Основы штамповки металлов: полное техническое руководство по штампам и процессам штамповки

Штамповка металла— это производственный процесс холодной штамповки, в котором используются штампы, установленные в прессах, для резки или формовки листового металла в готовые детали при комнатной температуре — без нагрева материала до расплавленного состояния. Это один из наиболее широко используемых методов изготовления металлов в автомобилестроении, производстве приборов и промышленного оборудования, позволяющий производить детали со скоростью, превышающей 100 ходов в минуту, с допусками до +/- 0,05 мм. В этом руководстве рассматриваются основные принципы холодной штамповки, пять основных операций штамповки, три типа классификации штампов, системы структур штампов и выбор материалов, а также практические идеи из 26-летнего опыта Ocean Century.Сертифицирован IATF16949опыт штамповочного производства.

Что такое штамповка металла?

Штамповка металла, также называемая холодной штамповкой, определяется как производственный процесс, в котором матрица, установленная на прессе, прикладывает силу к листовому металлу при комнатной температуре, в результате чего материал либоотдельный(вырубка, прокалывание, обрезка) илипластически деформировать(изгиб, волочение, отбортовка) с приданием заданной формы и размеров.

Три основных элемента штамповки:

1. Пресс (штамповочная машина):Обеспечивает усилие через возвратно-поступательный ползун (плунжер).
2. Штамповка (оснастка):Определяет окончательную форму и особенности детали.
3. Листовой материал (заготовка):Рулоны или заготовки из стали, нержавеющей стали, алюминия или других металлов.

Одиночный цикл штамповки состоит из одного полного хода суппорта пресса вверх и вниз, включая время подачи для продвижения полосы. При высокоскоростных операциях с прогрессивной штамповкой этот цикл повторяется более 30–100 раз в минуту.

Почему холодная штамповка доминирует в крупносерийном производстве металлических деталей

В Ocean Century работает штамповочный цех.202 штамповочных пресса усилием от 45 до 630 тонн., включая12 полностью автоматизированных роботизированных линий штамповки.Предназначен для крупносерийного производства компонентов автомобилей и бытовой техники. Ежемесячная мощность превышает1 000 000 штампованных деталей.

Внутри штамповочной мастерской: ключевое оборудование

Современный штамповочный цех – это больше, чем просто прессы. Полная производственная экосистема включает в себя:

1. Линия размотки и правки:Рулонную массу разворачивают, выравнивают (выравнивают) и разрезают на чистые листы или подают непосредственно в пресс в виде полосы.
2. Штамповочные прессы:Основное оборудование, обеспечивающее формирующую силу — механическое или гидравлическое (см. сравнение ниже).
3. Плашки (оснастка):В каждом прессе имеется набор штампов, определяющий геометрию детали. Проектирование и обслуживание штампов являются важнейшим фактором качества деталей и эффективности производства.
4. Механизм подачи:Роликовые питатели или роботизированные манипуляторы подают полосовой материал в матрицу с точным шагом (шагом) для каждого хода.
5. Конвейерная система:Переносит готовые детали на следующий этап процесса (сварка,обработка поверхности,сборка)
6. Сбор лома:Отходы прошивки и вырубки попадают через башмак матрицы в систему сбора под прессом.

Механический пресс против гидравлического пресса: руководство по выбору

Выбор пресса напрямую определяет скорость производства, усилие и качество детали. Две основные категории служат различным приложениям:

Как рассчитать необходимый тоннаж пресса

Требуемая сила нажатия равна сумме:

Общая сила = сила запирания + сила зачистки + сила выталкивания.(+ Формирующая сила для операций гибки/волочения)

Как правило, выбирайте пресс номинальной производительности.минимум в 1,3 разарассчитанная теоретическая сила. Например, если ваш расчет дает 80 тонн, выберите пресс на 110 тонн — никогда не работайте с точным пределом тоннажа.

Примечание о возможностях Ocean Century:Наш парк печатных машин охватываетОт 45Т до 630Т, работа с материалами толщиной от тонких панелей приборов до8 мм+ для тяжелых автомобильных конструкций.. Мы обрабатываем CR/HR сталь, нержавеющую сталь (201/304/316) и алюминиевые сплавы (5052/6061).

Пять основных операций штамповки

Каждая штампованная деталь, какой бы сложной она ни была, производится посредством комбинации этих пяти основных процессов:

Вырубка – это операция резки, при которой матрица разрезает листовой металл по замкнутому контуру, отделяя нужную часть (заготовку) от окружающей полосы. Материал разрушается по линии разреза. Заготовкой производят плоские детали, такие как шайбы, кронштейны и панели корпуса.

• Изменение материала:Разделение (перелом)
• Типичные продукты:Шайбы, монтажные кронштейны, панели корпуса
• Тип штампа:Вырубная матрица

Изгиб деформирует листовой металл вдоль прямой оси, придавая ему угловатую форму без разрушения материала. Материал пластически течет по внешнему радиусу и сжимается по внутреннему радиусу. Гибкой производят кронштейны, петли, зажимы и опоры конструкций.

• Изменение материала:Пластическая деформация (без разрушения)
• Типичные продукты:Кронштейны, петли, клипсы, опорные уголки
• Тип штампа:Гибочная матрица

Глубокая вытяжка преобразует плоскую листовую заготовку в трехмерную полую форму, например чашку, цилиндр или коробку, путем втягивания материала в полость штампа с помощью пуансона. Материал течет радиально внутрь под действием растяжения и сжатия. Этот процесс необходим для производства масляных поддонов, топливных баков, чашеобразных корпусов и панелей кузова автомобиля.

• Изменение материала:Плоский лист → полая 3D-форма
• Типичные продукты:Чашки, цилиндры, баки, панели кузова автомобиля
• Тип штампа:Рисование кубика

Отбортовка образует вертикальную стенку по краю отверстия или по периметру детали. Его обычно используют для создания выступов с резьбовыми отверстиями, усиления кромок или подготовки фланца к сварке.

• Изменение материала:Краевой материал загнут вверх
• Типичные продукты:Приливы с резьбовыми отверстиями, усиленные кромки, фланцы под сварку
• Тип штампа:Отбортовочная матрица

Выпучивание расширяет локализованную область детали наружу, а образование шейки уменьшает ее. Эти операции используются для изготовления контейнеров в форме бутылок, тиснения вывесок и формирования концов туб.

• Изменение материала:Локальное расширение или сжатие
• Типичные продукты:Горлышки тары, рельефные этикетки, торцевые формы
• Тип штампа:Выпуклая/суженная матрица

Резюме: разделение против формирования

Три типа штамповочных штампов

Классификация штампов основана на том, сколько операций выполняет один штамп и в какой последовательности эти операции. Выбор типа штампа зависит от сложности детали, объема производства и требований к точности.

Штамповка за одну операцию завершенаодна операция за ход. Для изготовления детали, требующей вырубки, гибки и прошивки, необходимы три отдельных штампа — деталь перемещается от одного пресса к другому.

Составная матрица выполняетдве или более операций за один ход прессана одной станции — например, вырубка и прошивка одновременно. Деталь выполняется одним ударом.

Прогрессивная матрица устраиваетнесколько станций последовательно в одном наборе штампов. Ленточный материал продвигается на один шаг за ход, и каждая станция выполняет одну операцию. Последняя станция отделяет готовую деталь от полосы. Прогрессивные штампы являются основой штамповки автомобилей и крупносерийной бытовой техники.

Матрица выбора типа матрицы

Примечание о возможностях Ocean Century:Мы производим и обслуживаемвсе три типа штампов— однооперационные, составные и прогрессивные штампы — с номинальным ресурсом штампа300 000 выстрелов. Наши 12 автоматизированных роботизированных штамповочных линий оптимизированы для крупносерийного производства с прогрессивными штампами и обслуживают клиентов автомобильной промышленности, таких как Geely, и клиентов по производству бытовой техники, таких как Haier.

Анатомия штамповой матрицы: шесть функциональных систем

Независимо от типа штампа (одинарный, составной или прогрессивный), каждый штамп состоит из шести функциональных систем. Понимание этих систем помогает инженерам эффективно взаимодействовать с партнерами по инструментам и диагностировать производственные проблемы.

Это активные элементы, которые непосредственно формируют деталь:

• Удар (мужской штамп):Верхний инструмент, входящий в полость штампа
• Штамповочный блок (мама):Нижний инструмент с полостью, соответствующей пуансону.

Рабочие компоненты являются «передовыми»: они напрямую определяют качество деталей, точность размеров и срок службы матрицы.

Элементы позиционирования контролируют шаг подачи и выравнивание материала:

• Направляющие штифты, стопорные штифты, боковые ножи и направляющие штифты обеспечивают правильное положение материала при каждом ходе.

Точное позиционирование имеет решающее значение для прогрессивных штампов, где смещение даже на 0,1 мм может привести к совокупным ошибкам размеров на всех станциях.

После того, как пуансон завершает свой ход, материал имеет тенденцию сжимать пуансон. Зачистные компоненты выталкивают материал из пуансона:

• Съемная пластина, съемные болты, пружины или полиуретановые прокладки.

Недостаточное усилие зачистки приводит к тому, что материал поднимается на пуансоне, что приводит к двойной подаче, повреждению детали или поломке штампа.

Направляющие компоненты обеспечивают точное выравнивание верхней и нижней половин матрицы при каждом ходе:

• Направляющие стойки и направляющие втулки (скользящие или шарикоподшипниковые)

Направляющие компоненты — это «гусеницы» — они поддерживают повторяемость и предотвращают смещение пуансона к штампу, которое может привести к повреждению инструмента и образованию дефектных деталей.

Они образуют скелет матрицы:

• Верхний башмак матрицы, нижний башмак матрицы, опорные пластины, пуансоны

Конструктивные компоненты должны быть достаточно жесткими, чтобы противостоять прогибу при полной силе штамповки. Недостаточная жесткость приводит к износу матрицы, смещению размеров и преждевременному выходу из строя.

• Винты с головкой под торцевой ключ, установочные штифты, конические штифты

Крепежи фиксируют все компоненты на месте и служат ориентиром для разборки и обслуживания.

Материалы для штамповки и термообработка

Выбор материала штампа напрямую определяет срок службы штампа, качество деталей и частоту технического обслуживания. Для разных компонентов матрицы требуются разные марки стали в зависимости от их функции:

Ключевые выводы о материалах штампов

Рабочие органы (пуансон и штамп) являются «лезвием» — от них напрямую зависит качество штампованной детали и долговечность штампа. SKD11 и DC53 являются отраслевыми стандартами для штампов для холодной штамповки, обеспечивая превосходную износостойкость и стабильность размеров после термообработки. Для высокоскоростных применений со скоростью более 200 ударов в минуту быстрорежущие стали, полученные порошковой металлургией, обеспечивают превосходную красную твердость (жаростойкость при непрерывной работе).

Возможности штамповки Ocean Century: инженерное партнерство, а не только производство

Понимание основ штамповки — это первый шаг. Для их выполнения с качеством автомобильного уровня требуется партнер-производитель с подходящим оборудованием, системой качества и глубокими инженерными знаниями.

Система качества: IATF16949 и профилактическое производство

Наш сертификат IATF16949 — это не сертификат на стене — он встроен в каждый проект штамповки посредством:

• Отзыв DFM (Проектирование для технологичности)на этапе проектирования оснастки, перед резкой стали
• CAE-моделированиедля заполнения матрицы, прогнозирования потока материала и упругого возврата
• Межфункциональные проверки качества PDCAперед каждым производственным циклом (согласование качества + производства + продаж)
• Проверка КИМ (координатно-измерительной машины)и лазерное сканирование для проверки размеров
• Обязательства по нулевому дефекту— упреждающее снижение рисков, а не финальная проверка

Штамповка – это один из узлов полной производственной цепочки. Ocean Century предлагает:

Проектирование пресс-форм → Изготовление пресс-форм → Штамповка → Сварка → Обработка поверхности (порошковое покрытие/гальваника/печать) → Сборка → Логистика

Такой подход «под ключ» означает, что ваши штампованные металлические детали и пластиковые компоненты, полученные литьем под давлением, могут быть изготовлены, обработаны и собраны в рамках единой системы качества, что исключает накладные расходы на координацию с поставщиками и сокращает общее время выполнения проекта.

Вопрос:Что такое штамповка металла?

А:Штамповка металла (холодная штамповка) — это производственный процесс, при котором матрица, установленная на прессе, прикладывает силу к листовому металлу при комнатной температуре, вызывая разделение материала (вырубка, прошивка) или пластическую деформацию (изгиб, волочение, отбортовка) в готовую деталь. Это доминирующий метод производства прецизионных металлических деталей в больших объемах.

Вопрос:Каковы пять основных операций штамповки?

А:Пять основных операций штамповки: (1) вырубка — разделение материала по замкнутому контуру; (2) изгиб — формование материала вдоль прямой оси; (3) глубокая вытяжка — преобразование плоского листа в полую трехмерную форму; (4) отбортовка — образование вертикальной стенки по краю или отверстию; (5) выпучивание/суживание — локализованное расширение или сжатие материала.

Вопрос:В чем разница между однооперационным штампом, составным штампом и прогрессивным штампом?

А:Однооперационная матрица выполняет одну операцию за ход (малый объем, простые детали). Составная матрица выполняет две или более операций за один ход на одной станции (средний объем, высокая концентричность). В прогрессивном штампе используется несколько последовательных станций в одном наборе штампов, что позволяет производить одну готовую деталь за один ход на высокой скорости (большой объем, самая низкая стоимость детали).

Вопрос:Как мне выбрать правильный тоннаж пресса для моего проекта штамповки?

А:Рассчитайте общую необходимую силу (усилие вырубки + усилие зачистки + усилие выталкивания + формовочное усилие для гибки/вытяжки), а затем выберите пресс с этим значением как минимум в 1,3 раза. Например, если расчетное усилие составляет 80 тонн, выберите пресс усилием 110 тонн.

Вопрос:Какие материалы можно использовать при штамповке металла?

А:Обычные материалы для штамповки включают холоднокатаную и горячекатаную сталь, нержавеющую сталь (201/304/316), алюминиевые сплавы (5052/6061), алюминизированную сталь и медные сплавы. Выбор материала зависит от механических требований детали, требований к устойчивости к коррозии и характеристик формовки.

Вопрос:Каков срок службы штампа при штамповке металла?

А:Срок службы штампа — это количество циклов штамповки, которое штамп может выполнить, прежде чем потребуется техническое обслуживание или замена. Наши штампы Ocean Century рассчитаны на 300 000 выстрелов. Срок службы матрицы зависит от обрабатываемого материала, марки стали, качества термообработки и протокола технического обслуживания.

Вопрос:Что означает сертификация IATF16949 для штамповки металла?

А:IATF16949 — это стандарт управления качеством автомобильной промышленности. Для этого необходимы системы качества, основанные на предотвращении, документированное управление рисками, процессы постоянного совершенствования и контроль развития поставщиков. Для покупателей, не связанных с автомобилестроением, наличие сертифицированного поставщика IATF16949 означает, что вы получаете выгоду от строгого качества автомобильного уровня, применяемого к вашим деталям.

Готовы обсудить ваш проект штамповки?

Если вам нужен однооперационный прототип штампа или крупносерийная линия по производству прогрессивных штампов, Ocean Century привнесет в ваш проект 26-летний инженерный опыт, сертифицированные IATF16949 системы качества и 202 штамповочных пресса.

Свяжитесь с нашей командой инженеров, чтобы:

• Отзывы DFM о ваших конструкциях деталей
• Рекомендации по типу штампа в зависимости от вашего объема и сложности
• Руководство по выбору материала
• Подтверждение производственной мощности и время выполнения заказа
• Персонализированное предложение

Давайте обсудим, как наши возможности штамповки могут помочь в вашем следующем проекте.

• Проблемы качества, которые следует учитывать при изготовлении металлических штампованных панелей для приборов
• Каковы различные типы штампов для штамповки?