Штамповка алюминия

Штамповка – это процесс деформации металла давлением, при котором деталь приобретает конфигурацию штампа. При обработке плоского листа происходит его частичное растяжение или сжатие. Во время работы с полнотелыми заготовками металл деформируется по всему объему, заполняя форму штампа. При штамповке готовая деталь со сложной формой получается за одну операцию. Любые другие способы воздействия более трудозатратные и технологически сложные. 

Чтобы применить такую операцию необходим материал с высокой пластичностью. Для этого отлично подходит алюминий и его сплавы. Штамповка алюминия – это один из самых распространенных приемов создания готовых изделий.

Какие марки алюминия подходят для штамповки

Выбор материала зависит от двух критериев:

• Технологическая обоснованность. Сырье должно иметь физические характеристики, подходящие для производства изделия.
• Экономическая целесообразность. Нет необходимости применять сверхчистый и, соответственно, дорогой металл в тех случаях, когда его можно заменить более дешевым аналогом. 

Многие алюминиевые сплавы применяют для изготовления штампованных изделий, но основной материал – это алюминий разной степени очистки. При выборе проката, необходимого в производстве, промышленность старается исключить нагартованные или искусственно состаренные листы. Такие материалы перед штампованием отжигают и этим возвращают эластичность. 

Рассмотрим марки металлов, которые используют при изготовлении деталей методом пластического деформирования:

• А0, А5, А6, А7, А8 – в марках присутствует минимальное количество примесей. Чем больше цифра, тем меньше нежелательных компонентов. 
• АД, АД0, АД 000, АД1, АД31, АДС – технические материалы, где основными элементами являются магний и углерод.
• АМг2, АМг3, АМг4, АМг5, АМг6 – легирующий компонент – магний в пределах от 1 до 7%. Медь, цинк, железо, титан, кремний и бериллий присутствуют в виде примесей в небольших количествах.
• АМц и АМС – главным легирующим компонентом является марганец до 1,5%. 
• Б 95 – содержит 3% магния, 0,5% марганца, 2% меди и до 7% цинка. Характеризуется высокой прочностью при умеренной коррозионной стойкости. 
• Д16 – в составе до 2% магния и до 5% меди. Имеет хорошие прочностные характеристики, легко поддается любой обработке. 
• 1105 и 1163 – сплавы с большим содержанием меди и марганца.
• 1561 – в составе находится кремний до 4,8%.

Метод холодной штамповки

Этот процесс распространен при изготовлении разнообразных деталей. Высокая пластичность и предельно низкая упругость позволяют получать изделия с высокой точностью и сложной геометрией. Штамповка экономически выгодна, потому что не тратится большое количество энергии, не требуется сложного оборудования и процессы легко автоматизируются. Штамповкой обрабатывают не только алюминиевые листы, но и кругляк, квадрат, заготовки.

Смысл металлообработки заключается в деформировании металла между двумя криволинейными пуансонами. Если изделие делают из листа или ленты, то штамповка часто совмещена с вырубкой. Это позволяет получить заготовку необходимой конфигурации. Пресс давлением деформирует листовой материал под форму пуансонов. За один цикл производят небольшую деформацию с маленьким удлинением поверхности. Если требуется значительно растянуть металл, то процесс производится за несколько приемов. Так делают бесшовные емкости, стаканы и прочее. 

В массовом производстве небольших деталей штамповка автоматизирована. На аппарат подают рулонный листовой алюминий или ленту, а оператор следит за корректностью работы оборудования. При производстве больших элементов, например, обшивки фюзеляжа самолета, автоматизировать процесс сложнее из-за того, что изделия выпускаются мелкими сериями.  

В процессе операции происходит смещение металла относительно поверхностей пуансонов. Чтобы снизить трение и предотвратить разрушение внешнего слоя, применяют смазки. Это могут быть промышленные масла и более густые составы. 

Перед штамповой часть проката требует отжига для увеличения пластичности. Для этого материал нагревают до нужной температуры, индивидуальной для каждого сплава, и медленно остужают в естественных условиях. 

Кроме классического пуансонного метода штамповки, существуют другие способы механического деформирования:

• Деталь зажимают над криволинейной формой и с обратной стороны создают повышенное давление с помощью жидкости или газов. Под их воздействием лист прижимается к форме. 
• Для формовки толстых листов применяют эффект увеличения объема жидкости под воздействием электрического разряда. Такой метод позволяет создать очень большое усилие. 
• Роль одного из пуансонов может выполнять резиновая подушка, которая при давлении принимает форму жесткого штампа. А заготовка под мягким влиянием подушки приобретает необходимую форму. 

Холодная штамповка полнотелых изделий

Для производства таких элементов, как заклепки, втулки, штоки и т.д. применяют формование из алюминиевого круга, прутка или проволоки. 

Процесс выглядит так:

• Заготовку нарезают по нужным размерам.
• Затем их вставляют между двумя пуансонами и сдавливают. 
• В процессе давления металл заполняет все пустоты, приобретая необходимую форму. 

Если деталь сложная, то возможно воздействие за несколько приемов. Например, чтобы получить втулку, сначала производят просечку для формирования центрального отверстия, а затем – опрессовку в пуансонах.

Эти операции делают в автоматическом режиме. Оператор обеспечивает загрузку исходных материалов и контроль за работой аппаратуры. 

Другие приемы холодной штамповки

К операции штампования можно отнести:

• Гибку, когда лист гнется под определенным углом с заданным радиусом.
• Развальцовку. В этом случае конусом или многогранной пирамидой расширяют уже готовое отверстие. 
• Завальцовку. Оправкой сужают диаметр круглой заготовки. 
• Рубку. Часто требуется изделие плоской формы со сложной конфигурацией. Здесь из листа двумя ножами вырубают нужную деталь. 

Метод горячей штамповки 

При штамповке полнотелых алюминиевых деталей со сложной конфигурацией, например, крыльчаток, кронштейнов и корпусов, перед деформацией металл нагревают. Это необходимо для повышения текучести и предотвращения внутренних дефектов. Материалом для горячей штамповки чаще всего является алюминиевая плита или кругляк разного диаметра. 

Технологический цикл состоит из следующих операций:

• Формирование заготовки. Из проката нарубают болванку необходимых размеров. 
• Нагрев. Заготовку нагревают в зависимости от марки сплава до температуры от 350 до 470 градусов. Для этого используют электрические или углеродные печи. Если технология позволяет, то можно применить индукционный нагрев. При этом металл становится пластичным и заполняет форму во всем объеме. 
• Прессование. Разогретую деталь помещают между двумя пуансонами и опрессовывают при высоком давлении. 
• Обрезка облоя. При формировании детали по грани пуансонов остается выдавленный материал. Его обрезают или стачивают, доводя изделие до нужной формы. 

В большинстве случаев штампованное горячим методом изделие доводится до товарного состояния последующим травлением, шлифовкой, планировкой и прочими операциями в соответствии с технологической картой. 

Литьевая штамповка 

Если конфигурация изделия сложная и имеет много мелких элементов, то применяют способ прессования металла жидкой фазы. Для этого материал расплавляют до текучего состояния и направляют в форму, где происходит опрессовка и застывание. Расплавленный металл заполняет все самые мелкие углубления в форме. Метод технологически сложный и энергоемкий, поэтому он применяется редко. 

Штамповка из алюминиевого порошка

Все большую популярность стал приобретать метод изготовления деталей из порошкового алюминия. Технология позволяет гибко менять ассортимент выпускаемой продукции, не требует сверхсложного оборудования, имеет низкую энергозатратность и, как результат, хороший экономический эффект. 

Процесс заключается в следующем:

• Порошок обрабатывают реагентами с целью частичного удаления оксидного слоя.
• Подготавливают смесь из порошка и пластифицирующих компонентов, например, парафина. 
• Состав помещают в пуансон и опрессовывают. Под давлением происходит диффузионное соединение микрочастиц, и изделие приобретает форму.
• Деталь отправляют на запекание или на другие операции по доработке.

Штамповка из порошка позволяет не только удешевить процесс, но и создать детали с уникальными свойствами, например, имеющие пористую структуру или композитный состав из элементов, которые невозможно объединить другими методами. 

Штамповку применяют для создания посуды, изготовления мелких алюминиевых деталей и метизов, корпусов самолетов и плавсредств, разных кожухов, элементов мебели. Перечислить все области применения штампованных изделий из алюминия невозможно. Метод широко используется благодаря тому, что штамповка – это очень технологичный процесс, который позволяет быстро и качественно делать бесшовные детали со сложной геометрией.