс превращения плоских металлических листов в конечные формы. Плоский лист (заготовка или рулон) помещается в штамповочный пресс, где поверхность инструмента и матрицы формирует металл в конечную форму.

Штамповка охватывает различные процессы формовки листового металла: пробивку на прессе, высадку, тиснение, гибку, фланцевание и чеканку. Может быть однопроходной (каждый ход пресса создает форму) или многостадийной. Обычно на холодном листовом металле, но применима и к другим материалам (полистирол).

Прогрессивные матрицы питаются из рулона стали: размотка, выпрямитель, подача в пресс и матрицы с заданным шагом. Число станций в матрице определяется сложностью детали.

Штамповка обычно на холодном металле. Для горячей формовки см. ковку.

Краткая история

Первые монеты — VII в. до н.э., лидийцы (современная Турция). Молоточка монет оставался основным методом до 1550 г. Маркшваб (Германия) разработал новый процесс: до 12 человек вращали большое колесо для прессовки металла в монеты. В 1880-х пробивка инновировалась.

Штампованные детали для массовых велосипедов в 1880-х. Заменили ковку и механическую обработку, резко снизив затраты. Хотя не так прочны, как кованые, качество было достаточным.

1890: штампованные велодетали импортированы из Германии в США. США начали заказывать штамповочные прессы у американских станкостроителей. Western Wheel через НИОКР штамповал большинство велодеталей.

Автопроизводители приняли штамповку. Генри Форд сначала игнорировал рекомендации инженеров, но когда ковка не справилась со спросом, вынужден был переключиться на штамповку.

В истории металлоштамповки, ковки и глубокой вытяжки прессы — основа металлообработки. Процессы улучшаются за счет перемещения большего объема металла за один ход. Прессы и автоматизация повышают производительность, снижают затраты на труд, повышают безопасность.

Современные системы контроля (I-PRESS с Connected Enterprise) записывают историю, отправляют отчеты, доступны с мобильных устройств. Новый тренд сбора производственных данных для истории.

Типы металлоштамповки

Три основных метода: прогрессивная, четырехскользная (four-slide) и глубокая вытяжка.

1. Прогрессивная штамповка (Progressive Die Stamping)

Несколько станций, каждая с уникальной функцией. Полоса металла подается в пресс. Разматывается из рулона в матрицу, где каждая станция выполняет свой разрез, пробивку или гибку. Действия последовательных станций накапливаются, образуя готовую деталь.

Без прогрессивной штамповки пришлось бы многократно менять инструмент на одном прессе или занимать несколько прессов, каждый для одного действия. Часто требовались вторичные операции. Прогрессивная штамповка — идеальное решение для сложных деталей:

• Более быстрый оборот
• Меньшие затраты на труд
• Короче длина хода
• Высокая повторяемость

2. Четырехскользная штамповка (Fourslide / Multi-slide)

Горизонтальное расположение и четыре разных скольжения — четыре инструмента одновременно формируют заготовку. Позволяет сложные резы и гибки для самых сложных деталей.

Преимущества над традиционным прессованием:

• Универсальность для сложных деталей
• Гибкость для изменений дизайна

Четыре скольжения = до четырех инструментов одновременно для множественных гибок. Материал подается в четырехскользную и последовательно гнется каждым валом с инструментом.

3. Глубокая вытяжка (Deep Draw Stamping)

Листовая заготовка втягивается в матрицу перцем, формируя форму. Называется «глубокой», когда глубина вытянутой детали превышает ее диаметр.

Идеально для компонентов, требующих серию диаметров. Экономичная альтернатива токарной обработке, требующей больше сырья. Типичные применения:

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

Краткосерийная штамповка (Short Run Stamping)

Минимальные предварительные затраты на оснастку. Идеально для прототипов или малых проектов. После создания заготовки используют комбинацию кастомных компонентов оснастки и вставок матрицы для гибки, пробивки, сверления. Кастомные операции и малый объем могут дать высокую цену за штуку, но отсутствие затрат на оснастку делает краткосерийную штамповку экономичной для многих проектов, особенно требующих быстрого оборота.

Операции штамповки

Штамповка (прессование): размещение плоского листа (рулон или заготовка) в пресс. Инструмент и матрица формируют форму. Пробивка, высадка, гибка, чеканка, тиснение, фланцевание — техники формовки.

• Гибка — деформация вдоль прямой линии.
• Фланцевание — гнутие вдоль кривой линии.
• Тиснение — растяжение в мелкое углубление. Основно для декоративных узоров. См. также repoussé и chasing.
• Высадка (Blanking) — вырезание заготовки из листа для дальнейшей обработки.
• Чеканка (Coining) — вдавливание узора в материал. Традиционно для монет.
• Вытяжка (Drawing) — растяжение поверхности заготовки в альтернативную форму контролируемым потоком материала. См. глубокую вытяжку.
• Растяжение (Stretching) — увеличение площади заготовки натяжением, без движения края внутрь. Часто для гладких автодеталей кузова.
• Утончение (Ironing) — выдавливание и уменьшение толщины вдоль вертикальной стенки. Для банок и гильз.
• Сужение/Закручивание (Reducing/Necking) — постепенное уменьшение диаметра открытого конца сосуда или трубы.
• Закручивание в трубку (Curling) — деформация в трубчатый профиль. Пример — дверные петли.
• Загиб (Hemming) — загиб края на себя для увеличения толщины. Края автодверей обычно загнуты.

Пробивка и резка также выполняются в штамповочных прессах. Прогрессивная штамповка — комбинация вышеперечисленных методов с набором матриц в ряд, через которые полоса материала проходит пошагово.

Преимущества металлоштамповки

Если нужна металлическая деталь, компонент или изделие, партнерство с компанией, предоставляющей услуги штамповочных прессов, дает много преимуществ.

1. Точность

Если продукту нужна высокая точность резки, штамповочная компания имеет инструменты и процессы. Такая точность может быть дорогой, соблазн сэкономить — риск качества. Штамповочная компания дает выше качество по меньшей цене.

2. Последовательность (Consistency)

Некоторые говорят, что последовательная точность гарантируется только поштучной резкой, но ведущие металлургические компании не согласны. Последовательность в массовом производстве достигается контролем всего процесса: точный CAD, правильная оснастка, профессионально управляемые прессы, контроль качества каждого изделия для обеспечения единообразия.

3. Массовое производство

Самоочевидно. Нужен большой объем качественных изделий? Наймите компанию с оборудованием и инструментами для быстрого и эффективного управления проектом.

4. Производственное пространство (Workspace)

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

Применение металлоштамповки

Применима к разным материалам на основе их металлообработкущих качеств для множества применений в широком спектре отраслей. Может требовать формовку базовых металлов до редких сплавов для специфических преимуществ.

Некоторые отрасли требуют электрическую/термическую проводимость бериллиевой меди (авиакосмическая, электро, оборона) или высокую прочность стали и сплавов (автопром).

Отрасли, использующие услуги штамповки (не исчерпывающий список):

• Автомобильная
• Промышленное машиностроение
• Потребительская электроника
• Авиакосмическая
• Электрическая
• Телекоммуникации