Технология листовой штамповки

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
Уральский федеральный университет
имени первого Президента России Б. Н. Ельцина

В. Г. Бурдуковский

ТЕХНОЛОГИЯ 
ЛИСТОВОЙ ШТАМПОВКИ

Учебное пособие

 

Рекомендовано методическим советом
Уральского федерального университета
для студентов вуза, обучающихся
по направлению подготовки
22.03.02 — Металлургия

Екатеринбург
Издательство Уральского университета
2019

УДК 621.98.04(075.8)
ББК 34.623.3я73
          Б91

Рецензенты:
генеральный директор ООО «Совместное предприятие «Мишима — Машпром»» канд. техн. наук А. А. Вопнерук;
завотделом обработки металлов давлением ОАО «Уральский институт металлов» канд. техн. наук Г. П. Перунов

Научный редактор доц., канд. техн. наук Д. Л. Шварц

На обложке использовано изображение с сайта http://www.htmetalstampings.
com

 
Бурдуковский, В. Г.
Б91    Технология листовой штамповки : учебное пособие / В. Г. Бурдуковский. — Екатеринбург : Изд-во Урал. ун-та, 2019. — 224 с.

ISBN 978-5-7996-2569-6

В пособии приведена технология холодной штамповки применительно к изготовлению деталей из листовой заготовки, дана классификация и технология 
процессов листовой штамповки. Изложены методы расчета основных параметров технологических процессов. Рассмотрены факторы, оказывающие влияние 
на точность и качество изготовления деталей. Пособие предназначено для бакалавров, обучающихся по направлению 22.03.02 — Металлургия, модуль «Технология кузнечно-штамповочного производства»; для слушателей ФПК, а также для 
программ дополнительной подготовки специалистов.

Библиогр.: 13 назв. Табл. 28. Рис. 63.
УДК 621.98.04(075.8)
ББК 34.623.3я73

ISBN 978-5-7996-2569-6 
© Уральский федеральный
 
     университет, 2019

Оглавление

Введение ...............................................................................................5

1. Краткая история развития листовой штамповки ............................7

2. Общие положения и классификация процессов листовой 
     штамповки ........................................................................................9

3. Краткая характеристика оборудования для листовой 
     штамповки ......................................................................................12

4. Материалы для деталей, получаемых листовой штамповкой .......20

4.1. Стальной листовой прокат ......................................................20
4.2. Листовой прокат из цветных и тугоплавких металлов 
        и сплавов ..................................................................................30
4.3. Неметаллические материалы ..................................................34

5. Разделительные операции листовой штамповки ..........................36
5.1. Разрезание листов на полосы и карты ....................................36
5.2. Раскрой листового материала .................................................38
5.2.1. Типы раскроя .................................................................38
5.2.2. Показатели эффективности раскроя ............................41
5.2.3. Выбор вида раскроя .......................................................42
5.2.4. Разрезка и отрезка листового проката ..........................46
5.3. Вырубка и пробивка ................................................................59
5.3.1. Технологичность деталей ..............................................59
5.3.2. Сущность процессов вырубки и пробивки. 
           Очаг деформации ...........................................................63
5.3.3. Оптимальный зазор .......................................................66
5.3.4. Энергосиловые характеристики процесса 
            вырубки и пробивки .....................................................69
5.3.5. Способы уменьшения деформирующего усилия .........75
5.3.6. Точность и качество поверхности среза при 
           вырубке и пробивке .......................................................77
5.3.7. Основные виды брака при вырубке и пробивке ...........81
5.3.8. Чистовая вырубка и пробивка .......................................84
5.3.9. Зачистка в штампах .......................................................89

Оглавление

6. Формообразующие операции листовой штамповки .....................96
6.1. Классификация формоизменяющих операций .....................96
6.2. Штампуемость .........................................................................97
6.3. Гибка ...................................................................................... 103
6.3.1. Сущность процессов гибки. Напряженно            деформированное состояние при гибке ..................... 103
6.3.2. Упругие дефрормации при гибке. Пружинение 
            при свободной гибке ................................................... 115
6.3.3. Деформирующее усилие при свободной гибке .......... 120
6.3.4. Геометрические и кинематические параметры 
            формообразующих элементов штампа при 
            свободной гибке .......................................................... 122
6.3.5. Гибка в штампах .......................................................... 123

6.4. Вытяжка ................................................................................. 157

6.4.1. Напряженно-деформированное состояние 
            металла при вытяжке ................................................... 161
6.4.2. Технологические расчеты ............................................ 170
6.4.3. Вытяжка осесимметричных нецилиндрических 
            деталей ......................................................................... 185
6.4.4. Инструмент и зазоры ................................................... 204
6.4.5. Вытяжка с утонением .................................................. 205

6.5. Отбортовка ............................................................................. 208
6.6. Формовка ............................................................................... 211

7. Разработка технологии изготовления детали методом 
     листовой штамповки .................................................................... 220

Библиографический список ............................................................ 222

Введение

Т

ехнология листовой штамповки — это научное описание совокупности методов, процессов и материалов, используемых 
для получения изделий из листовой заготовки методами обработки давлением. Технология как наука изучает сущность производственных процессов, взаимосвязь этих процессов и закономерности их развития. Задачей изучения технологии листовой штамповки 
является получение знаний, позволяющих вести расчеты технологических операций и процессов, проектировать соответствующий инструмент, управлять процессами изготовления изделий из листовой 
заготовки для получения качественных изделий, используя оптимальные технологические процессы, разрабатывать новые прогрессивные 
методы и процессы.
Термин «штамповка» означает изготовление изделий обработкой 
давлением с применением специального инструмента штампа. Штамповка — изменение формы и размеров тела путем пластической деформации материала в штампе. Существует два основных вида штамповки: 
объемная и листовая. Листовая штамповка является одной из основных разновидностей обработки металлов давлением.
Сущность способа заключается в процессе пластического формоизменения, где в качестве заготовки используются полученные прокаткой лист, полоса или лента, свернутая в рулон. Листовой штамповкой изготовляются самые разнообразные плоские и пространственные 
детали массой от долей грамма и размерами, исчисляемыми долями 
миллиметра, и детали в десятки килограммов и несколько метров. Листовая штамповка широко используется в производстве летательных 
аппаратов, космической техники, судов, автомобилей, сельскохозяйственной техники, приборов, посуды и других деталей, где изготавливается большое количество тонкостенных деталей, которые выполнены из листового металла.
Для деталей, полученных листовой штамповкой, характерно то, 
что толщина их стенок незначительно отличается от толщины исход

Введение

ной заготовки. Детали, полученные листовой штамповкой, обладают 
высокой прочностью и жесткостью при минимальной массе и отличаются соразмерностью. Удельная прочность, характерная для заготовок из проката, после листовой штамповки не понижается, а напротив, в результате применения к ним формоизменяющих операций 
и вследствие сопутствующего им упрочнения материала, повышается.
Листовая штамповка позволяет получать сложные по форме тонкостенные детали и массивные прочные детали, которые не могут быть 
получены иным способом. Листовая штамповка в сочетании со сваркой позволяет производить узлы практически неограниченных размеров. Детали, полученные листовой штамповкой, характеризуются высокой точностью изготовления и имеют высокое качество поверхности. 
Точность деталей оценивается 3–4-м классом, а чистота поверхности 
деталей — 6–8-м. Разнообразие методов штамповки, применение различных по конструкции штампов и использование соответствующих 
материалов для их изготовления обеспечивают рентабельное производство одних и тех же деталей при любом объеме выпуска.
Листовая штамповка — высокопроизводительный процесс, например, на прессах с усилием 1 МН, при работе с ручной подачей заготовок из ленты, часовая производительность составляет 600–800 деталей, а с механизированной подачей — 3000–4000 и более. Таким 
образом, стабильная точность штампуемых деталей, низкие издержки производства, сравнительно низкая стоимость инструмента, высокое качество поверхности изделий, сравнительная простота механизации и автоматизации процессов и перечисленные выше особенности 
листовой штамповки делают ее незаменимой при производстве многочисленных изделий из листа.

1. Краткая история развития  
листовой штамповки

Л

истовая штамповка возникла много столетий назад как способ изготовления одинаковых по форме и размерам деталей 
домашней утвари, украшений и оружия.
Археологическими раскопками установлено, что кузнечная обработка в сочетании с термической обработкой была известна предкам 
славян, живших на территории Древней Руси еще в I тыс. до н. э. Давильные работы как элемент холодной листовой штамповки на приспособлениях типа гончарных кругов использовались в Грузии с середины II тыс. до н. э. Зарождение холодной обработки давлением 
можно отнести к бронзовому веку, когда придание нужной формы 
(заострение) бронзовых наконечников стрел и копий осуществлялось 
нанесением ударов молотком по литой заготовке.
Начало штамповки в России как ремесла относится к IX–X вв. Уже 
тогда в Киеве, Чернигове и других местах южной России такие изделия, как кольчуги, шлемы, мечи, клинки и другие предметы вооружения из железа и стали изготовлялись методом штамповки. К тому же 
периоду относятся штамповка и чеканка цветных и благородных металлов в холодном и горячем виде для самых разнообразных целей. 
Особым искусством русских мастеров являлось изготовление посуды 
из тонких листов металла.
Листовая штамповка как производственный процесс зародилась 
на Тульских оружейных заводах в связи с необходимостью создания 
в массовом порядке различных видов вооружения для армии.
Технологическое и производственное совершенствование листовая штамповка получила с использованием кузнечно-штамповочных 
машин во второй половине XIX в. с развитием новых видов вооружений, судостроения, появлением автомобильного и железнодорожного 
транспорта и авиации. Это делало необходимым массовое производство разнообразных однотипных деталей, таких как гильз для снарядов, патронов, корпусных деталей, посуды и других изделий. Уже тогда 

1. Краткая история развития листовой штамповки 

листовая штамповка обеспечивала значительное увеличение производительности, улучшение эксплуатационных показателей деталей.
В начале XX в. листовая штамповка сыграла исключительную роль 
в автомобилестроении (особенно в изготовлении) кузовов; в 30-е гг. — 
в авиастроении, судостроении и производстве бытовых машин; 
в 50-е гг. — в ракетостроении.
Основное развитие листовая штамповка в нашей стране получила 
в период пятилеток, во время и после Великой Отечественной войны. 
За годы пятилеток и в послевоенный период построены крупнейшие 
штамповочно-прессовые цехи листовой штамповки на первоклассных тракторных заводах-гигантах — Волгоградском, Харьковском, Челябинском, на автозаводах — Московском, Горьковском, Минском, 
Ярославском, Липецком, вагоностроительных заводах — Уралвагонзаводе и др. Эти цехи были укомплектованы современным по тому 
времени оборудованием, технологической оснасткой, средствами механизации и автоматизации. К этому времени были подготовлены квалифицированные кадры рабочих, инженерно-технических и научных 
работников по листовой штамповке, организованы центральные и отраслевые научно-исследовательские институты и свыше 40 профилирующих кафедр вузов, которые занимались исследованием и разработкой новых прогрессивных технологических процессов.
Значительный вклад в развитие теории и технологии листовой штамповки внесли С. И. Губкин, Л. А. Шофман, А. Д. Томленов, Е. А. Попов, А. Д. Матвеев, Е. И. Исаченков, А. Н. Малов, А. Ю. Аверкиев, В. П. Романовский, Е. Н. Мошнин, В. Т. Мещерин, М. Н. Лысов, 
С. П. Яковлев, М. Н. Горбунов и многие другие отечественные ученые 
и инженеры, а также зарубежные ученые Г. Закс, Э. Зибель, Х. Свифт, 
Э. Томсен, Ш. Кобаяши, В. Джонсон и др.
В настоящее время практически все заводы и предприятия, связанные с металлообработкой, используют в той или иной степени листовую штамповку. Широкое применение листовой штамповки обусловило 
создание специализированных машин-автоматов для штамповки. Технология и теория листовой штамповки продолжают развиваться и совершенствоваться. В последнее время возникли новые технологические 
процессы листовой штамповки: изотермическая и гидромеханическая 
штамповка, электроимпульсная штамповка, штамповка взрывом, штамповка магнитным полем и другие прогрессивные процессы получения изделий из листовой заготовки методами обработки металлов давлением.

2. Общие положения и классификация  
процессов листовой штамповки

П

ри листовой штамповке исходная форма материала пластически изменяется. При этом обеспечиваются требуемые геометрическая точность формы, состояние и качество поверхности.
Формоизменение в большинстве случаев осуществляется с помощью основных инструментов — пуансона и матрицы и вспомогательных — прижима, съемника, выталкивателя и т. д.
Пуансон вдавливается в деформируемый материал, обтягивается, 
обтекается или охватывается им. Матрица вбирает в себя, охватывает 
изменяющий форму материал и пуансон.
Поверхность матрицы, по отношению к которой строится и измеряется проем, называется зеркалом матрицы. Зеркало матрицы может 
быть плоскими и искривленным.
Контуром проема матрицы называется линия пересечения поверхности полости с базовой поверхностью. Полость матрицы может быть 
глухой (с дном) или сквозной в виде отверстия. Если полость сквозная, матрица имеет форму осесимметричного или неосесимметричного кольца.
Пуансон и матрицу изготовляют, как правило, из более твердого 
и прочного материала, чем обрабатываемый материал. Вместе с тем 
один инструмент — пуансон или матрица — может быть из твердого 
материала, а другой — из эластичного, легко поддающегося формоизменению.
Инструмент называется жестким, если он изготовлен из более твердого материала, чем обрабатываемая заготовка.
Исходный материал, предназначенный для последующей обработки в виде тела определенной формы, называется заготовкой.
Различные фазы процесса изготовления детали, при которых происходит изменение формы заготовки, называются операциями.

2. Общие положения и классификация процессов листовой штамповки 

Изготовление детали может быть произведено в результате проведения одной операции а в ряде случаев в результате выполнения 
нескольких операций. Такой процесс изготовления деталей называют многооперационным.
В зависимости от толщины листа (заготовки) s листовая штамповка условно делится на следующие группы:
· тонколистовую штамповку (s < 4 мм);
· нормальную (s = 4…15 мм);
· толстолистовую (s > 15…20 мм).
Толстолистовая штамповка, как правило, производится с нагревом заготовки. С нагревом заготовки перед штамповкой производится 
также листовая штамповка ряда сплавов, которые обладают пониженной деформируемостью, таких, например, как некоторые титановые 
сплавы.
Все процессы листовой штамповки могут быть разбиты на следующие основные группы операций:
· разделительные;
· формоизменяющие;
· прессовочные;
· комбинированные;
· штампосборочные.
При разделительных операциях материал заготовки доводится 
до разрушения, а при формоизменяющих операциях изменяется форма и размеры заготовок, при этом деформирование заготовки не должно сопровождаться разрушением.
Кроме так называемых классических способов штамповки, в которых штамповочные операции производятся жестким, как правило, 
твердым металлическим инструментом, существуют способы листовой штамповки с помощью различных сред и полей. Такими способами являются:
· электрогидравлическая штамповка, которая основана на использовании ударной волны, получаемой в результате электрического разряда в жидкости;
· штамповка взрывом — основана на использовании энергии 
взрывной волны, передаваемой на деформируемую заготовку 
через воздух или жидкость;
· магнитно-импульсная штамповка — с использованием сил электромеханического взаимодействия между вихревыми токами,