В качестве исходного материала в листоштамповочном производстве используют штучные листы, полосы, ленты. Чаще применяют многоштучные заготовки, что позволяет более рационально использовать материал, повысить уровень автоматизации, увеличить производительность.
При листовой штамповке применяют в качестве инструмента различной конструкции штампы, которые состоят из рабочих частей (матрицы и пуансона), непосредственно деформирующих листовую заготовку, монтажных деталей, направляющих втулок и колонок. Матрица и пуансон крепятся к нижней и верхней плитам, на которых монтируются все остальные детали штампа и механизмы (подачи, ориентации, фиксации и т. п.). Штамп является относительно дорогостоящей технологической оснасткой, поэтому может быть эффективно использован только при массовом или крупносерийном производстве.
Листоштамповочным оборудованием являются кривошипные прессы различных конструкции, усилия и размеров; могут быть использованы гидравлические и пневматические прессы, а также листоштамповочные автоматы.
Холодная обработка металлических заготовок возможна в случаях, если пластичность материала достаточна для формоизменения заготовки и превращения ее в готовую деталь или полуфабрикат. Холодная деформация металлов и сплавов часто реализуется при высоких давлениях на поверхность инструмента (2000-2500 МПа), поэтому вторым ограничительным фактором является способность деформирующего инструмента выдерживать такие большие нагрузки при огромном количестве циклов. Преимущества холодной обработки металлов давлением заключаются в том, что можно только давлением получить на детали высокую точность (8-10-й квалитет точности) при низкой шероховатости поверхности (Ra-0,3-2,5 мкм). Кроме того, материал детали получает упрочнение за счет наклепа, уменьшается расход энергии в результате исключения операции нагрева заготовки и отсутствует окалина или окисел на ее поверхности.
Реализуется холодная обработка металлов давлением с помощью различных уже известных способов – прокатки, волочения, прессования, выдавливания, штамповки, высадки, раскатки, накатки, поверхностного упрочнения, ротационного и радиального обжатия заготовок, редуцирования, дорнования, вытяжки и т. п. При холодной обработке металлических сплавов требуется заготовки предварительно разупрочнить (отжечь), очистить поверхность от различного рода загрязнений, окислов, окалины, нанести на поверхность подсмазоч-ный слой (фосфатирование) и технологическую смазку для снижения контактного трения между инструметом и заготовкой. Несмотря на увеличение количества операций холодная обработка материалов давлением является весьма эффективным способом производства многих деталей и заготовок. В последнее десятилетие некоторые передовые предприятия автомобильной промышленности начали применять для холодной деформации микролегированные сплавы, которые относительно легко деформируются в холодном и горячем состоянии при небольшом сопротивлении деформированию, а требуемые прочностные свойства они приобретают после специальной термической обработки.
Процесс обработки материалов резанием получил большое распространение во всех отраслях производства для формоизменения и придания соответствующих размеров заготовкам из различных материалов: дерева, природного камня, металлов и сплавов, пластмасс, стекла, керамических материалов. Сущность процесса заключается в том, что с помощью режущего инструмента с заготовки удаляют в определенных местах так называемый припуск, последовательно приближая ее форму и размеры к требуемым, превращая ее в готовое изделие. Обработку резанием можно производить вручную и с помощью станков. При ручной обработке в качестве инструмента используют зубчатую пилу (ножовку), стамеску и долото, топор, рубанок и фуганок, резец, сверло, рашпиль и напильник, зубило, надфиль, метчик и плашку, абразивный брусок или наждачную бумагу; при станочной обработке - резец, фрезу, ножовку, ленточную или дисковую зубчатую пилу, сверло, протяжку и долбяк, метчик и плашку, абразивный круг и др.
Преимуществом обработки материалов резанием является возможность получения геометрической формы точных размеров с низкой шероховатостью поверхности при различном типе производства. Резанием обрабатывают различные материалы, свойства которых лежат в широком диапазоне: это пластичные и хрупкие материалы, металлические и неметаллические, природные и искусственные, твердые и мягкие. В подавляющем большинстве случаев, чтобы обеспечить требуемую точность размеров и формы, расположения поверхностей детали, необходимо на заключительной стадии изготовления деталей применять обработку резанием. Выполненные при обработке размеры, форма и расположение поверхностей и их шероховатость определяют фактические зазоры и натяги в соединениях деталей машин и механизмов, влияющие на их качество, технические и экономические показатели продукции.
Для нормирования точности изготовления изделий установлены степени точности - квалитеты. Квалитет - это совокупность допусков, соответствующих одинаковой степени точности для номинальных размеров. В соответствии с действующим стандартом установлено 19 квалитетов точности: 01, 0, 1, 2, 3, ..., 17. Самый точный - 01, самый грубый – 17-й квалитет. Допуск квалитета обозначают буквами IT и цифрой квалитета. Поминальный размер – размер, который служит началом отсчета отклонения и относительно определяет предельные допустимые размеры (наибольший и наименьший). Допуск -это разница между наибольшим и наименьшим предельными размерами. На чертеже детали указывают номинальный размер и отклонения (верхнее и нижнее).
Для измерения и контроля размеров применяют мерительный инструмент и приборы. Простейшими и наиболее часто применяемыми инструментами являются: линейка, угломер, штангенциркуль, микрометр, глубиномер, нутромер, предназначенный для измерения внутренних размеров.
Шероховатость поверхности – это совокупность неровностей, образующих рельеф поверхности детали или заготовки, рассматриваемый в пределах базовой длины. Для численного определения величины шероховатости поверхности используют базовую линию, кото-ран представляет собой среднюю линию профиля неровностей, относительно которой рассматривают и измеряют высоту выступов и глубину впадин. Для характеристики шероховатости часто используют параметр Ra - среднее арифметическое отклонение профиля в пределах базовой длины. Величина Ra может быть в пределах от 0,008 до 100 мкм; наименьшее значение шероховатости можно получить при полировке, наибольшее - при строгании. При измерении шероховатости грубо обработанных поверхностей применяют параметр Rz - сумма средних абсолютных значений высот пяти наибольших выступов профиля и глубин пяти наибольших впадин профиля в пределах базовой длины. Величина Rz может лежать в пределах от 0,025 до 1600 мкм.
Параметры шероховатости поверхности измеряют контактными методами с помощью щуповых приборов (профилографы, профилометры), приборов светового сечения, теневого сечения, растровых микроскопов, микроинтерферометров.
Наибольшее распространение получили следующие способы обработки материалов резанием: точение и растачивание, фрезерование, сверление, строгание, шлифование, протягивание, нарезка внутренней и внешней резьбы, полирование. Для выполнения рабочих операций обработки резанием применяют универсальное (токарный, фрезерный или сверлильный станок), специализированное (долбежный станок) и специальное (резьбошлифовальный или зубофрсзерный станок) оборудование.
Для изготовления металлоизделий резанием чаще всего используются штучные заготовки, которые получают в заготовительных цехах (литейных, кузнечных, штамповочных), или разделением сортовых профилей. На автоматах используют многоштучные заготовки в виде прутков, труб, бухты проволоки, которые подаются на рабочее место в состоянии поставки из металлургического предприятия. Часто обработка резанием деталей машин протекает в два этапа: обработка до операций металлоупрочнения (закалка, улучшение, хромирование) и абразивная обработка, с помощью которой достигают требуемой точности размеров и шероховатости поверхности.
Качество и производительность обработки материалов резанием во многом зависят от применяемого инструмента, материала конструкции режущей кромки резца, фрезы, сверла. Известно, что наивысшее качество обработки поверхностей обеспечивают твердосплавные, керамические и алмазные инструменты.
Для придания металлоизделиям соответствующих механических свойств (необходимой твердости поверхности и механической прочности) после литья, сварки, пластической деформации и обработки резанием применяют различные способы металлоупрочнения. В настоящее время практически все металлоизделия подвергаются соответствующему упрочнению, что повышает срок их эксплуатации и надежность в десятки и даже в сотни раз. Без применении техпроцессов упрочнения металлоизделий немыслимо производство таких изделий, как автомобили, самолеты, двигатели различного назначения, сельхозмашины, горнодобывающая техника и дорожные машины.