Глава 4.

Введение. Обработка давлением один из основных способов получе­ния заготовок и деталей в приборостроении. Широкое применение заготовок и деталей, полученных обработкой давлением, объясняется прежде всего их малой стоимостью, большой производительностью изготовления, малой материалоемкостью, высокой точностью и вы­соким качеством поверхности.

При обработке давлением происходит частичное или полное изменение формы заготовки за счет перераспределения объема под действием внешних сил. К этому виду обработки относят горячую и холодную ковку, листовую и объемную штамповку, прокатку, волоче­ние, ротационное выдавливание, штамповку взрывом взрывчатых ве­ществ и газовых смесей, импульсным магнитным полем, электрогидравлическую, эластичными рабочимии средами и др. - десятки раз­личных операций. *

В основе физической сущности различных видов обработки дав­лением лежат общие закономерности, на основании которых возмож­но управление физическими свойствами деталей и процессом формо­образования.

4.1. Физические основы обработки давлением

Строение деформируемого металла. Все применяемые в промыш­ленности металлы и сплавы имеют поликристаллическое строение, то-есть состоят из множества произвольно ориентированных в объеме кристаллов. В некоторых случаях кристаллы имеют преобладающую ориентацию, обусловленную технологией производства. Расположе­ние атомов в' кристалле определяется условиями кристаллизации.

Пластическая деформация. Под действием внешних сил расстоя­ние между атомами меняется и при переносе атомов в новые поло­жения устойчивого равновесия изменяется форма заготовки - возникает пластическая деформация. Пластическое деформирование про­исходит за счет двух механизмов: скольжения и двойникования. Скольжение представляет собой параллельное смещение тонких слоев кристалла относительно смежных (рис.1). Обычно плоскостями скольжения являются плоскости наибольшей упаковки атомов. Пере­сечение плоскостей скольжения с поверхностью кристалла называют полосой скольжения.

Скольжение начинается в одном или нескольких участках плоско­сти скольжения и затем распространяется на всю поверхность.

При сдвиге атомов одного слоя относительно другого величина необходимого касательного напряжения равна

τmax=(b/a)*(G/2п)

где (a , b - расстояние между атомами соответственно в вер­тикальном и горизонтальном направлении, G - модуль сдвига (кГ/мм2) MПa

Из формулы следует, что сопротивление сдвигу на несколько порядков больше действительных значений. Эти расхождения объяс­няются наличием дислокаций.

Дислокации - это искажение кристаллической решетки (рис.2 ), причинами которых являются: наличие примесей, отсутствие в узлах решетки атомов, излишние атомы, граница зерна между деформиро­ванной и недеформированной частью в плоскости скольжения. Иска­жения в реальных кристаллах ослабляют межатомные связи; это и уменьшает прочность металлов во много раз.

Двойникование - это механизм пластической деформации, приводящий к симметричному изменению ориентировки одной части кристалла относительно другой (рис.3). Иногда плестическая деформация сопровождается при двойниковании увеличением объема (например у Fe на 50%).

Пластическая деформация поликристалла. У поликристалла плоскости скольжения в отдельных зернах ориентированы не одинаково. И при приложении внешних сил деформация в зернах будет происходить не одновременно; сначала в зернах с наиболее благоприятной ориенти­ровкой по отношению к действующему напряжению, а затем во всех остальных, когда величина напряжения и для их положения достига­ет максимального значения. В результате скольжения в поликристаллическом теле на поверхности появляются линии скольжения (рис.4) След скольжения ухудшает внешний вид деталей. При дальнейшем увеличении степени деформации вся поверхность тела покрывается линиями скольжения и поэтому их следов нельзя заметить.

Дальнейшее увеличение степени деформации приводит к вытянутости зерна в направлении течения и повороту кристаллографических осей зерен. При некоторой (значительной) деформации разница в направлениях кристаллографических осей уменьшается: возникает преимущественная ориентировка осей поликристалла, которую назы­вают текстурой. Возникновение текстуры ведет к анизотропии всех свойств тела. Анизотропия механических свойств отрицательно ска­зывается на качестве, расходе металла, трудоемкости изготовления изделия.

Влияние холодной пластической деформации на физико-механические свойства. При пластическом деформировании тела с увеличением де­формации:

а) изменяются механические характеристики - увеличивается предел упругости, текучести, прочности, твердость; уменьшается - относительное удлинение (рис. 5), сужение, ударная вязкость ,

б) изменяются физические характеристики - увеличивается электрическое сопротивление (у вольфрамовой проволоки на 30-50%), коэрцитивная сила и гистерезис, уменьшается - магнитная проница­емость, магнитная восприимчивость, магнитное насыщение и остаточный магнетизм, уменьшается теплопроводность, сопротивление коррозии.

Упрочнение. Совокупность всех явлений, связанных с изменением механических и физико-химических свойств материалов называется упрочнением (пакленом).

С увеличением деформации сопротивление деформированию увели­чивается по сравнению с начальным в два и более раза (рис . 5) .

Степень деформации. Показателем степени деформации в обработке давлением наиболее часто принимается относительная и логарифми­ческая деформация. Наиболее распространено использование относи­тельных деформаций, например, для растяжения:

д=(l-lo)/lo

где lo и l - начальная и конечная длина образца при растяжении.

Деформирование при повышенных температурах. С целью уменьшения деформирующего усилия и повышения пластичности обрабатываемый металл нагревают. При повышении температуры деформируемого ме­талла в нем возникают процессы противоположные упрочнению - воз­врат и рекристаллизация.

При нагреве до температуры (0,25-0,30)К° абсолютной темпе­ратуры плавления металла амплитуда колебания атомов при деформи­ровании настолько увеличивается, что они могут занимать новые положения устойчивого равновесия. Это явление называют возвратом. Возврат приводит к некоторому уменьшению сопротивления деформиро­ванию, однако не влияет на величину, форму и размеры зерна. По­этому возврат не препятствует образованию текстуры. С увеличени­ем температуры скорость возврата увеличивается, увеличение ско­рости деформирования может уменьшить скорость возврата. Возврат происходит также и 'при нагреве ранее холоднодеформированного металла.

При температуре 0,4К° и более в металле протекает процесс рекристаллизации. Рекристаллизация заключается в появлении заро­дышей, возникновении и росте новых зерен взамен деформированных. Возможность рекристаллизации обусловливается при увеличении тем­пературы повышением энергетического баланса атомов, при котором атомы получают возможность перегруппировок и интенсивного обмена местами. При рекристаллизации получают равноосные зерна; величи­на образовавшихся зерен зависит от температуры, степени деформа­ции и скорости деформации (рис. 6 ).

Процессу рекристаллизации можно подвергать холоднодеформированные металлы.

Влияние горячей пластической деформации на свойства металла. Заготовки с литой структурой обычно подвергают горячей обработке давлением. Литая структура характеризуется крупными кристаллами первичной кристаллизации, по границам которых располагаются про­слойки, обогащенные примесями и неметаллическими включениями.

Деформирование литой структуры приводит к дроблению кристал­литов и вытягиванию их в направлении наиболее интенсивного тече­ния металла. Одновременно происходит и вытягивание в том же направлении межкристаллитных прослоек, содержащих неметалличес­кие включения. При достаточно большой степени деформации неметал­лические включения принимают форму прядей вытянутых в направле­нии интенсивного течения металла, образуя полосчатость макрост­руктуры (полосчатости микроструктуры при этом нет).

Полосчатость макроструктуры приводит к анизотропии металла. Показатели пластичности (предел текучести и удлинение) вдоль и поперек волокон значительно отличаются, причем разница их значе­ний возрастает с увеличением степени деформации. Прочностные характеристики металла вдоль и поперек волокон отличаются незна­чительно, а увеличение степени деформации на их величине практически не сказывается.

При горячей обработке металлов давлением стремятся вести процесс деформирования таким образом, чтобы волокна макрострук­туры были расположены в направлениях наибольших нормальных напря­жений в условиях работы детали.

Виды деформаций. В зависимости от возможности протекания в метал­ле при деформации процессов упрочнения или разупрочнения разли­чают несколько видов деформации.

Горячая деформация - деформация, при которой происходит пол­ная рекристаллизация деформируемого металла.

Холодная деформация - деформация при которой отсутствуют возврат и рекристаллизация.

Различают и промежуточные виды деформаций: неполная горячая деформация - деформация, при которой рекристаллизация проходит не полностью; неполная холодная деформация - деформация, при ко­торой происходит только возврат.

Основные закономерности пластической деформации

1. Закон постоянства объема: объем металла при его пластиче­ском деформировании остается неизменным.

2. Закон наличия упругой деформации при пластическом деформи­ровании. При любом пластическом деформировании общая деформация складывается из упругой и остаточной

3. Закон остаточных напряжений. При обработке давлением одно­родная пластическая деформация практически не имеет места, хотя при решении она принимается равномерной. Неоднородность деформа­ций обусловлена контактным трением, неравномерным распределением температур, неоднородностью химического состава и механических свойств, формой деформируемого тела и деформирующего инструмента. При неравномерной деформации отдельные зерна деформируются по-разному. Однако благодаря связи между собой они не могут самостоятельно изменять размеры. В результате взаимного влияния воз­никают напряжения со стороны более деформированных участков, ко­торые будут увеличивать деформацию менее деформированных участков и наоборот. Эти напряжения называются дополнительными. Дополни­тельные напряжения бывают трех видов:

напряжения первого рода - напряжения, уравновеши­вающиеся между отдельными частями тела,

напряжения второго рода - напряжения уравновешивающиеся между отдельными зернами,

напряжения третьего рода - напряжения уравновешивающиеся между отдельными элементами зерна.

После снятия деформирующего усилия дополнительные напряжения остаются в металла; в этом случае их называют остаточными, их характеристика аналогична характеристике дополнительных напряже­ний. Остаточные напряжения можно полностью или частично снять при

нагреве металла: при температуре возврата снимают остаточные напряжения первого рода, при температурах выше температуры воз­врата и ниже температуры рекристаллизации снимают остаточные напряжения второго и первого родов* при температуре рекристалли­зации снимают остаточные напряжения третьего, второго и первого родов.

Механическим путем можно уменьшить статочные напряжения 1-го рода за счет равномерного деформирования.

4.2. Основные операции обработки давлением

Операции обработки давлением классифицируют в зависимости от используемого инструмента, оборудования, температуры обраба­тываемого металла и других признаков. В зависимости от применяемого инструмента, деформирующего металл, различают:

1) штамповую обработку,

2) бесштамповую обработку.

При штамповой обработке на машине используют специальный инструмент - штамп (отсюда и происходит название). С помощью штампа можно получать изделия одинаковых размеров. При бесштамповой обработке на машине используют универсальный деформирующий инструмент, позволяющий получать различные размеры изделий одинаковой формы (круглый, квадратный, прямоугольный пруток, лист, ленту). К операциям штамповой обработки относят:

1) операции холодной листовой штамповки,

2) операции холодной объемной штамповки,

3) операции горячей (листовой и объемной) штамповки. При операциях листовой штамповки исходная заготовка из лис­тового металла и в процессе пластического деформирования ее тол­щина не меняется или изменяется незначительно. При операциях объемной штамповки размеры исходной заготовки значитально изменя­ются по трем направлениям. Основными операциями бесштамповой обработки являются:

1) прокатка,

2) волочение. Операции холодной листовой штамповки делятся на три основные группы:

1) разделительные,

2) формообразующие,

3) комбинированные.

К разделительным операциям листовой штамповки относят: отрез­ку, разрезку, обрезку, вырезку, надрезку, просечку, вырубку, про­бивку, зачистку и калибровку и др.

При разделительных операциях происходит отделение полное (отрезка, разрезка, обрезка, вырезка, вырубка, пробивка, зачист­ка, калибровка) или частичное (надрезка, просечка) металла от исходной заготовки.

Результатом этих операций являются или готовые детали или заго­товки, используемые для последующей обработки.

К формообразующим операциям относят: гибку, вытяжку, отбортовку, обжим, формовку и др.

При формообразующих операциях исходная плоская заготовка дефор­мируется в пространственную деталь. При этом плоская заготовка или локально (гибка, отбортовка, обжим, формовка) или полностью (вытяжка) деформируется.

К комбинированным операциям относят - различные комбинации одновременно выполняемых в одной или нескольких позициях штампа различных операций.

Операции холодной объемной штамповки: выдавливание, высадка, чеканка и калибровка, накатка резьб и зубчатых колес и др.

4.3. Материалы, применяемые в холодной штамповке

В холодной штамповке применяют разнообразные как металличес­кие, так и неметаллические материалы. Наиболее широко применяют следующие металлы и их сплавы: железо, медь, алюминий, магний, цинк, никель, титан; обрабатывают штамповкой и менее распрост­раненные металлы и их сплавы: молибден, тантал, кобальт, бериллий, цирконий, золото, серебро, платину и др.

Неметаллические штампуемые материалы разделяют на две группы. К первой группе относят: бумагу, картон, прессшпан, кожу, фетр, войлок, резину и прорезиненную ткань, хлопчатобумажные и шерстя­ные ткани и другие прокладочные материалы. Ко второй группе от­носят конструкционные, электроизоляционные и теплоизоляционные материалы: 1) слоистые пластмассы - текстолит, гетинакс, стекло- текстолит, асботекстолит, фибра, древеснослоистые пластики и др.,

2) блочные пластмассы - органическое стекло, целлулоид, винилласт, поливинилхлорид, полиэтилен, 3) асбестовые изделия - бумага ас­бестовая, картон асбестовый, гидроизол, паронит, асбометалличес- кое армированное полотно, 4) слюда и миканиты: слюда (мусковит, флагонит, биотит), миканиты (коллекторный, прокладочный, формовоч­ный и гибкий).

Номенклатура марок материалов и сортамент (форма и размеры) установлены соответствующими Гостами. Наиболее распространенными являются различные сортаменты черных и цветных металлов в виде листов, лент, полос, круглых, квадратных и шестигранных прутков. В последние годы созданы новые листовые материалы стальные и алю­миниевые листы, покрытые цветной пластмассой толщиной 0,36 мм.

Технологические свойства металла для штамповки характеризуют: механические характеристики, химический состав, структура и ве­личина зерна, анизотропия, точность размеров заготовок.

Механические свойства металла характеризуют в основном: а)прочностными показателями-пределом текучести (бт , пределом проч­ности бв , б) пластическими показателями - относительным удли­нением д и относительным сужением. В зависимости от условий ра­боты назначения и технологии штамповки к штампуемому материалу

предъявляют определенные механические и технологические

требования. При разделительных операциях металлы с высоким преде­лом текучести дают чистый срез; для формообразующих операций (гибки, вытяжки) желателен низкий предел текучести - это способ­ствует уменьшению упругой деформации после штамповки. Особенно это важно для операций гибки, где большой объем упругодеформируемого металла. Вытяжка листового металла успешно протекает при большом относительном удлинении (δ>28%) и малом отношении предела текучести к пределу прочности - бт/бв<0,65. Выбранный материал должен также обеспечивать возможность выпол­нения последующих технологических операций отделки, сборки и т.д.

Химический состав сильно влияет на механические свойства ма­териала. Для регламентирования механических характеристик к хим­составу для штампуемых сталей предъявляют жесткие требования.

Структура в большой степени влияет на механические свойства материала. В сталях структурное состояние углерода (феррит, пер­лит, цементит) определяет пригодность к штамповке. Наиболее бла­гоприятна для штамповки структура феррита или структура феррита и зернистого перлита.

Величина зерна и однородность его оказывают большое влияние на штампуемость. Неоднородность зерна вызывает неравномерную де­формацию объема металла и является причиной разрывов при вытяжке. Рекомендуют величину зерна 0,026-0,057 мкм, при величине зерна менее 0,018 мкм сталь хуже деформируется - при вытяжке возникают трещины и гофры, при гибко значительное пружинение. При раздели­тельных операциях качество поверхности скола определяется величи­ной зерна, при вытяжке и гибко ухудшение шероховатости тем боль­ше, чем больше величина зерна.

Анизотропия увеличивает количество операций при вытяжке при гибко увеличивает минимальную величину радиуса гибки, при выруб­ке - пробивке уменьшает точность размеров.

Точность размеров заготовки оказывает влияние на точность изготовления деталей.

4.4. Холодная листовая штамповка

Виды заготовок. Для листовой штамповки используют заготовки в ви­де листа, полосы, ленты или профилей различного поперечного сече­ния: труба, уголок, двутавр и т.д.

Раскрой материала. Раскрой материала - это способ расположения деталей (заготовок) в ленте, полосе или на листе с целью раци­онального использования исходного материала.

Раскрой полосы (ленты). В зависимости от требований по точности различают три типа раскроя: а) с отходами перемычками, б) с час­тичными отходами, в) без отходов.

Раскрой с отходами (рис.7a) применяют для изготовления деталей повышенной точности (8-13 квалитет), а также для деталей сложной конфигурации, раскрой с частичными отходами (рис.7б) и без отходов (рис.7в) применяют для простых по форме дета­лей низкой точности. Перемычки между деталями и краем определяют по таблицам в зависимости от толщины и конфигурации детали. Применяют по указанным схемам однорядный и многорядный раскрой. Нужную ширину полосы (ленты) получают путем резки листа (рулона) на полосы (ленты).

Раскрой листа (ленты). При раскрое листа нужно стремиться к полу­чению целого числа полос, длина которых равна шагу подачи. Пред­почтительным является продольный раскрой (рис.8а) увеличивающий произво­дительность труда за счет меньшего количества заправок полос в штамп. Для уменьшения отхода по некратности длины полосы приме­няют поперечный и комбинированный раскрой листа (рис.8б,в). При раскрое ленты следует предусматривать у краев припуск 2-3 мм для удаления смятых при транспортировке торцов.

Рациональным считается раскрой, для которого получают наиболь­ший коэффициент использования материала

N=(n*Fд)/B*A

где n - число деталей в полосе или ленте,

Fд - площадь детали, мм², B,A - ширина и длина полосы, ленты или листа, мм.

Разделительные операции

Общие сведения.

Различают разделительные операции: 1) со значительной шириной отделяемого металла (более двух толщин) - резка, вырубка, про­бивка, вырезка, надрезка и др., и 2) операции с небольшой шири­ной отделяемого металла (менее 0,5 толщина - зачистка, калиб­ровка. Механизмы разделения в этих случаях различны.

Первая группа операций применяется для разделения листов и лент с целью получения деталей или заготовок для последующей штам­повки. Вторая группа операций - с целью отделки - повышения каче­ства деталей

Резка. Механизм разделения операций резки, вырубки, пробивки и др. одинаков. Процесс резания - деформирования заготовки протекает в три этапа:

1) упругая и начало пластической деформации,

2) пластическая деформация, сопровождающаяся пластическим врезанием ножей в материал заготовки,

3) разделение металла, происходящее после исчерпания пластической деформации путем скола.

При упругой деформации (1 этап) происходит упругое сжатие и из­гиб, свободные концы заготовки при этом поворачиваются на некото­рый угол. При пластической деформации (2 этап) врезаются ножи в разделяемый металл, качество поверхности разделения при этом за­висит в значительной мере от качества задней поверхности ножей. После исчерпания пластической деформации металла наступает сдвиг (скол) металла (3 период). У режущих кромок ножей образуются трещины скола металла. Эти трещины располагаются под некоторым углом к направлению движения ножей. Для качественного среза они должны встретиться.

Следовательно, для обеспечения качественного среза между ножами должен быть определенный зазор Z Опытные данные показывают, что величина зазора должна быть в пределах Z = (0,05-0,20)S (S - толщина металла).

Шероховатость поверхности среза соответствует Ra = 2,5-0,32 мкм, шероховатость поверхности скола - Rz = 16,0-20,0 мкм (рис.9д).

рис. 9

Напряжения и деформации в плоскости листа распространяются вдоль линии резки по обе стороны примерно на полосе шириной око­ло одной толщины металла (рис.10).

Из этих данных следует, что при ширине отрезаемой полосы или ленты равной или менее двух толщин поперечное сечение будет зна­чительно искажено.

Под действием силы резания возникает опрокидывающий момент, поворачивающий лист. Для предотвращения поворота листа применяют прижим.

Основные технологические параметры кроме зазора, точности и шероховатости поверхности - усилие и работа резки; они определя­ются по формулам:

p=бв*s*L н/(кгс) (2)

A=(p*s*a)/1000 нм(кгс) (3)

где бв - предел прочности разрезаемого металла н/м2 (кгс/мм2),

S - толщина металла (мм), L - периметр резки (мм), a - коэффициент, равный 0,5-0,6.

Усилие и работа необходимы для подбора оборудования (ножниц).

Для резки листового металла применяют различные типы ножниц: 1) ножницы с параллельными прямыми ножами, 2) ножницы с наклонны­ми прямыми ножами, 3) ножницы с многодисковыми ножами, 4) ножницы с парнодисковыми наклонно поставленными ножами и др. (рис.9а-г), а также штампы.

Ножницы с параллельными, наклонными и многодисковыми ножами применяют для прямолинейной резки; ножницы с парнодисковыми наклонными ножами - для криволинейной резки и вырезки по замкнутому контуру. Ножницы с параллельными и наклонными ножами применяют для резки листов, ножницы с многодисковыми ножами - для резки лент. Для выбора ножниц усилие рассчитывают по формулам:

а) для ножниц с параллельными ножами - по формуле (2)

б) для ножниц с наклонными ножами

P=(1/2)*(бв*S2)/tgL (4)

в) для многодисковых ножниц

*

P=0,4*m*(бв*S2)/tga

где бв - предел прочности материала, н/м2(кгс/мм2),

S - толщина материала, мм, L - угол наклона ножей, град, α (альфа) -угол захвата материала дисками, град, м - число пар ножей.

Точность резки по ширине зависит от толщины и ширины отреза­емой заготовки; более высокая точность резки на штампах, затем на многодисковых ножницах, затем на параллельных ножницах и наи­более низкая - на ножницах с наклонными ножами. Точность резки на ножницах определяется по справочным таблицам в зависимости от ширины и толщины разрезаемого металла. Ориентировочно она оцени­вается 12-14 калитетом точности.

Технологические требования (технологичность). 1) Ширина отделяемой части металла должна быть или равна двум толщинам материала.

2) Точность резки по ширине - 12-14 квалитет. Она уточняется по справочнику в зависимости от применяемого оборудования и толщины материала.

3) Шероховатость поверхности среза по толщине неоднородна - от Rz = 160-20 мкм в зоне скола до (Ra = 2,5-0,32 мкм в зоне среза. Вырубка и пробивка. При вырубке и пробивке происходит отделение металла по замкнутому контуру; при вырубке отделенная часть - яв­ляется деталью, при пробивке - отходом. Схема процесса показана на рис.11

Механизм разделения со всеми его особенностями не отличаются ничем от механизма разделения при резке. Напряжения пластического дефор­мирования распространяются на величину равную (0,6-0,7) толщины металла (рис.10), как и при резке.

В отличие от резки изгибающий момент при вырубке - пробивке приложен по замкнутому контуру к заготовке, находящейся внутри и вне контура резки, что приводит также к изгибу вырубаемой и про­биваемой заготовки - детали. При равномерном сопротивлении изгибу, что достигается соответствующим расстоянием от контура резки до края заготовки (перемычке), получают нормальное качество поверх­ности разделения. При малой перемычке ча6ть металла втягивается в зазор между режущими кромками и в этом случае, как и при боль­шом зазоре, получают заусенцы. Под действием изгибающего момента обе части заготовки получают остаточный прогиб, для получения плоской детали необходима дополнительная операция плоскостной правки. Величина зазора здесь также влияет на качество разделения. При нормальном зазоре Z = (0,05-0,20)S получают наилучшее качество поверхности разделения - в зоне среза параметр шерохова­тости Ra = 2,5-0,32 мкм, в зоне скола параметр шероховатости Rz= 80-20 мкм, при увеличенном зазоре шероховатость поверхности разделения такая же как и при нормальном зазоре, и кроме этого возникает заусенец; при уменьшенном зазоре поверхности скола не могут соединиться и поэтому параметр шероховатости ниже Rz =320 мим в зоне двойного скола - среза (рис.12). Точность размеров при вырубке - пробивке зависит от толщины материала, формы и раз­меров заготовки.

Точность круглого контура находится в пределах 11-14 квалитета. Для конкретных условий уточняется по справочнику. Так как заго­товка в процессе вырубки-пробивки прогибается, то применение при­жима заготовки увеличивает точность размеров.

Усилие и работа, необходимые для выбора оборудования опреде­ляют по формулам (2) и (3).

Для выполнения операций вырубки-пробивки используют механиче­ские - кривошипные прессы. Прессы могут быть оснащены устройствами для автоматической подачи ленты или полосы, автоматическими уст­ройствами выталкивания детали из верхней и нижней части штампа, для удаления отходов и деталей под действием сил веса изготовляют прессы с наклоняемой станиной.

Основной инструмент для вырубки и пробивки - штамп, который устанавливается на пресс. Размеры штампа должны вписываться в рабочее пространство пресса - размеры стола пресса и быть не бо­лее наименьшего расстояния от ползуна пресса до стола. Типовая конструкция штампа для серийного и массового производства деталей без прижима изображена на рис. 13 Любой штамп состоит из следующих основных деталей: 1 - формообразующих деталей - пуансона (1), матрицы (2), П - деталей ориентирующих заготовку относительно рабочих деталей

- направляющих (3) или фиксатора,

Ш - деталей ориентирующих рабочие детали друг относительно друга- направляющих колонок (4) и направляющих втулок (5),

1У - деталей, снимающих отход или заготовку с пуансона - съем­ника (6),

У - корпусных деталей штампа - верхней плиты (7), нижней плиты

(8),

У1 - деталей, обеспечивающих крепление штампа к прессу - хвосто­вика (9), прижимных планок, прокладки, болтов с гайками, УП - крепежных деталей для крепления всех деталей в штампе -винтов,

штифтов, болтов и др.

Технологичность деталей, получаемых вырубкой и пробивкой определя­ется прочностью рабочих частей штампа и технологическим процессом штамповки.

1. Плоские детали должны иметь простую конфигурацию, острые углы, узкие прорези и выступы снижают стойкость штампов и услож­няют их изготовление.

2. При применении цельных матриц, вырубка с перемычками, про­бивке выполнять плавное сопряжение пересекающихся элементов кон­тура детали (рис.14a). Минимальные радиусы сопряжения углов: при α>90° R=(0,25-0,35)S , при a<90° R=(0,5 - 0,6)S - для металлов, для неметаллических материалов эти ра­диусы больше из-за малой прочности штампуемого материала.

3. При составных матрицах и при безотходной штамповке пересе­кающиеся элементы контура не сопрягают.

4. Минимальные размеры отверстий, пробиваемые в штампах нор­мальной конструкции: круглых d=(1-1.5)S , квадратных a = (0,9-1,4)S , прямоугольных b = (0,7-1,2)S , овальных c = (0,6-1,1)S для сталей в зависимости от прочности ( бв = 50-70 кгс/мм2) (рис. 14б).

5. Для пробивки отверстий диаметром до 1/3S , применяют спе­циальные штампы.

6. Минимальные расстояния между раздельно пробиваемыми отверстиями круглой и прямоугольной формы a1>(1-1,2)S (рис.14в).

7. Минимальное расстояние между пробиваемым отверстием и ранее полученным контуром детали a2>(0,7-0,9)S (рис.14в).

8. Минимальное расстояние между одновременно пробиваемыми отверстиями равно двум-трем толщинам металла. *

9. Точность размеров определяется в зависимости от толщины штампуемого металла и конфигурации детали, для круглых контуров она находится в пределах 11-14 квалитета.

10. Шероховатость поверхности среза по толщине неоднородна: в зоне среза Rа = 2,5-0,32 мкм, в зоне скола - Rz=80-20 мкм. Технологический маршрут вырубки*пробивки:

а) вырубка - укладка полосы в штамп и установка ее до упора, вырубка детали, удаление детали из штампа (и подача полосы на шаг),

- галтовка (для снятия заусенцев),

- рассортировка деталей и абразивов,

- контроль,

б) пробивка - укладка заготовки в штамп,

- пробивка детали,

-удаление детали из штампа,

- контроль.

Чистовая вырубка и пробивка

Чистовую вырубку и пробивку применяют для исключения недостатков вырубки-пробивки: получения перпендикулярности поверхности среза плоскости детали, устранения прогиба, получения шероховатости по­верхности с параметром Ra = 2,5-0,32 мкм и точности 6-9 квали-

тета.

Зачистка

Зачистка и калибровка применяются для тех же целей, что и чисто­вая вырубка и пробивка, т.е. достижения перпендикулярности поверхности среза плоскости листа, шероховатости Rа = 2,5-0,32 мкм, точности 8-9 квалитета. Зачистка (калибровка)производится на ра­нее полученных вырубкой (пробивкой) заготовках. В этом случае после правки с обрабатываемой поверхности снимают небольшой слой материала - припуск.

Зачистка выполняется по наружному или внутреннему контуру заготов­ки. Минимальная величина припуска на зачистку равна зазору между пуансоном и матрицей при вырубке или пробивке (рис.15). За­чистку применяют для деталей с периметром до 300 мм и толщиной до 10 мм. Зачистка выполняется за один проход для деталей толщи­ной менее 5 мм с плавным очертанием наружного контура. Многократ­ную зачистку применяют для деталей толщиной более 5 мм и для де­талей со сложной конфигурацией наружного контура независимо от толщины. Качество зачистки зависит от величины припуска и распре­деления его по периметру, а при многократной зачистке от распре­деления по переходам.

Применяют также зачистку обжатием в матрице с заваленными кромками, припуск в этом случае составляет 0,04-0,06 мм.

Формообразующие операции

Гибка. Гибка - это формообразующая операция, при которой изменяет­ся кривизна в одном или нескольких участках заготовки.

Изменение кривизны может происходить только при переменных деформациях по толщине; эти переменные деформации вызваны пере­менными напряжениями по толщине. Гибка производится под действи­ем силы, момента или одновременно силой и моментом. Наиболее час­то используется гибка силой (рис.16а).

Исследование процесса гибки показывает, что по толщине напря­жения и деформации не только постепенно изменяются, но и различны

по знаку: в участках, прилегающих к матрице, возникают растягивающие напряжения и деформации растяжения, а участках, прилегающих к пуансону, напряжения и деформации сжатия, что приводит к изменению поперечного сечения (рис.16б). Между этими участками нахо­дятся слои с напряжениями и деформациями равными нулю. В общем случае, слои нулевых напряжений и деформаций (нейтральные слои) не совпадают. Практическое значение имеет положение нейтрального радиуса деформаций, определяемого по формуле

r1=r+x*s (6)

где r - радиус пуансона, S - толщина металла, x - коэффциент смещения нейтрального от серединного слоя, определяемой в зависимости от отношения r/s , при r/s = 0,5 x=0,3 при r/s = 10, x=0,5. В дальнейшем r1 используется для опреде­ления размеров заготовки.

В процессах гибки большое значение имеет радиус гибки. Вели­чина его ограничивается минимальным радиусом. Минимальный радиус гибки определяется из условия отсутствия разрушения металла в зоне растяжения. Минимальная величина этого радиуса зависит от пласти­ческих свойств материала и толщин заготовки. Для материалов сред­ней пластичности ( δ = 15-20%) минимальный радиус гибки (пуансо­на) ориентировочно равен 0,5 * Для конкретных материалов (ус­ловий*) уточняется по таблицам. Чем более пластичный металл, тем меньше минимальный радиус гибки и наоборот. Минимальный радиус гибки зависит и от расположения линии гибки относительно направ­ления проката (расположения волокон макроструктуры); при парал­лельных линию гибки и направлении проката - минимально допусти­мый радиус больше, чем при взаимноперпендикулярном расположении направления проката и линии гибки, когда получают наименьшую величину минимально допустимого радиуса гибки. При промежуточной величине угла наклона линии гибки к направлению проката надо брать промежуточные значения радиуса гибки, пропорциональные ве­личине угла. Для предупреждения образования отпечатков на полоч­ках детали необходимо назначать на кромках матрицы, по которым втягивается материал, радиус не менее трех толщин.

Так как напряжения и деформации по толщине неодинаковы по ве­личине и знаку, то на основе закона о разгрузке, происходит умень­шение растянутой части, и увеличение размера сжатой части заготов­ки. Это приводит к упругому изменению угла гибки - пружинению, приводящему к уменьшению угла гибки (рис.17). Одновременно происходит и увеличение радиуса гибки.

Пружинение зависит от относительной величины радиуса пуансона r/s , материала детали, угла гибки и других факторов. Величина пружинения для данных условие гибки постоянна. Величина пружинения может быть уменьшена путем сжатия (правки) детали в штампе. При радиусах гибки менее r/s<2 изменение радиуса по величине незна­чительно и поэтому его не учитывают.

Растягивающие и сжимающие напряжения и деформации гибки вслед­ствие закона о дополнительных напряжениях, возникают и в прямоли­нейных участках, прилегающих к криволинейным, распространяются на расстояние до двух толщин материала от линии сопряжения криволи­нейного участка с прямолинейным. Усилие гибки V образной детали определяют по формуле:

P= бв*(B*s2)/(r+s) (7)

где B - ширина летали.

Для других форм детали определяют усилие по соответствующим формула в справочниках.

Размеры заготовки рассчитывают исходя из развертки детали на плоскость. Как известно при гибке изменяется длина волокон в кри­волинейных участках, а прямолинейные остаются по длине до и после гибки неизменной длины. Поэтому деталь разделяют на прямолинейные и криволинейные участки (рис.18),

определяют их длины и суммируют для получения общей длины развертки. Длины прямолинейных участков определяют по данным чертежа, длины криволинейных участ­ков по длине нейтрального волокна деформации:

lkpi=(п*r1*a)/180

длина развертки равна

где - сумма длин прямолинейных участков, - сумма длин криволинейных участков,

r1 - радиус нейтрального волокна деформации формула (6) n,k - число прямолинейных и криволинейных участков.

Оборудование Для выполнения операции гибки используют кривошип­ные прессы. В условиях массового производства используют специа­лизированные прессы, а также специальные гибочные прессы - универ­сально-гибочные автоматы. Эти автоматы увеличивают производитель­ность в десятки раз.

Оснасткой для гибки является штамп. Конструкция штампа для гибки содержит элементы, известные по конструкции штампа для вы­рубки-пробивки.

Технологичность деталей получаемых гибкой

1. Радиус гибки пуансона не должен быть менее допустимого мини­мального для данного материала.

2. Радиус матрицы не менее трех толщин.

3. Длина отгибаемой части полочки должна быть не менее двух толщин (рис.19а), если отгибаемая часть короче рекомендуемой величины, то ее изготовляют более длинной, а затем обрезают по высоте.

4. Расстояние от края отверстия до линии сопряжения полочки с радаусом должано быть не менее двух толщин (рис.19а). При мень­шем расстоянии пробивку отверстия делают после гибки или предус­матривают на перегибе отверстие (рис.19а) для предупреждения

искажения ранее полученного отверстия.

5. При одновременной двуугловой (четырехугловой) гибке длина линии гибки противоположных полочек не должна резко отличаться, так как под действием сил трения может изменяться высота полочки.

6. Угол между линиями гибки и контура домен быть равен 90˚ для предупреждения деформации полочек под действием сил трения (рис.19в).

7. Простановка размеров и допусков на чертеже детали: наиболее технологичны детали у которых координаты центров отверстий заданы от края полочки (рис. ), в этом случае пробивку отверстий совмещают с вырубкой заготовки, при другой схеме простановки раз­меров отверстия пробивают в отдельном штампе после гибки для обеспечения заданной точности; допуски на линейные размеры задают симметричные.

Вытяжка. Вытяжкой называют процесс превращения плоского заготовки в полое изделие, или - процесс превращения полой заготовки в полое изделие меньшего диаметра и большей высоты. Различают вы­тяжку с утонением стенок и без утонения стенок, а также комбини­рованную вытяжку.

При обычной вытяжке толщина стенок детали гложет быть больше исходного толщины заготовки. При вытяжке с утонением толщина стенок получаемой детали меньше толщины стенок заготовки. При обычной вытяжке основная деформация происходит за счет значительного из­менения диаметра заготовки, при вытяжке с утонением - за счет

изменения толщины заготовки. При комбинированной вытяжке происходит деформирование заготовки и за счет изменения диаметра и за счет умень­шения толщины заготовки одновременно.

В зависимости от температуры штампуемого металла


29-04-2015, 04:06