5. Изготовление деталей холодной объемной штамповкой

Под холодной понимают штамповку без предварительного нагрева заготовок, т.е. процесс деформирования, соответствующий для практически используемых металлов условиям холодной деформации. Холодную штамповку подразделяют на объемную (сортового металла) и листовую (листового металла).

В зависимости от характера пластического течения металла объемную холод­ную штамповку разделяют на холодное выдавливание (прямое и обратное), высад­ку, осадку в открытых и закрытых штампах. Необходимо представлять типы дета­лей, получаемых каждым из способов.

Объемная холодная штамповка позволяет получать изделия с высокой точно­стью и хорошей поверхностью. Но так как сопротивление деформированию металла в холодном состоянии высокое (например, при обратном выдавливании стали с содержанием углерода более 0,3% оно составляет около 3000 МПа), а экономически оправданная стойкость инструмента достигается при давлениях примерно до 2500 МПа, то этот способ имеет ограничения применения по марким сплавов и размерам деталей (максимальный диаметр около 100 мм для стальных деталей и до 200мм - из алюминиевых и медных сплавов).

К листовой штамповке относят процессы деформирования заготовок в виде листов, полос, лент и труб. Процессы листовой штамповки делят на операции, по­следовательное применение которых позволяет придать исходной заготовке форму и размеры готовых деталей. Операции листовой штамповки объединяют в две группы: разделительные и формоизменяющие. При выполнении разделительных операций деформирование заготовки происходит вплоть до се разрушения. При выполнении формоизменяющих операций, наоборот, стремятся создать условия, при которых можно получить наибольшее формоизменение заготовки без ее разру­шения.

Рассматривая разделительные операции, обратите внимание, как влияют на качество получаемых изделий технологические параметры процесса: зазор между режущими кромками, усилие прижима, форма режущих кромок. При разработке процессов вырубки изделий важно правильно расположить их на исходной листо­вой заготовке (раскроить материал). Правильный раскрой обеспечивает минималь­ные отходы при вырубке и в то же время достаточную перемычку между деталя­ми, так как от нее зависит качество получаемых изделий.

Основным показателем экономичности раскроя служит коэффициент исполь­зования металла, равный отношению площади деталей к площади листа, полосы или ленты, из которых эти детали вырубают. Вырубка деталей из рулонной по­лосы или ленты экономичнее.

Рассматривая схемы формоизменяющих операций, обратите особое внимание на разновидности гибки, вытяжки и формовочные операции, рельефную фор­мовку, отбортовку, раздачу, обжим. При этом отметьте факторы, ограничива­ющие предельное формоизменение, т.е. технологические возможности каждой операции.

При гибке в каждом сечении по толщине заготовки одновременно действуют сжимающие и растягивающие напряжения, тем больше, чем меньше отношение радиуса гибки к толщине материала. Минимальный радиус гибки ограничен. Осо­бенностью гибки является относительно большая упругая деформация, приводя­щая к увеличению угла гибки - "пружинению" изделия. Поэтому необходимо кор­ректировать угол гибки на угол "пружинения", который для каждого конкрет­ного случая находят в справочниках.

При вытяжке полых изделий из плоской заготовки дно изделия, находящееся под пуансоном, практически не деформируется, а остальная часть заготовки (фланец) растягивается в радиальном направлении и сжимается в тангенциальном. При сжатии фланца может происходить потеря устойчивости и образование складок. Для предотвращения этого необходимо прижимать, фланец к торцу матрицы.

Усилие, необходимое для вытяжки и действующее со стороны пуансона на за­готовку, увеличивается с увеличением отношения диаметра заготовки к диаметру вытягиваемого изделия. Это отношение называют степенью вытяжки и она харак­теризует предельное формоизменение изделия. При ее превышении усилие вытяж­ки превышает прочность стенки и происходит отрыв дна. В справочной литературе даны максимальные значения степени вытяжки или минимальные коэффициенты вытяжки. Если необходимо получить изделие с коэффициентом вытяжки меньше предельного, применяют вытяжку в несколько переходов без утонения или с уто­нением стенок.

При выполнении формовочных операций формоизменение происходит за счет местного утонения (рельефная формовка, отбортовка, раздача) или утолщения (обжим) листового материала. В первом случае возможности операций ограничиваются опасностью разрушения материала, при превышении допустимых деформаций растяжения, во втором опасностью потери устойчивости материала образования складок. Для характеристики предельного формоизменения при каждой операции установлены соответствующие коэффициенты.

Инструмент листовой штамповки - штамп - обычно состоит из рабочих элементов (пуансона и матрицы) и ряда вспомогательных деталей, назначение которых можно легко уяснить. Такие штампы, называемые иногда жесткими, отличаются большим разнообразием и могут быть очень сложной конструкции со встроенными механизмами подачи листа и удаления деталей и отходов. Очевидно, что такие штампы окупаются при изготовлении достаточно больших партий одина­ковых деталей. Поэтому следует заметить, что при изготовлении небольших партий изделий применяют штамповку эластичной, жидкостной, газовой средой, силовым (магнитным) полем и давильные процессы. В этих способах штамповки отсутству­ет одна из двух рабочих частей инструмента, вследствие чего процесс значительно экономичнее. Кроме того, при беспрессовой штамповке: взрывом, импульсным магнитным полем, электрогидравлической - нагрузка на заготовку носит импульс­ный характер. Это даст возможность штамповать сложные детали из труднодеформируемых сплавов, штамповка которых в обычных условиях затруднена.

Давильные работы предназначены для получения деталей по форме тел враще­ния и выполняются на специальном оборудовании, оснащенном числовыми программными устройствами.

Изучая принципиальные схемы этих видов штамповки, обратите внимание на их преимущества, недостатки и области наиболее рационального и экономического использования.

Литература: [1], разд. 3, гл. VI, §1-4.

Охрана труда и техника безопасности и кузнечно-штамповочном производстве. Используемое при ковке, объемной и листовой штамповке оборудование имеет повышенную опасность ввиду значительных рабочих усилий и быстроходности. При обработке давлением с нагревом заготовок необходимы меры безопасности при работе с горячим металлом.